Файл: Курсовой проект по дисциплине Сетевые технологии На тему Проектирование локальной вычислительной сети предприятия.doc

1.2 Коммутирующие концентраторы в локальных вычислительных сетях

Сетевой коммутатор — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Принцип работы состоит в том , что коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

1.С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

2.Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

3.Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные — по технологии cut-through).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор размера сети и ее структуры

Под размером сети в данном случае понимается как количество объединяемых в сеть компьютеров, так и расстояния между ними. Под структурой сети понимается способ разделения сети на части (сегменты), а также способ соединения этих сегментов между собой.

Предприятие состоит из 2 зданий, каждое из которых занимает 3 этажа по 6 комнат, каждый этаж представляет собой отдельное подразделение, в каждом из которых по 6 рабочих групп. В этом случае можно построить сеть следующим образом (Рисунок 2.1.1).

Рисунок 2.1.1 – Структура сети одного здания (С – серверы подразделений, К – концентраторы, Ком – коммутаторы)

Рабочие группы занимают по 1 комнате, их компьютеры (13 в каждой) объединены между собой концентраторами. Подразделения занимают один этаж и включают в себя 6 рабочих групп и сервер подразделения, они объединены коммутатором, для связи с другими подразделениями также используется коммутатор. Общая сеть предприятия, включающего 2 однотипных здания с вышеуказанной структурой, объединена двуточечным соединением напрямую.

В данной ситуации области коллизий (зоны конфликта) сети будут включать в себя сегменты, расположенные в комнатах каждой рабочей группы, и сегмент, связывающий концентратор рабочей группы с коммутатором подразделения. Широковещательные области будут включать в себя все сегменты сети каждого подразделения, сегмент, связывающий два коммутатора, и сегмент, связывающий коммутатор, соединяющий этажи здания, с коммутатором предприятия.

2.2 Оценка конфигурации сети

При выборе конфигурации сети FastEthernet, состоящей из сегментов различных типов, возникает много вопросов, связанных прежде всего с максимально допустимым размером (диаметром) сети и максимально возможным числом различных элементов. Сеть будет работоспособной только в том случае, если максимальная задержка распространения сигнала в ней не превысит предельной величины.

Для получения сложной конфигурации сети FastEthernet из отдельных сегментов были использованы концентраторы двух типов:

репитерные концентраторы, которые представляют собой набор репитеров и никак логически не разделяют сегменты, подключенные к ним;
коммутаторы, которые передают информацию между сегментами, но не передают конфликты с сегмента на сегмент.

Таким образом, применение репитерного концентратора не разделяет зону конфликта, в то время как каждый коммутирующий концентратор делит зону конфликта на части. В случае коммутатора оценивать работоспособность надо для каждой части сети отдельно, а в случае репитерных концентраторов надо оценивать работоспособность всей сети в целом.

Для определения работоспособности сети FastEthernet стандарт IEEE 802.3 предлагает две модели, называемые TransmissionSystemModel 1 и TransmissionSystemModel 2. При этом первая модель основана на нескольких несложных правилах, а вторая использует систему точных расчетов. Первая модель исходит из того, что все компоненты сети (в частности, кабели) имеют наихудшие из возможных временные характеристики, поэтому она всегда дает результат со значительным запасом. Во второй модели можно использовать реальные временные характеристики кабелей, поэтому ее применение позволяет иногда преодолеть жесткие ограничения модели 1.

Расчет по модели 1

Сеть максимальной конфигурации для витой пары показана на рисунке 2.2.1.

Рисунок 2.2.1 – Максимальная конфигурация сети Fast Ethernet для витой пары

Все проведенные провода удовлетворяют требованием по длине, то есть при витой паре 100BaseTX не более 100 метров на сегмент. Так же было выполнено требование по максимальной длине кабеля на этаже в 70 метров.

Расчет по модели 2

Вторая модель основана на вычислении суммарного двойного времени прохождения сигнала по сети. Для вычисления полного двойного (кругового) времени прохождения для сегмента сети необходимо умножить длину сегмента на величину задержки на метр, т.е. задержки сегментов, входящих в путь максимальной длины, надо просуммировать и прибавить к этой сумме величину задержки для приемопередающих узлов двух абонентов и величины задержек для всех концентраторов, входящих в данный путь.

Максимальный путь составляют 2 сегмента А и 2 сегмента В. Этот путь включает в себя два 10-метровых, два 35-метровых сегмента 100Base-TX категории 5. Произведем расчет работоспособности сети.

Для двух 10-метровых сегментов высчитываем задержку, умножая 1,112 (задержка на метр) на длину кабеля: 2 * 1,112 * 10 = 22,24 битовых интервалов.
Для двух 35-метровых сегментов: 2 * 1,112 * 35 = 77,84 битовых интервалов.
Берем из таблицы задержку для двух абонентов ТХ: 100 битовых интервалов.
Берем из таблицы величину задержки трех репитеров (концентраторов) класса I: 3 * 140 = 420 битовых интервалов.
Суммируем все перечисленные задержки и получаем: 22,24 + 77,84 + 100 + 420 = 620,08 битовых интервала.

620,08 больше 512, следовательно, данная сеть будет не работоспособна.

Заменим концентратор коммутатором, проверим работоспособность сети.

Рисунок 2.2.1 – Максимальная конфигурация сети FastEthernet для витой пары с коммутатором

Расчет по модели 1

Все проведенные провода удовлетворяют требованием по длине, то есть при витой паре 100BaseTX не более 100 метров на сегмент. Так же было выполнено требование по максимальной длине кабеля на этаже в 70 метров.

Расчет по модели 2

Для двух 10-метровых сегментов высчитываем задержку, умножая 1,112 (задержка на метр) на длину кабеля: 2 * 1,112 * 10 = 22,24 битовых интервалов.
Для двух 35-метровых сегментов: 2 * 1,112 * 35 = 77,84 битовых интервалов.
Берем из таблицы задержку для двух абонентов ТХ: 100 битовых интервалов.
Берем из таблицы величину задержки репитера (концентратора) класса I:

140 битовых интервалов.

Суммируем все перечисленные задержки и получаем: 22,24 + 77,84 + 100 + 140 = 340,08 битовых интервала.

340 ,08 меньше 512, следовательно, данная сеть будет абсолютно работоспособна.
Так как при использовании концентратора сеть становится неработоспособной, то оптимальным будет вариант использования коммутатора для объединения рабочих групп.

2.3 Выбор необходимого оборудования

При выборе сетевого оборудования учитывается множество факторов, в том числе:

Уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;
Скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;
Топологию сети;
Метод управления обменом в сети;
Разрешенные типы кабеля сети, его максимальную длину, защищенность от помех;
Стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств.

Таким образом, было использовано следующее оборудование:

Рабочие станции – 468 шт.

ThinkPad 560-91U

Производитель – IBM

Процессор - Mobil Pentium II 233 МГц

Сетевые карты–468 шт.

DFE-500TX

Производитель – D-Link Systems.

Репитеры (концентраторы) – 36 шт.

10/100MB DUAL-SPEED HUB DSH-16

Производитель - D-LinkSystems

Порты – 10/100BaseTX

Коммутаторы подразделений –6 шт.

DES-5016 Fast Ethernet/Ethernet 16-port Modular Switch

Производитель - D-LinkSystems.

Порты – 100BaseTX

Сервера – 6 шт.

HP NetServer LH4r

Производитель - HP.

Процессор - Intel Pentium II Xeon, 450МГц

ПО – SQL server, File server, Small office database server, e-mail server, SQL server.

Витая пара 100BaseTX категории 5 – 6650 м.

2.4 Моделирование сети в среде NetCracker

Согласно заданию, была смоделирована сеть в среде NetCracker. Общая модель предприятия включает 2 однотипных здания, подключенных двуточечным соединением (Рисунок 2.4.1).

Рисунок 2.4.1 – Общая модель предприятия

Каждое здание включает в себя 3 этажа, соединенных коммутатором (Рисунок 2.4.2).

Рисунок 2.4.2 – Модель здания
На каждом этаже расположено по 6 комнат и серверу подразделения, объединенных коммутатором подразделения (Рисунок 2.4.3).

Рисунок 2.4.3 – Модель этажа здания

Каждая комната представляет собой рабочую группу из 13 компьютеров, объединенных репитерным концентратором (Рисунок 2.4.4).

Рисунок 2.4.4 – Модель рабочей группы (комнаты)

При запуске проекта можно увидеть, как рабочие станции обмениваются пакетами между собой и сервером (Рисунки 2.4.5-6).