Сетевые технологии

     Кабельные системы являются тем базисом, на котором строятся все основные компоненты информационно-вычислительных комплексов предприятий и организаций. Грамотная  организация кабельной системы  здания является одной из ключевых задач создания интеллектуальных систем и определяет надежность функционирования всех служб и подразделений корпорации. Именно поэтому при создании кабельной  системы здания необходимо, чтобы  она была бы такой же капитальной, как и само здание. В то же время  именно кабельные системы в первую очередь затрагивают изменения  в новых технологиях передачи данных, сетевых и коммуникационных стандартах, моделях оборудования и  версиях прикладных программ, из-за которых приходится постоянно модернизировать  или даже полностью заменять всю  слаботочную проводку.

     Создание  скс в НИИ предполагает создание горизонтальной этажной системы, в  которой каждый компонент должен удовлетворять не только условиям передачи данных, но и соответствовать обычным  строительным стандартам, например, быть пожаробезопасным. Сеть прокладывается с учетом расширения штата работников, в работе должно быть минимальное количество сбоев, коллизий, скорость передачи данных должна составлять не менее 100 Мбит/с.

     Важным  требованием, предъявляемым к кабельной  сети, является ее высокая пропускная способность, которая должна обеспечивать бесперебойный обмен информационными  потоками, как внутри здания, так  и за его пределами.

     Следующими  требованиями к кабельной сети можно  назвать универсальность и гибкость кабельной системы. Кабельная сеть должна обладать возможностью универсального подключения всего спектра компьютерной и телефонной техники, а также  быть гибко настроенной к возможным  структурным преобразованиям внутри предприятия. К понятиям универсальности  и гибкости следует отнести и  то, что вычислительные и телефонные сети, вследствие их наиболее тесной интеграции, должны проектироваться и монтироваться  одновременно.

     Кабельная сеть должна быть максимально масштабируема, чтобы отвечать стремительным темпам роста производительность активного  сетевого оборудования.

        1.3. Обзор и анализ  альтернатив решения  задач проектирования  СКС для НИИ 

     Структурированная кабельная система (Structured Cabling System – SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

     Структурированная кабельная система способна поддерживать широкий диапазон приложений. Она  может использоваться для реализации локальной вычислительной сети, пожарной и охранной системы, телефонии, телевидения  и т.д. Оборудование, предназначенное  для поддержки конкретного приложения, не является частью структурированной кабельной системы.

     Многие  подобные организации в начале своей  деятельности сталкиваются с проблемой  создания информационных коммуникаций, построенных на использовании кабельных  сетей. Ведь на большинстве площадей, используемых как коммерческая недвижимость, не предусмотрено размещение кабельной  системы. Поэтому часто возникает  необходимость приспосабливать  здание или помещение для нужд предприятия. Это включает в себя: реконструкцию, обновление линий электропитания, прокладывание новых коммуникаций для телефонной связи и компьютеров. При этом стараются учесть размещение рабочих мест, выделить помещения  для расстановки оборудования вычислительного  центра.

     Преимущества  структурированной кабельной системы.

• Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети.
• Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.
• Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке.
• Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.
• Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей.
• Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

         1.3.1 Локальные вычислительные  сети 

     ЛВС - это компьютерная сеть, ограниченная небольшим пространством, например, отдельным зданием или группой зданий, находящихся в непосредственной близости друг от друга.  Набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, других периферийных устройств (принтеров, дисковых контроллеров и т.п.) и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными. ЛВС включает в себя кабельную локальную сеть ЛВС или СКС, активное сетевое оборудование и компьютеры различного назначения.

     Основное  назначение ЛВС - в  распределении ресурсов ЭВМ: программ, совместимости периферийных устройств, терминалов, памяти. Следовательно, ЛВС должна иметь надежную и быструю систему передачи данных, стоимость которой должна быть меньше по сравнению со стоимостью подключаемых рабочих станций. Иными словами, стоимость передаваемой единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки информации в рабочих станциях. Исходя из этого ЛВС, как система распределенных ресурсов, должна основываться на следующих принципах:

        - единой передающей  среды; 

        - единого метода  управления;

        - единых протоколов;

        - гибкой модульной  организации; 

        - информационной  и программной совместимости. 

         1.3.2 Локальная сеть Ethernet

     Существует  несколько методов передачи информации в сети: Ethernet, Token Ring, ArcNet (основные характеристики сетей по методам передачи информации в сети смотри в табл. 1.1.).

     В данном курсовом проекте будет использована технология Ethernet, поэтому начнем с неё.

     Эфирная сеть, как можно перевести Ethernet, получила свое название от несуществующей субстанции (эфира), которой, как считали ученые в прошлом веке, был заполнен вакуум и которая якобы служила средой для распространения света. Однако это технология имеет и более  непосредственное отношение к эфиру, точнее, радиоэфиру, так как ее предшественницей была система радиосвязи для разбросанных по Гавайскому архипелагу станций.

     Основываясь на существующих принципах, компания Xerox построила свою собственную кабельную  сеть с пропускной способностью 2,94 Мбит/с для связи 100 компьютеров. Проект оказался настолько успешным, что Xerox совместно с DEC и Intel разработала  затем спецификацию для Ethernet на 10 Мбит/с. Позднее эта спецификация легла  в основу стандарта 802.3. Этот стандарт отличается от исходной спецификации Ethernet форматом кадров и некоторыми другими деталями, в частности  он описывает несколько сред и  скоростей передачи, на которые Ethernet изначально не был рассчитан. Однако название Ethernet столь прочно прижилось, что оно осталось и за официальным  стандартом, и за всеми последующими его модификациями.

     Стандарт 802.3 рассматривает как физический уровень (типы кабелей, соединители, кодирование  сигнала и т. д.), так и канальный  уровень, точнее, нижний подуровень канального уровня, определяющий метод доступа  к среде передачи (Media Access Sublayer, MAC). С него мы и начнем рассмотрение Ethernet.

     В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность  использовать витую пару и оптический кабель.

     Метод управления доступом — множественный  доступ с контролем несущей и  обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов. 

Разновидности ETHERNET 

     Среди ранних модификаций данной сетевой  технологии можно выделить Xerox Ethernet, скорость которой составляла 3 Мбит/с; 10BROAD36 - один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях, в качестве среды передачи данных которой  использовался коаксиальный кабель, и 1BASE5 , который стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару, работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

     Среди стандартов обладающих скоростью 10 Мбит/с выделяется 10BASE5, который следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Здесь появляется первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с - StarLAN 10, которая в дальнейшем эволюционировала в стандарт 10BASE-T, в которой для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров. Также необходимо сказать о семействе 10BASE-F, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP, но так как для нас это не актуально (длина этажа 150 м и мы не используем оптоволоконный кабель), подробно мы рассматривать данную разработку не будем.

     Говоря о Быстром Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)  необходимо сказать о семействе 100BASE-T- это общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару, длина сегмента до 100 метров, включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.Данный стандарт мы и будем использовать в нашем курсовом проекте, а именно 100BASE-TX, который является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда". Здесь задействована витая пара категории 5 и 5е, фактически используются только две пары проводников. 

     Гигабит Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с) включает стандарт 1000BASE-T, IEEE 802.3ab, использующий витую пару категорий 5e или 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. По аналогии можно понять, что данный стандарт является эволюционированным стандартом 100BASE-T. В семейство 1000BASE-T также по аналогии входит 1000BASE-TX. Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (2 пары на передачу, 2 пары на приём, по каждой паре данные передаются со скоростью 500 Мбит/с), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

     Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в  себя семь стандартов физической среды  для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3. Стандарт 10 Гигабит Ethernet ещё слишком молод, поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут реально востребованы на рынке.

         1.3.3 Локальная сеть  Token Ring

     Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда  передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается  как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется  не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование  кольца в определенном порядке. Это  право передается с помощью кадра  специального формата, называемого  маркером или токеном (token).