Проведение компьютерной сети

       Введение 

       Два или более ПК способных с помощью  некоего соединения обмениваться информацией представляют собой компьютерную сеть. Компьютерные сети появились сравнительно недавно, в конце 60-х годов. Компьютерные сети привнесли в телекоммуникационный мир нечто совершенно новое - неисчерпаемые запасы информации, созданные цивилизацией за несколько тысячелетий своего существования и продолжающие пополняться с растущей скоростью в наши дни.

       Выделяются  два типа сетей: локальные и глобальные. Локальные сети - это сети предназначенные для небольших территорий. Примером локальной сети является сеть одного предприятия, расположенного в одном или нескольких стоящих рядом зданиях. Небольшой размер локальных сетей позволяет использовать для их построения достаточно дорогие и высококачественные технологии, что обеспечивает высокую скорость обмена информацией между компьютерами. Глобальные сети – это сети, предназначенные для связи компьютеров и сетей на больших расстояниях. Поскольку организация специализированных высококачественных каналов связи большой протяженности является достаточно дорогой, то в глобальных сетях нередко используются уже существующие и изначально не предназначенные для построения компьютерных сетей линии (например, телефонные или телеграфные). В связи с этим скорость передачи данных в таких сетях существенно ниже, чем в локальных.

       В качестве соединения в сетях могут  выступать: кабель, ИК – лучи, радиоволны, телефонные сети, спутниковая связь.   В сети системы могут взаимодействовать, основываясь на разных моделях. Принято различать клиент-серверную и одноранговую модель. При клиент-серверном взаимодействии одни системы назначаются на роль серверов, а остальные выполняют роль клиентов. По типу сетевой топологии компьютерные сети делятся на: топологию шина, топологию кольцо, двойное кольцо, звезда, ячеистая топология,  дерево, решетка. Топология - это схема соединения сетевых устройств с помощью сетевой среды.

         В беспроводных сетях в основном используются 2 топологии: одно ранговые и инфраструктуры. При одно ранговой топологией все беспроводные системы могут беспрепятственно общаться друг с другом. В сети с топологией инфраструктура системы обмениваются данными при помощи обычной кабельной сети.

       Компьютерные  сети стали логическим результатом  эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, они являются частным случаем распределенных компьютерных систем, а с другой стороны, могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

       Темой курсовой работы является «Разработать проект телекоммуникационной сети здания». Пример плана здания показан на рисунке 1. Размеры помещений и число рабочих станций в комнатах выбираются из таблицы в соответствии с вариантом.

       Целью курсовой работы является необходимость  выбора места расположения основных элементов сети: коммутационного оборудования, сервера, печатающих устройств, область применения ЛВС и необходимое  ПО. Разрабатываемую сеть необходимо подключить к глобальной сети произвольным способом, в зависимости от требований ЛВС.

       Курсовая работа - это самостоятельная учебная научно-методическая работа. Целью нашей курсовой работы является создание наиболее выгодного проекта телекоммуникационной сети здания. Дан план здания (рисунок 1), который состоит из шести комнат, соединенных коридором шириной 2 метра. В первой комнате находится 4 компьютера, во второй - 2, в третьей - 3, в четвертой - 6, в пятой - 2, в шестой — 4. Итого 21 компьютер. 
 

Рисунок 1 – План здания 

       1 Выбор сетевой среды 

       Есть  много разновидностей беспроводных сред, но кабели надежнее и обычно обеспечивают более высокую скорость передачи данных. Протоколы канального уровня, как правило, позволяют выбирать между несколькими спецификациями кабеля. Спецификация включает в себя тип кабеля, его категорию и основные правила монтажа. Тип выбираемого кабеля зависит от технических требований к прокладке, от расположения сети и, конечно, от финансовых ресурсов.

       Стоимость каждой среды передачи данных следует  сравнить с ее производительностью и доступными ресурсами.

       Сложность установки зависит от конкретной ситуации, но можно провести некоторое обобщенное сопоставление сред передачи данных. Одни типы носителей устанавливаются с помощью простых инструментов и не требуют большой подготовки, другие нуждаются в длительном обучении сотрудников, и их установку лучше предоставить профессионалам.

       Существует три основных типа кабелей для локальных сетей: коаксиальный, витая пара и оптоволоконный. Коаксиальный кабель и витая пара имеют медную основу, а в оптоволоконном кабеле применяются стеклянные или пластиковые проводники.

       1.1 Оптоволоконный кабель.

       Оптоволоконный кабель (fiber optic cable) - сетевая среда совершенно иного типа, чем витая пара или коаксиальный кабель. Вместо традиционных электрических зарядов, двигающихся по медному проводу, в оптоволоконном кабеле сигнал передается посредством световых импульсов, распространяющихся по стеклянной или пластиковой трубке.

       Оптоволоконный  кабель абсолютно устойчив к электромагнитным помехам. В оптоволоконном кабеле сигнал затухает гораздо медленнее, чем в медном. Затухание - это ослабление сигнала при его перемещении по кабелю. Чем длиннее кабель, тем слабее получаемый сигнал. В кабелях на медной основе сигнал затухает при протяженности кабеля до 100-500 метров (в зависимости от типа кабеля). В некоторых оптоволоконных кабелях сигнал без особых потерь способен распространяться на расстояния до 120 км. Поэтому оптоволокно - идеальная среда для передачи данных на большие расстояния, например, для соединения отдельных зданий на территории университетского городка. Также оптоволоконный кабель существенно безопаснее медного, т. к. к нему невозможно подключиться, не нарушив его целостности. Оптоволоконный кабель состоит из стеклянной или пластиковой жилы, по которой переносятся световые импульсы. Она окружена отражательным слоем, который называется плакировкой. Плакировка окружена пластиковой прокладкой, защитным покрытием из кевларового волокна и внешней оболочкой.

       Существует  два основных типа оптоволоконного  кабеля: однорежимный и многорежимный . Они отличаются толщиной жилы и плакировки, а также размерами. Диаметр типичного однорежимного оптоволоконного кабеля равен 8,3 микрон, а толщина жилы с плакировкой — 125 микрон. Обычно такой кабель называют однорежимным оптоволокном 8,3/125. Многорежимное оптоволокно, как правило, характеризуется соотношением 62,5/125.  

Рисунок 2 – Оптоволоконный кабель

       В однорежимном оптоволоконном кабеле в  качестве источника света используется лазер, в результате дальность передачи сигнала практически не ограничена. Поэтому однорежимный оптоволоконный кабель чаще прокладывают вне помещений, например, в телефонных сетях или сетях кабельного телевидения. Для локальных сетей кабель этого типа подходит меньше: он очень дорог и имеет более высокий радиус изгиба, чем многорежимный, а значит, его нельзя проложить достаточно компактно. В многорежимном оптоволоконном кабеле в качестве источника света используется светодиод, излучающий более обширный набор частот. Многорежимный оптоволоконный кабель не может покрывать такие же большие расстояния, как однорежимный, но он лучше огибает углы и стоит намного дешевле. С оптоволоконными кабелями используются разъемы двух типов - ST (Straight Tip) и SC (Subscriber Connector).  

       1.2 Витая пара.

       На  сегодняшний день самый популярный тип сетевой среды - кабель «витая пара» (twisted pair) в топологии «звезда». Чаще в ЛВС применяют неэкранированную витую пару (unshielded twisted pair, UTP), но существует также и экранированная витая пара (shielded twisted pair, STP) для использования в условиях сильных электромагнитных помех. Неэкранированная витая пара состоит из восьми проводов. Каждый провод изолирован отдельно; все восемь проводов собраны в четыре свитые пары. Завивка проводов предотвращает перекрестные помехи, наводимые соседними парами и внешними источниками. Все четыре пары помещены в общую оболочку. С кабелями типа «витая пара» используются разъемы RJ45, те же, что и у стандартных телефонных кабелей, только с восемью контактами вместо четырех или шести.

Рисунок 3 - Витая пара 

       Проводники  в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4-0,6 мм. Кроме метрической, применяется американская система AWG, в которой эти величины составляют 26AWG или 22AWG соответственно. В стандартных 4-х парных кабелях в основном используются проводники диаметром 0,51 мм (24AWG). Толщина изоляции проводника - около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (PVC), для более качественных образцов 5 категории - полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или тефлона, обеспечивающего высокий рабочий диапазон температур. Также внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки - при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

       Внешняя оболочка 4-х парных кабелей имеет толщину 0,5- 0,9мм в зависимости от категории кабеля и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, для изготовления оболочки используются полимеры, которые не поддерживают горения и не выделяют при нагреве галогены (такие кабели маркируются как LSZH — Low Smoke Zero Halogen). Кабели, не поддерживающие горение и не выделяющие дым, разрешается прокладывать и использовать в закрытых областях, где могут проходить воздушные потоки системы кондиционирования и вентиляции (так называемых пленум-областях).

       В общем случае, цвета не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании. Самый распространённый цвет оболочки кабелей — серый. У внешних кабелей внешняя оболочка чёрного цвета. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки.

       Отдельно  нужно отметить маркировку. Кроме данных о производителе и типе кабеля, она обязательно включает в себя метровые или футовые метки. Форма внешней оболочки кабеля витая пара может быть различной. Чаще других применяется круглая форма. Для прокладки под ковровым покрытием может использоваться плоский кабель.

       Кабели  для наружной прокладки обязательно  имеют влагостойкую оболочку из полиэтилена, которая наносится (как правило) вторым слоем поверх обычной, поливинилхлоридной. Кроме этого, возможно заполнение пустот в кабеле водоотталкивающим гелем и бронирование с помощью гофрированной ленты или стальной проволоки.

       Существует  несколько категорий витой пары, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и  определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.

       CAT1 (полоса частот 0.1 МГц) — телефонный  кабель, всего одна пара. Применяется кабель либо в «скрученном» виде, либо вообще без скруток. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

       CAT2 (полоса частот 1 МГц) - старый тип  кабеля, 2-е пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

       CAT3 (полоса частот 16 МГц) - 2-х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 МБит/с по технологии 100BASE-T4. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Также до сих пор встречается в телефонных сетях.

       CAT4 (полоса частот 20 МГц) - кабель состоит  из 4-х скрученных пар, использовался  в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость  передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

       САТ5 (полоса частот 100 МГц) - 4-х парный кабель, это и есть то, что обычно называют кабель «витая пара», благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000 Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. При прокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e (полоса частот 125 МГц), который лучше пропускает высокочастотные сигналы. Ограничение на длину кабеля между устройствами (компьютер-свич, свич-компьютер, свич-свич) 100 м. Ограничение хаб-хаб 5 м.