Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інституту дистанційного навчання
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Інформаційна безпека
Група:
МЕ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний Університет “Львівська політехніка”
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
І ЗАВДАННЯ
для виконання курсового проекту з дисципліни
“КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ”
для студентів заочної та екстернатної форм навчання
галузі знань 1701 "Інформаційна безпека"
Затверджено на засіданні
Методичної Ради
Інституту дистанційного навчання.
Протокол № 6-08/09 від 18.02.2009р.
м. Львів
Національний університет "Львівська політехніка",
2009
Методичні вказівки і завдання для виконання курсового проекту з дисципліни “Комп’ютерні мережі” для студентів заочної та екстернатної форм навчання галузі знань 1701 "Інформаційна безпека" / Укл. Б.М.Березюк, А.З.Піскозуб, І.Я. Тишик - Львiв: Національний університет "Львівська політехніка", 2009. - 74 c.
Укладачі: Б.М.Березюк, канд. техн. наук, доцент
А.З.Піскозуб, канд. техн. наук, доцент
І.Я. Тишик, ст. викладач
Вiдповiдальний за випуск В.Б. Дудикевич, д.т.н, проф.
Рецензенти: В.В. Хома, д.т.н, проф.,
ЗМІСТ
1. Завдання на курсовий проект 5
2. Структура курсового проекту та вимоги до оформлення розрахунково-пояснювальної записки 7
3. Вимоги до оформлення графічної частини 8
4. Теоретичні основи побудови комп’ютерних мереж 9
4.1. Загальні засади побудови систем та мереж передавання даних 9
4.2. Проблеми стандартизації та джерела стандартів у галузі передавання даних 12
5. Особливості побудови локальних мереж 14
5.1. Загальні засади побудови локальних мереж 14
5.2. Основні характеристики технології Ethernet 16
5.3. Особливості технології локальних мереж FDDI 23
6. Призначення та особливості побудови глобальних мереж 25
6.1. Загальні засади побудови глобальних мереж 25
6.2. Побудова глобальних мереж на основі виділених каналів 28
6.3. Побудова глобальних мереж на основі комутованих каналів 31
6.4. Глобальні мережі передавання даних з комутацією пакетів 32
6.5. Новітні технології передавання даних.Технологія комутації по мітках Multi-Protocol Label Switching (MPLS) 33
7. Безпровідні технології доступу 34
7.1. Мережі на основі стандарту IEEE 802.11 34
7.2. Технологія доступу на основі стандарту IEEE 802.16 35
8. Загальні принципи побудови об’єднаних мереж 37
8.1. Принципи маршрутизації комп’ютерних мереж 37
8.2. Особливості стеку комунікаційних протоколів ТСР/ІР 38
9. Проектування комп’ютерної корпоративної мережі 40
9.1. Загальні принципи побудови корпоративних мереж 40
9.2. Структура корпоративної мережі 42
9.3. Структурована кабельна система 44
9.4. Методика розрахунку конфігурації мережі Ethernet 46
9.5. IP-адресація мереж 50
9.6. Маска підмережі 52
9.7. Визначення адреси призначення пакету. Шлюз по замовчуванню 52
9.8. Іntranet-мережа, Іntranet-адресація, механізм NAT трансляції IP-адрес 53
9.9. Структуризація IP-мереж 54
9.10. Критерії визначення параметрів підмереж 55
9.11. Визначення маски підмережі 55
9.12. Визначення ідентифікаторів хостів у підмережі 57
9.13. Приклади масок підмереж, приклади розбиття мереж на підмережі 58
9.14. Об’єднання мереж (supernetting) на основі протоколу IPv4 60
9.15. Приклад IP-адресації корпоративної комп’ютерної мережі 63
Список рекомендованої літератури 66
Додатки 68
Мета та завдання курсового проектування
Мета курсового проектування:
узагальнення та закріплення знань, здобутих в процесі прослуховування лекцій, виконання лабораторних та практичних робіт, самостійного вивчення теоретичного матеріалу навчальної дисципліни;
оволодіння практичними навиками у галузі розробки корпоративних комп’ютерних мереж.
Завдання курсового проектування:
Навчитися:
розробляти структури комп’ютерних мереж згідно з поставленим технічним завданням;
вибирати відповідні технології мереж для побудови корпоративної коип’ютерної мережі;
вибирати для комп’ютерних мереж необхідне термінальне та мережеве обладнання, канали зв’язку з апаратурою передавання даних;
виконувати структуризацію мереж на канальному та мережевому рівнях, визначати маску та унікальні ідентифікатори підмереж, ідентифікатори хостів в підмережі;
визначати основні характеристики корпоративної мережі.
ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Спроектувати корпоративну комп’ютерну мережу (ККМ) організації (навчального закладу, проектного інституту, банку, виробничого підприємства, заводу та інш.), яка має наступні властивості та характеристики:
ККМ об’єднує географічно віддалені між собою мережі кампусів (центральна мережа та філії), кількість яких рівна 2 (для непарної передостанньої НЗК) і 3 (для парної передостанньої НЗК), а відстань між головною мережею та її найближчою філією становить значення d [км], де d- відстань в км, рівна 3-м останнім цифрам НЗК.
ККМ повинна забезпечувати наступні послуги своїм корпоративним користувачам:
доступ корпоративних користувачів до:
централізованої бази даних;
корпоративних WWW-, FTP- та E_mail-серверів;
можливість забезпечення обміну мультимедійними послугами:
відеоконференцзв’язок;
аудіозв’язок;
корпоративний телефонний зв’язок;
підключення корпоративних користувачів до мережі INTERNET з метою забезпечення її базових послуг;
організація публічних WWW-, FTP-серверів для користувачів INTERNET;
організація мережі доступу до корпоративної мережі для віддалених користувачів. Вибрати з наступних варіантів: комутована телефонна мережа загального користування (КТМЗК), INTERNET, ISDN, X.25, Frame Relay, та ін.
ККМ повинна володіти хорошими показниками продуктивності, розширюваності та масштабованості.
Структура локальної мережі кампусу головного підрозділу (ЛМКГП) повинна відповідати наступним вимогам (не розглядати структури мереж філій):
по розміру мережа кампусу об’єднує n будинків (де n – вибирається згідно останньої цифри НЗК див. табл.), причому максимальна відстань між будинками становить m [км], (де m - вибирається згідно передостанньої цифри НЗК див. табл.):
НЗК (для n - остання цифра, для m – передост.)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
n, m
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
для побудови мережі кампусу в середині будинків використовуються технології Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, 100VG-AnyLAN, можливе використання безпровідних технологій для розширення точок підключення до мережі, а для об’єднання будинків між собою – технології FDDI, відповідні Ethernet, або ж безпровідні технології (при виборі тої чи іншої технології обґрунтувати її вибір);
структура мережі кампусу повинна бути ієрархічною, в якій присутній рівень мереж робочих груп, мереж відділів та мережі кампусу. Навести схему ієрархічної структури мережі і згідно неї провести фізичну та логічну структуризацію мережі. Для здійснення структуризації використати наступні пристрої: повторювачі, мости, концентратори, комутатори, VLAN-комутатори, комутатори III рівня, маршрутизатори (в разі використання VLAN-комутаторів навести структуру віртуальних локальних мереж). Обґрунтувати вибір мережевих пристроїв. При структуризації мережі вихідним параметром є кількість маршрутизаторів в мережі кампусу p, яка рівна
p=n+o ,
де n – кількість будинків у кампусі;
o – рівне 3, якщо сума двох цифр НЗК парна;
o – рівне 4, якщо сума двох цифр НЗК непарна;
кількість k вузлів в мережі центрального будинку кампусу головного підрозділу дорівнює добутку двох останніх цифр НЗК на 10 (kmin=100)
k=2ост.цифри НЗК * 10 ,
для технології Ethernet навести наступні параметри:
схему доменів колізій на Вашій схемі мережі кампусу;
розрахунок конфігурації мережі Ethernet (правило “5 – 4 –3” (правило “4-х габів”), розрахунок параметрів PDV та PVV для частини мережі Ethernet, побудованій на концентраторах чи повторювачах (береться до уваги обов’язкова наявність старих мереж, таких як, наприклад, «тонкий» Ethernet));
при побудові кабельної системи брати до уваги наступні умови:
в мережі вже існують мережі Ethernet 10BASE-2 чи Token Ring, які переробляти не треба;
в центральному будинку кампусу забезпечити розведення кабельної системи згідно вимог структурованих кабельних систем. Навести схему розведення кабельних систем із зазначенням типів кабелів, їх довжини та технологій, які використовуватимуться.
Структура та вибір WAN-каналів повинна визначатись вимогами згідно пункту 2:
для парної останньої цифри НЗК це є пункти 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3, 2.2, 2.4; для непарної останньої цифри НЗК це є пункти 2.1.1, 2.1.2, 2.1.4, 2.1.5, 2.2, 2.3;
для побудови магістральних мереж та мереж доступу використати публічні чи приватні глобальні мережі, такі як технології виділених каналів (T1/E1), xDSL, технології з комутацією каналів (КТМЗК, ISDN, xDSL), технології з комутацією пакетів (Ethernet, TCP/IP, X.25, Frame Relay), технології комутації по мітках (MPLS), безпровідні технології та сателітарний зв’язок. Навести обґрунтування використання тої чи іншої технології.
Беручи до уваги високі показники продуктивності ККМ, оцінити і обґрунтувати пропускну здатність магістральних LAN- та WAN-каналів в залежності від поставлених задач та виду трафіку.
Для адресації вузлів корпоративної мережі використати набір протоколів TCP/IP з протоколом IPv4. Для ЛМКГП навести схему із зазначенням IP-адрес і масок усіх підмереж і вузлів, а для філій – зазначити лише виділені діапазони IP-адрес.
Навести необхідні налаштування маршрутизації у Вашій мережі:
навести схему маршрутизації ЛМКГП, в якій відобразити маршрути, внесені в таблиці маршрутизації усіх маршрутизаторів ЛМКГП;
в разі необхідності обґрунтувати необхідність використання динамічної маршрутизації (протоколи OSPF, RIP).
Вибір обладнання проводити згідно матеріалів мережі INTERNET, періодичних видань, та іншої відповідної літератури.
Проектування локальної комп’ютерної мережі доцільно виконати у середовищі Packet Tracer.
Курсовий проект необхідно виконати згідно з вимогами, описаними у п.2.
СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТУ ТА ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ
Курсовий проект складається зі зброшурованих розрахунково-пояснювальної записки та графічної частини, виконаних згідно з вимогами ЄСКД.
Розрахунково-пояснювальна записка повинна складатися з наступних розділів:
Технічне завдання проекту
Зміст
Вступ
Огляд основних технологій локальних та глобальних комп’ютерних мереж.
Розроблення загальної структури корпоративної комп’ютерної мережі.
Розроблення локальної мережі кампусу головного підрозділу організації.
Структуризація ІР-мережі головного підрозділу.
Розроблення структурованої кабельної системи центрального будинку кампусу.
Розрахунок основних параметрів локальної мережі згідно завдання.
Висновки
Список використаної літератури
Додатки
Технічне завдання проекту розробляється з врахуванням вимог, приведених у п.2. Вихідні дані на проектування вибираються на основі номера залікової книжки виконавця проекту. У випадку виконання реального проекту вихідні дані на проектування задає замовник. При цьому необхідно провести аналіз об’єкту проектування.
У вступі необхідно розкрити актуальність теми проекту, місце інформаційних технологій у сучасному світі.
У першому розділі проекту необхідно провести короткий огляд основних технологій локальних та глобальних мереж передавання даних та привести їх основні характеристики. Описати загальні принципи структуризації мереж.
У другому розділі проекту необхідно розробити та описати загальну структуру корпоративної комп’ютерної мережі з врахуванням вихідних даних, приведених у технічному завданні. Обґрунтувати вибір технологій локальних мереж головного підрозділу корпорації та її філій. Дати характеристику глобальних мереж, які використовуються для об’єднання філій з головним офісом корпоративної мережі (технології, що використовуються; оператори, які надають ці канали зв’язку; вартість послуг тощо).
У третьому розділі проекту необхідно розробити структурну схему локальної комп’ютерної мережі кампусу головного підрозділу організації. Обґрунтувати вибір необхідного комунікаційного обладнання із врахованням вибору відповідної технології локальної мережі. Типи вибраного обладнання привести у Додатках в таблиці специфікацій.
У четвертому розділі необхідно на основі вихідних даних на проектування виконати структуризацію ІР-мережі головного підрозділу. Обґрунтувати число встановлених маршрутизаторів, визначити маски та унікальні ідентифікатори підмереж, поле вузлів та їх ідентифікатори в підмережах. Розробити таблицю маршрутизації для маршрутизатора, встановленого у центральному будинку кампусу головного підрозділу. При структуризації мережі використовувати маски постійної або змінної довжини.
У п’ятому розділі необхідно розробити структуровану кабельну систему центрального будинку кампусу головного підрозділу. Обґрунтувати вибір типу кабелів, розміщення телекомунікаційних шаф та іншого комунікаційного обладнання, робочих місць. Оптимізувати розташування серверів, принтерів та інших периферійних пристроїв у підмережах робочих груп і відділів. Типи вибраного пасивного обладнання привести у Додатках в таблиці специфікацій.
У шостому розділі пректу необхідно визначити основні характеристики спроектованої мережі передавання даних.
У висновках необхідно привести результати виконання курсового проекту та охарактеризувати отримані дані. Намітити можливі шляхи подальшого покращення характеристик спроектованої корпоративної мережі. Оцінити можливості їх реалізації.
Список використаної літератури необхідно виконати згідно з вимогами правил бібіліографії.
Обсяг пояснювальної записки не повинен перевищувати 30 сторінок машинописного тексту, виконаного шрифтом 12 з одинарним міжрядковим інтервалом на аркушах формату А-4.
ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ГРАФІЧНОЇ ЧАСТИНИ
Графічна частина курсового проекту повинна виконуватися з дотриманням вимог, які регламентують виконання креслень усіх типів і викладені у відповідних нормативних документах. Обсяг графічної частини повинен бути достатнім для пояснення матеріалу, викладеного у записці.
Обов’язкові графічні матеріали, які повинні бути виготовленні при виконанні курсового проекту:
Логічна структура мережі центрального будинку кампусу головного підрозділу (фор. А3);
Схема структурованої кабельної системи центрального будинку кампусу (тут обов’язково повинні бути присутні усі компоненти кабельної системи – телекомунікаційні шафи, патч-панелі, розташування серверів (в серверних приміщеннях), комутатори поверхів, тощо) Обов’язкове позначення метражу кабельної системи;
Структура мережі центрального будинку кампусу головного підрозділу із зазначенням IP-адрес усіх підмереж та вузлів;
Формат графічних матеріалів, oкрім структурної схеми мережі кампусу, не обумовлюється, проте він повинен бути зручним для читання. Використання рамки, кутових штампів та таблиць специфікацій – обов’язкове. Графічні матеріали можуть розташовуватися як у середині пояснювальної записки, так і в Додатках.
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПОБУДОВИ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
Загальні засади побудови систем та мереж передавання даних
Системи передавання даних - це один із видів систем електрозв’язку, які призначені для передавання певного виду інформації (даних) з ЕОМ або в ЕОМ для її подальшої обробки або зберігання. Кінцевим обладнанням в системах та мережах передавання даних (СМПД) є, в переважній більшості, ЕОМ або інше термінальне обладнання з вбудованими процесорами.
Мережі передавання даних класифікуються за такими ознаками:
принципом побудови: глобальні, локальні, об’єднані;
місцем використання: міські, регіональні, корпоративні;
видом ліній зв’язку: дротові, кабельні, безпровідні наземного і супутникового зв’язку;
способом передавання інформації: аналогові, цифрові;
числом каналів: одноканальні, багатоканальні;
режимом передавання даних: симплексні, напівдуплексні, дуплексні;
методом комутації абонентів: з комутацією каналів, з комутацією пакетів, з комутацією повідомлень.
Глобальна мережа передавання даних (WAN) - це мережа з’єднаних між собою з допомогою спеціального телекомунікаційного обладнання ліній зв’язку та апаратури передачі даних абонентів, розташованих на великій території. Сучасні мережі передачі даних (МПД) можуть передавати такі види трафіку як: комп’ютерний, голос, відео телезображення тощо. Абонентами глобальної мережі можуть бути як локальні комп’ютерні мережі, так і окремі комп’ютери, різноманітні абонентські пункти з вбудованими процесорами та інше термінальне обладнання (наприклад, касові апарати, банкомати, вимірювальне обладнання і т.п.). WAN можуть охоплювати цілі держави та континенти.
Корпоративні мережі (мережі масштабу підприємства) об’єднують велику кількість комп’ютерів на всіх територіях окремого підприємства. Вони можуть мати складні зв’язки і покривати місто, регіон чи навіть континент. Віддаль між окремими територіальними мережами можуть бути такими, що стає необхідним використання глобальних зв’язків. (рис.1). Корпоративні мережі забезпечують передавання даних між підрозділами одного відомства (корпорації, міністерства, організації, фірми і т.п.), розміщеними на певній території (будинок, місто, держава, континент). До їх складу можуть входити різні LAN, WAN та MAN, які використовують різнотипні лінії зв’язку, в т.ч. телефонні канали, радіо і супутниковий зв’язок. Корпоративні мережі часто використовують складне комунікаційне обладнання і апаратуру передавання даних.
Регіональні мережі обслуговують абонентів в межах певного густонаселеного регіону, на території якого можуть знаходитися декілька населених пунктів. До їх складу можуть входити декілька побудованих за різними технологіями MAN та WAN.
Міські мережі (MAN) об’єднують різні LAN, персональні комп’ютери та інші термінальні пристрої в масштабах міста та забезпечують їм вихід у глобальні мережі. Такі мережі можуть забезпечувати проведення відеоконференцій та здійснювати інтегровану передачу голосу і тексту.
Мережі кампусів об’єднують велику кількість мереж різних відділів одного підприємства в межах окремої будівлі чи в межах однієї території, що покриває площу в декілька квадратних кілометрів (рис.2). При цьому глобальні з’єднання в мережах кампусів не використовуються.
Служби такої мережі включають взаємодію між мережами відділів, доступ до спільних баз даних підприємства, спільних серверів, високошвидкісних модемів, високошвидкісних принтерів тощо. В результаті співробітники кожного відділу підприємства дістають доступ до деяких файлів та ресурсів мереж інших відділів.
Локальна мережа передавання даних (LAN) – це мережа з’єднаних між собою комп’ютерів або інших термінальних пристроїв, розміщених на невеликій території. Локальні мережі забезпечують користувачам доступ до розподілених ресурсів, розміщених на інших комп'ютерах.
Мережі відділів – це мережі, які використовуються порівняно невеликою групою користувачів, що працюють в одному відділі підприємства (рис.3). Головною метою мережі відділу є розділення локальних ресурсів, таких як прикладні програми, дані, принтери, модеми. Зазвичай мережі відділів можуть мати один чи два файлових сервери і не більше тридцяти користувачів. Мережі відділів зазвичай створюються на основі якої-небудь мережевої технології – Ethernet, Token Ring, і т.д .
Рис 1. Приклад типової корпоративної мережі.
До мереж робочих груп відносяться невеликі мережі (10 – 20 комп’ютерів). Характеристики мереж робочих груп практично не відрізняються від описаних вище характеристик мереж відділів.
Мережі передавання даних забезпечують зв’язок між своїми абонентами з допомогою каналів зв’язку та спеціального комутаційного обладнання. При одній і тій самій структурі мережі різні засоби та способи комутації забезпечують для абонентів і мережі в цілому різні можливості та характеристики.
Рис. 2. Приклад мережі кампусу
Рис. 3. Приклад мережі масштабу відділу
До складу каналів зв’язку, які з’єднують між собою абонентське та комунікаційне обладнання, входить апаратура передавання даних та лінії зв’язку. Під лініями зв’язку розуміють фізичне середовище, по якому передаються електричні або інші сигнали (носії інформації), з допомогою яких абоненти обмінюються даними. В залежності від фізичного середовища, яке використовується для передавання сигналів, розрізняють проводові (повітряні), кабельні (мідні, коаксіальні і волоконно-оптичні) та лінії наземного і супутникового радіозв'язку.
Локальні мережі, які з’єднують розміщені на невеликій площі персональні комп’ютери, для передавання електричних сигналів використовують у переважній більшості волоконно-оптичні, коаксиальні кабелі та кабелі на основі скручених пар. При побудові глобальних мереж для забезпечення зв’язком розкиданих на великій площі абонентів часто використовують крім кабельних вже існуючі телефонні лінії та радіозв’язок.
В залежності від виду сигналів, з допомогою яких передається інформація, та типу апаратури передавання даних, мережі поділяються на мережі з аналоговими та мережі з цифровими лініями зв’язку. В аналогових лініях зв’язку первинні інформаційні сигнали з допомогою аналогових модемів модулюються синусоїдальними сигналами певної частоти і вже після цього надходять у фізичне середовище. В цифрових лініях зв’язку первинні сигнали перетворюються в послідовність дискретних сигналів, які можуть мати декілька (найчастіше - два) рівнів. При цьому у фізичне середовище передається послідовність прямокутних імпульсів, якими закодований потік "нулів" і "одиничок".
В одноканальних мережах по одній лінії зв’язку в даний момент часу може передаватися інформація тільки від одного абонента. Сучасні мережі передавання даних використовують, як правило, багатоканальні лінії зв’язку, по яких одночасно передається інформація від багатьох абонентів. В аналогових лініях цього досягається шляхом частотного (FDM) ущільнення каналів, при якому сигнали різних абонентів модулюються синусоїдальними сигналами різних несучих частот. В цифрових лініях використовується часове (TDM) ущільнення каналів, при якому кожному низькошвидкісному каналу виділяється певна доля (квант) часу високошвидкісного каналу.
В мережах передавання даних інформація може передаватися в симплексному, напівдуплексному та дуплексному (повнодуплексному) режимах. При симплексному режимі передавання даних інформація по лініях зв’язку передається тільки в одну сторону (наприклад, радіо та телетрансляційні мережі, мережі передавання метеоінформації і т.п.) Більшість сучасних мереж використовують напівдуплексний та дуплексний режими передавання даних. При напівдуплексному режимі дані можуть передаватися у кожну з двох сторін почергово. Дуплексний режим дозволяє передавати інформаційні сигнали одночасно у дві сторони, що забезпечує подвоєння швидкості передавання даних.
Проблеми стандартизації та джерела стандартів у
галузі передавання даних
Перші системи передавання даних будували за індивідуальним замовлення по закритій структурі. В міру збільшення замовлень на розробку систем передачі даних, постало питання про серійне виготовлення технічного обладнання цих систем; первинних і вторинних перетворювачів електричних сигналів, апаратури передачі даних і т.п. А це вже вимагало розробки певних стандартів на ці технічні засоби, інтерфейси зв'язку між ними, вироблення певних правил та алгоритмів за якими здійснюється обмін інформацією між окремими компонентами системи.
Особливо гостро питання стандартизації постало при появі сучасних цифрових систем електрозв'язку з різнорідним трафіком та великим числом різноманітних абонентів. Стандарти в галузі електрозв'язку дозволяють використовувати для побудови мереж передачі даних стандартне технічне обладнання та програмне забезпечення, без великих затрат змінювати структуру мережі, збільшувати або зменшувати число абонентів, об'єднувати різнорідні мережі між собою, створювати мережі, які охоплюють великі території ( держави, континенти, частини світу).
Сучасні системи електрозв'язку будуються у відповідності з вимогами взаємодії відкритих систем. При цьому як базову використовують еталонну модель взаємодії відкритих систем OSI. Відритою системою називається система, яка складається з окремих модулів і структура якої може змінюватися в залежності від галузі застосування та виконуваних функцій. Відкриті системи будують у відповідності з загальнодоступними специфікаціями та стандартами, які використовують зацікавлені виробники.
В галузі передавання даних використовують наступні види стандартів:
Стандарти окремих фірм-виробників.
Стандарти спеціальних комітетів і об'єднань (галузеві стандарти).
Національні стандарти (державні стандарти - ДЕСТи).
Міжнародні стандарти.
Міжнародні стандарти розробляють і затверджують різні міжнародні організації та комітети. Найбільших успіхів у розробці стандартів в галузі передавання даних досягнули Міжнародна організація зі стандартизації (ISO), Міжнародна спілка електрозв'язку (ITU), Інститут інженерів з електротехніки і радіоелектроніки (ІЕЕЕ), Європейська асоціація виробників комп’ютерів (ЕСМА), Асоціація електронної промисловості (ЕІА), Міністерство оборони США (DoD) та Професійне співтовариство Internet (ISOC).
Міжнародна організація зі стандартизації ISO є асоціацією національних організацій різних держав з питань стндартизації. Найбільшим її досягненням в галузі передавання даних є розроблена модель взаємодії відкритих систем OSI, яка стала основою для розробки стандартів нових технологій як локальних так і глобальних мереж.
Міжнародна спілка електрозв'язку ITU є спеціальним органом організації об’єднаних націй. Сектор телекомунікації ITU-T цієї спілки відповідає за розробку стандартів у галузі передавання даних, електронної пошти та мультимедійного трафіку.
Комітет 802 Інституту інженерів з електротехніки і радіоелектроніки США розробив сімейство стандартів ІЕЕЕ 802.х в галузі локальних мереж передавання даних, які були покладені в основу міжнародних стандартів ISO 8802-1 – 8802-5.
Європейська асоціація виробників комп’ютерів ЕСМА розробляє стандарти в галузі комп’ютерної техніки і комунікаційних технологій.
Асоціація електронної промисловості ЕІА є органом виробників електронного і мережевого обладнання Сполучених Штатів Америки і займається розробкою стандартів для мережевих компонентів. Найбільш відомою її розробкою є інтерфейс RS-232C.
Підрозділи Міністерства оборони США є піонерами в розробці стандартів у галузі комп’ютерної техніки та мереж передавання даних. Найбільш відомим стандартом цієї організації, який успішно використовується з кінця 70-их років минулого століття до наших днів є стек комунікаційних протоколів ТСР/ІР.
Професійне співтовариство Internet ISOC контролює розробки доповнень до стеку протоколів ТСР/ІР і стандартів в мережі Internet. Офіційні стандарти Internet публікуються інженерним підрозділом IETF цього співтовариства у вигляді документів RFC.
ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ ЛОКАЛЬНИХ МЕРЕЖ
Загальні засади побудови локальних мереж
Локальна мережа передавання даних (LAN)- це мережа з’єднаних між собою з допомогою спеціального технічного і програмне забезпечення комп’ютерів, розташованих на невеликій території. Метою створення LAN є доступ до розміщених на інших комп’ютерах мережі розподілених ресурсів: інформаційних, програмних та технічних.
LAN будується згідно певних мережевих технологій – наборів стандартних протоколів (правил), які використовують конкретні програмні і апаратні засоби, які реалізують ці протоколи.
Основними компонентами локальної мережі є комп’ютери, мережеві адаптери та фізичне середовище, яке з’єднує комп’ютери між собою. В локальних мережах використовуються комп’ютери двох типів:
1. Клієнтський комп’ютер (клієнт) – це робоча станція, яка через мережу отримує доступ до розподілених ресурсів і призначена для розв’язування прикладних задач користувача.
2. Центральний комп’ютер (сервер) – це потужний комп’ютер, який містить розподілені ресурси, доступні до інших комп’ютерів (клієнтів).
Комп’ютери під’єднуються до мережі за допомогою спеціальних апаратних засобів, які називаються мережевими адаптерами (мережевими картами). Мережеві адаптери разом із спеціальними програмами – драйверами перетворюють повідомлення комп’ютерів у послідовність електричних сигналів, які поступають у фізичне середовище (кабелі), що з’єднують комп’ютери між собою.
Фізичне середовище призначене для передачі електричних сигналів між комп’ютерами, розміщеними на певній віддалі один від одного. Для зв’язку комп’ютерів між собою в локальних мережах найчастіше використовують кабелі на основі скручених пар, волоконно-оптичні та коаксиальні кабелі.
Важливою характеристикою LAN є її топологія. Розрізняють фізичну і логічну топологію (фізичні і логічні зв’язки) мережі. Фізична топологія – це конфігурація електричних зв’язків, утворених окремими сегментами фізичного середовища. Логічна топологія - це конфігурація інформаційних потоків в мережі.
Найбільш поширеними фізичними топологіями локальних мереж є "загальна шина", "зірка", "ієрархічна зірка" та "кільце".
При топології "загальна шина" пакет даних, який передається у фізичне середовище будь-яким комп’ютером, одночасно поступає на входи мережевих адаптерів всіх комп’ютерів, під’єднаних до цього середовища. Вводить цей пакет у свою пам’ять тільки той комп’ютер, який розпізнав у службовому полі пакету свою адресу. Цей тип топології характерний для технології Ethernet, яка використовує коаксіальний кабель в якості середовища передачі.
При кільцевій топології дані передаються послідовно по кільцю від одного комп’ютера до іншого, а у свою пам’ять їх вводить той комп’ютер, якому вони призначені. По кільцевій топології будуються мережі Token Ring тa FDDI.
Топології типу "зірка " та "ієрархічна зірка" будуються за допомогою спеціальної комунікаційної апаратури, найчастіше - концентраторів і комутаторів. Цей тип топології є найбільш характерним для сімейства технологій Ethernet.
Комунікаційні пристрої локальних мереж відповідають стандартам конкретних базових технологій і підтримують передавання даних по конкретному фізичному середовищу. Вони призначені для здійснення комутації між вузлами мережі, відновлення якості електричних сигналів, збільшення діаметру мережі, фізичної та логічної структуризації локальних мереж.
Фізичну структуризацію здійснюють з метою збільшення її довжини та числа комп’ютерів за допомогою повторювачів і концентраторів. Фізична структуризація дозволяє не тільки збільшити число персональних комп’ютерів і довжину мережі, але й підвищує її надійність.
Логічну структуризацію виконують з метою підвищення продуктивності і безпеки даних шляхом розбиття єдиного для всієї мережі фізичного середовища на окремі сегменти за допомогою мостів, комутаторів і маршрутизаторів. Логічна структуризація дозволяє локалізувати трафіки окремих сегментів і забезпечує одночасний обмін даними між комп’ютерами в межах кожного сегменту. Логічна структуризація не тільки підвищує ефективність мережі, але і зменшує можливість несанкціонованого доступу до даних.
До основних апаратних комунікаційних засобів локальних мереж відносяться мережеві адаптери (карти), повторювачі, концентратори, мости, комутатори, шлюзи і маршрутизатори.
Мережеві адаптери призначені для під’єднання комп’ютерів до кабельної системи мережі і підтримують протоколи канального та фізичного рівня певної мережевої технології. Кожний мережевий адаптер має свою унікальну МАС-адресу, яка автоматично присвоюється комп’ютеру, який використовує цей адаптер.
Повторювач – це комунікаційний пристрій, який використовується для фізичного з’єднання двох сегментів фізичного середовища і відновлення якості (характеристик) електричних сигналів. Повторювач дозволяє збільшити діаметр мережі та виконати її фізичну структуризацію. Мережева технологія обмежує довжину сегментів, побудованих на основі конкретного фізичного середовища. Використання повторювача дозволяє подвоїти довжину мережі, а також збільшити число під'єднаних до неї комп'ютерів.
Концентратор (hub) –це багатопортовий повторювач, призначений для фізичного з’єднання декількох сегментів мережі. З допомогою концентратора будують фізичну топологію типу "зірка". Інколи хабом називають тільки центральні концентратори, розміщені на верхньому ієрархічному рівні, а концентратори нижнього рівня називають багатопортовими повторювачами.
Фізична структуризація мережі з допомогою концентраторів дозволяє змінити структуру мережі, її топологію, збільшити діаметр та число під’єднаних до мережі комп’ютерів, покращити надійність передавання даних. Сучасні концентратори можуть відключати від мережі порти з некоректно працюючим комп’ютером.
Міст – це комунікаційний пристрій з вбудованим процесором, призначений для ізоляції трафіка однієї мережі (сегменту) від іншої на основі аналізу апаратної адреси отримувача пакетів інформації. Мережевий трафік – це інформаційний потік, тобто об’єм інформації, що передається по мережі одночасно і характеризує її завантаженість. Мережевий трафік складається з потоку пакетів, кожний з яких містить поле службової інформації та поле даних. Поле службової інформації обов’язково містить апаратні адреси отримувача і відправника пакету. Адресна таблиця моста містить інформацію про закріплені за сегментами мережі комп’ютери.
Міст пропускає в інший сегмент пакет, який поступив на його вхід тільки у тому випадку, якщо там знаходиться отримувач пакетів. Використання моста дозволило розбити мережу на два сегменти і локалізувати таким чином трафіки комп’ютерів, розміщених в різних сегментах. Це забезпечує підвищення продуктивності мережі та надійності передавання даних.
Комутатор (switch) – це високошвидкісний багатопортовий мультипроцесорний міст. Кожний порт комутатора керується окремим мікропроцесором, має свою буферну пам’ять та формує власну адресну таблицю. Пакет, який поступає в один з портів комутатора, направляється тільки в той вихідний порт, в якому знаходиться адресат. Якщо вихідний порт зайнятий передаванням іншої інформації, то пакет записується у буферну пам’ять та ставиться у чергу на вихід. Сучасні комутатори виконують цілий ряд додаткових функцій, направлених на підвищення продуктивності та надійності роботи мережі і захисту інформації. Комутатори 3-го рівня виконують протоколи мережевого рівня стеку комунікаційних протоколів і тому використовуються для ізоляції мережевого трафіку на основі аналізу ІР-адрес пакетів.
Шлюз (gateway)– це комунікаційний пристрій, який об’єднує мережі, побудовані за різними технологіями і з різними типами протоколів.
Маршрутизатор (router)- це багатофункціональний комунікаційний пристрій, який підтримує протоколи мережевого рівня і призначений для об’єднання як локальних, так і глобальних мереж, побудованих за різними мережевими технологіями. В локальних мережах маршрутизатори використовують для їх структуризації шляхом поділу мереж, які використовують стек комунікаційних протоколів, на підмережі.
Приклад структури локальної мережі, побудованої за різними базовими технологіями з використанням концентраторів, комутаторів та маршрутизатора, приведений на рис. 4.
Найбільш поширеними базовими технологіями локальних мереж на сьогоднішній день є Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring тa FDDI.
Основні характеристики технології Ethernet
Технологія Ethernet — це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт локальних мереж. Загальна число мереж Ethernet на сьогодні оцінюється в 5 мільйонів, а число комп'ютерів зі встановленими мережними адаптерами Ethernet становить більше 50 мільйонів.
Під Ethernet розуміють один з варіантів цієї технології. У вужчому розумінні Ethernet - це мережний стандарт, оснований на експериментальній мережі Ethernet Network, яку розробила фірма Xerox. Фірми DEC, Intel і Xerox спільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі на основі коаксіального кабелю, що став останньою версією фірмового стандарту Ethernet. Тому фірмову версію стандарту Ethernet називають стандартом Ethernet DIX чи Ethernet II.
На основі стандарту Ethernet DIX був розроблений стандарт IEEE 802.3, що багато в чому збігається зі своїм попередником. У той час як у стандарті IEEE 802.3 розрізняються
рівні МАС і LLC, в оригінальному Ethernet обидва ці рівні об'єднані в єдиний канальний рівень. В Ethernet DIX є протокол тестування конфігурації (Ethernet Configuration Test Protocol), який відсутній у IEEE 802.3. Трохи відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів у цих стандартах збігаються.
У залежності від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 має різні модифікації: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-Т, 10Base-FL, 10Base-FB.
У 1995 році був прийнятий стандарт Fast Ethernet, опис якого є додатковим розділом до основного стандарту 802.3 - розділом 802.3і. Прийнятий у 1998 році стандарт Gigabit Ethernet описаний у розділі 802.3z.
Для передачі двійкової інформації по кабелю для усіх варіантів фізичного рівня технології Ethernet, які забезпечують пропускну здатність 10 Мбіт/с, використовується манчестерський код. Усі види стандартів Ethernet (у тому числі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet) використовують той самий метод доступу до середовища передачі даних - метод множинного доступу з розпізнаванням несучої та виявленням колізій (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD) .
Цей метод застосовується винятково в мережах з логічною загальною шиною. Усі комп'ютери мережі мають безпосередній доступ до загальної шини, тому вона може бути використана для передачі даних між будь-якими двома вузлами мережі. Всі комп'ютери мережі одночасно (з врахуванням затримки поширення сигналу по фізичному середовищу) одержують дані, які один із комп'ютерів почав передавати на загальну шину (рис. 5).
Мал.1.
Рис.5. Метод випадкового доступу CSMA/CD
Етапи доступу до середовища Ethernet
Усі дані, які передаються по мережі, поміщаються у кадри визначеної структури і забезпечуються унікальною адресою станції призначення. Щоб одержати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище вільне. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, що також називається несучою частотою (carrier-sense, CS). Ознакою незайнятості середовища є відсутність на ній несучої частоти, що при манчестерському способі кодування дорівнює 5 - 10 Мгц, у залежності від послідовності одиниць і нулів, переданих у даний момент.
Якщо середовище вільне, то вузол має право почати передачу кадру. Цей кадр зображений на рис. 5 першим. Вузол 1 виявив, що середовище вільне, і почав передавати свій кадр. У класичній мережі Ethernet на коаксіальному кабелі сигнали передавача вузла 1 поширюються в обидва боки так, що їх одержують усі вузли мережі. Кадр даних завжди супроводжується преамбулою довжиною 7 байт, що складаються зі значень 10101010, і 8-го байта, рівного 10101011. Преамбула потрібна для входження приймача в побітову і побайтову синхронізацію із передавачем.
Усі станції, підключені до кабелю, можуть розпізнати факт передачі кадру. Та станція, яка розпізнала власну адресу в заголовках кадру, записує .його вміст у свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані, передає їх нагору по своєму стеку, а потім посилає по кабелю кадр-відповідь. Адреса станції-джерела міститься у вихідному кадрі, тому станція-одержувач знає, кому потрібно послати відповідь.
Вузол 2 під час передачі кадру вузлом 1 також намагався почати передачу свого кадру, однак виявив, що середовище зайняте і змушений чекати, поки вузол 1 припинить передачу кадру.
Після закінчення передачі кадру усі вузли мережі зобов'язані витримати технологічну паузу (Inter Packet Gap) (тп=9,6 мкс. Ця пауза, яка називається також міжкадровим інтервалом, потрібна для приведення мережних адаптерів у вихідний стан, а також для запобігання монопольного захоплення середовища однією станцією. Після закінчення технологічної паузи вузли мають право почати передачу свого кадру, тому що середовище вільне. Через затримки поширення сигналу по кабелі не всі вузли одночасно фіксують факт закінчення передачі кадру вузлом 1. У наведеному прикладі вузол 2 дочекався закінчення передачі кадру вузлом 1, зробив паузу тривалістю в 9,6 мкс і почав передачу свого кадру.
Виникнення колізії. При описаному підході можлива ситуація, коли дві станції одночасно пробують передати кадр даних по загальному середовищу. Механізм прослуховування середовища і пауза між кадрами не гарантують від виникнення такої ситуації, коли дві чи більше станції одночасно вирішують, що середовище вільне, і починають передавати свої кадри. Говорять, що при цьому відбувається колізія (collision), тому що ...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора