Основные характеристики производительности сети

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Компьютерные сети»

Тема: «Проектирование и расчет параметров локальной вычислительной сети офиса с использованием беспроводной технологии Wi-Fi»

 

 

Выполнила:

Студентка группы К-21

Данилова И. О.

Проверила:

Преподаватель Скоробогачева Е.Я.

 

г. Павловск

2013г

ПЛАН:

Введение.

1. Теоретическая часть.

1.1. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям.

1.2. Основные характеристики производительности сети.

1.3. Виды топологий.

1.4. Линии связи и их классификация.

1.5. Развернутая характеристика каждого вида линий связи.

2. Практическая часть.

2.1. Преимущества и недостатки беспроводной сети Wi-Fi.

2.2. Схема офиса.

2.3. Исходные данные.

2.4. Используемое сетевое оборудование и его стоимость.

Заключение

Список используемой литературы.

 

Введение.

Во всем мире стремительно растет потребность в беспроводных соединениях, особенно в сфере бизнеса. Пользователи с беспроводным доступом к информации всегда и везде могут работать более производительно и эффективно, чем их коллеги, привязанные к проводным телефонным и компьютерным сетям.

На современном этапе развития сетевых технологий, технология беспроводных сетей Wi-Fi является наиболее удобной в условиях требующих мобильность, простоту установки и использования. Wi-Fi (от англ. wireless fidelity - беспроводная связь) - стандарт широкополосной беспроводной связи семейства 802.11 разработанный в 1997г. Как правило, технология Wi-Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.

Целью данного проекта является проектирование беспроводной сети для рабочих мест офиса. Данная сеть должна обеспечивать подключение 10 компьютеров, иметь 2 принтера. Сеть должна обеспечивать обмен между пользователями текстовой, графической информацией, а так же работу и использование некоторых мультимедийных приложений. Кроме этого сеть должна обеспечивать достаточную степень конфиденциальности и сохранности информации, защиту от несанкционированного доступа. Для решения поставленной задачи необходимо было изучить структуру существующих сетей, общие принципы их построения, выбрать необходимое активное оборудование.

 

ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

1.1. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям.

Основные требования, предъявляемые к вычислительным сетям — производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость. Наиболее важными из которых являются — производительность и надежность.

Независимо от выбранного показателя качества обслуживания сети существу­ют два подхода к его обеспечению. Первый подход состоит в том, что сеть гарантирует пользователю соблюдение некото­рой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, задержка передачи пакетов сетью не будет превышать 150 мс. Или средняя пропускная спо­собность канала не будет ниже 5 Мбит/с, при этом канал будет разрешать пульсации трафика в 10 Мбит на интервалах времени не более 2 секунд. Технологии frame relay и ATM позволяют строить сети, гарантиру­ющие качество обслуживания по производительности.

Второй подход состоит в том, что сеть обслуживает пользователей в соответствии с их приоритетами: гарантируется не качество обслуживания, а только уровень привилегий. Такое обслуживание называется обслуживанием best effort — «с наибольшим старанием». Сеть старается по возможности более качественно обслужить конечного пользователя, но ничего при этом не гарантирует.

Производительность. Существует несколько основных характеристик производительности сети:

· время реакции;

· пропускная способность;

· задержка передачи и вариация задержки передачи.

Время реакции сети является интегральной характеристикой производительно­сти сети и определяется как интервал времени между воз­никновением запроса к какой-либо сетевой службе и получением на него ответа.

Пропускная способность отражает объем данных, переданных сетью или ее час­тью в единицу времени. Она измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду. Пропускная способность может быть мгновенной, максимальной и средней.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длитель­ный промежуток времени — час, день или неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней тем, что для ус­реднения выбирается очень маленький промежуток времени — например, 10 мс, или 1 мс.

Максимальная пропускная способность — это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Иногда полезно оперировать с общей пропускной способностью сети, которая определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. Этот показатель характеризует качество сети в целом, не дифференцируя его по отдельным сегментам или устройствам.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появле­ния его на выходе этого устройства. Обычно качество сети характеризуют величинами максимальной задержки передачи и вариа­цией задержки.

Одной из первоначальных целей создания распределенных систем, к которым относятся и вычислительные сети, являлось достижение большей надежности по сравнению с отдельными вычислительными машинами.

Готовность или коэффициент готовности (availability) означает долю времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена введением избыточности в структуру системы: ключевые элементы си­стемы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирование системы обеспечивали другие.

Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна обеспечить сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме этого, должна поддерживаться согласованность (непротиворечивость) данных, например, если для повышения надежности на нескольких файловых серверах хранится несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их идентичность.

Другой характеристикой надежности является вероятность доставки и пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери пакета, вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным.

Другим аспектом общей надежности является безопасность (security), то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа.

Также характеристикой надежности является отказоустойчивость (fault tolerance). В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы (деградации), а не к полному останову.

Расширяемость (extensibility) означает возможность сравнительно легкого до­бавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость (scalability) означает, что сеть позволяет наращивать ко­личество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом про­изводительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и спе­циальным образом структурировать сеть.

Напри­мер, локальная сеть Ethernet, построенная на основе одного сегмента толстого ко­аксиального кабеля, обладает хорошей расширяемостью, поскольку позволяет легко подключать новые станции. Однако такая сеть имеет ограничение на число станций (не выше 30-40). Наличие такого ограничения и является признаком плохой масштабируемости системы при хорошей расширяе­мости.

Прозрачность (transparency) сети достигается в том случае, когда сеть представля­ется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единая традиционная вычислительная ма­шина с системой разделения времени.

Поддержка разных видов трафика. Компьютерные сети изначально предназначены для совместного доступа пользователя к ресурсам компьютеров: файлам, принтерам и т. п. 90-е годы стали годами проникновения в компьютерные сети трафика мультимедийных данных, представляющих в цифровой форме речь и видеоизображение.

Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче носа или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений. Для качественного воспроизведения непрерывных процессов, необходимо получение сигналов с той же частотой, с которой они были измерены на передающей стороне. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения.

В то же время трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравно­мерной интенсивностью поступления сообщений в сеть («пульсирующий» трафик), поэтому необходимость передавать мультимедийный трафик требует внесения принципиальных изменений, как в протоколы, так и оборудование.

Особую сложность представляет совмещение в одной сети традиционного компьютерного и мультимедийного трафика. Передача исключительно мультимедий­ного трафика компьютерной сетью вызывает меньшие трудности. Наибо­лее близки к этой цели сети на основе технологии ATM, разработчики которой изначально учитывали случай сосуществования разных типов трафика в одной сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникаю­щие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать разви­тие сети.

Совместимостьили интегрируемостьозначает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать различные операционные системы, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и приложения от разных производителей. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднороднойили гетерогенной, а если гетерогенная сеть работает без проблем, то она является интегрированной. Основной путь построения интегрированных сетей — использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.

 

Основные характеристики производительности сети.

Потенциально высокая производительность - это одно из основных преимуществ распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается принципиальной, но, к сожалению, не всегда практически реализуемой возможностью распределения работ между несколькими компьютерами сети.

Основные характеристики производительности сети:

· время реакции;

· скорость передачи трафика;

· пропускная способность;

· задержка передачи и вариация задержки передачи.

Время реакции сети является интегральной характеристикой производительности сети с точки зрения пользователя. Именно эту характеристику имеет в виду пользователь, когда говорит: "Сегодня сеть работает медленно".

В общем случае время реакции определяется как интервал между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на него.

Очевидно, что значение этого показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от текущего состояния элементов сети - загруженности сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос, загруженности сервера и т.п.

Поэтому имеет смысл использовать также и средневзвешенную оценку времени реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям, серверам и времени дня (от которого в значительной степени зависит загрузка сети).

Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих.

В общем случае в него входит:

ü время подготовки запросов на клиентском компьютере;

ü время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование;

ü время обработки запросов на сервере;

ü время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.

Очевидно, что разложение времени реакции на составляющие пользователя не интересует - ему важен конечный результат. Однако для сетевого специалиста очень важно выделить из общего времени реакции составляющие, соответствующие этапам собственно сетевой обработки данных – передачу данных от клиента к серверу через сегменты сети и коммуникационное оборудование.

Знание сетевых составляющих времени реакции позволяет оценить производительность отдельных элементов сети, выявить узкие места и при необходимости выполнить модернизацию сети для повышения ее общей производительности.

Производительность сети может характеризоваться также скоростью передачи трафика. Скорость передачи трафика может быть мгновенной, максимальной и средней.

средняя скорость вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени -- час, день или неделя;

мгновенная скорость отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени - например, 10 мс или 1 с;

максимальная скорость - это наибольшая скорость, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Чаще всего при проектировании, настройке и оптимизации сети используются такие показатели, как средняя и максимальная скорость. Средняя скорость, с которой обрабатывает трафик отдельный элемент или сеть в целом, позволяет оценить работу сети на протяжении длительного времени, в течение которого в силу закона больших чисел пики и спады интенсивности трафика компенсируют друг друга. Максимальная скорость позволяет оценить, как сеть будет справляться с пиковыми нагрузками, характерными для особых периодов работы, например в утренние часы, когда сотрудники предприятия почти одновременно регистрируются в сети и обращаются к разделяемым файлам и базам данных. Обычно при определении скоростных характеристик некоторого сегмента или устройства в передаваемых данных не выделяется трафик какого-то определенного пользователя, приложения или компьютера - подсчитывается общий объем передаваемой информации. Тем не менее, для более точной оценки качества обслуживания такая детализация желательна, и в последнее время системы управления сетями все чаще позволяют ее выполнять.

Пропускная способность - максимально возможная скорость обработки трафика, определенная стандартом технологии, на которой построена сеть. Пропускная способность отражает максимально возможный объем данных, передаваемый сетью или ее частью в единицу времени.

Пропускная способность уже не является, подобно времени реакции или скорости прохождения данных по сети, пользовательской характеристикой, так как она говорит о скорости выполнения внутренних операций сети - передачи пакетов данных между узлами сети через различные коммуникационные устройства. Зато она непосредственно характеризует качество выполнения основной функции сети - транспортировки сообщений - и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем время реакции или скорость.

Пропускная способность измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду.

Пропускная способность сети зависит как от характеристик физической среды передачи (медный кабель, оптическое волокно, витая пара) так и от принятого способа передачи данных (технология Ethernet, FastEthernet, ATM). Пропускная способность часто используется в качестве характеристики не столько сети, сколько собственно технологии, на которой построена сеть. Важность этой характеристики для сетевой технологии показывает, в частности, и то, что ее значение иногда становится частью названия, например, 10 Мбит/с Ethernet, 100 Мбит/с Ethernet.

В отличие от времени реакции или скорости передачи трафика пропускная способность не зависит от загруженности сети и имеет постоянное значение, определяемое используемыми в сети технологиями.

На разных участках гетерогенной сети, где используется несколько разных технологий, пропускная способность может быть различной. Для анализа и настройки сети очень полезно знать данные о пропускной способности отдельных ее элементов. Важно отметить, что из-за последовательного характера передачи данных различными элементами сети общая пропускная способность любого составного пути в сети будет равна минимальной из пропускных способностей составляющих элементов маршрута. Для повышения пропускной способности составного пути необходимо в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы. Иногда полезно оперировать общей пропускной способностью сети, которая определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети за единицу времени. Этот показатель характеризует качество сети в целом, не дифференцируя его по отдельным сегментам или устройствам.

Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки конечными узлами сети.

Обычно качество сети характеризуют величинами максимальной задержки передачи и вариацией задержки. Не все типы трафика чувствительны к задержкам передачи, во всяком случае, к тем величинам задержек, которые характерны для компьютерных сетей, - обычно задержки не превышают сотен миллисекунд, реже - нескольких секунд. Такого порядка задержки пакетов, порождаемых файловой службой, службой электронной почты или службой печати, мало влияют на качество этих служб с точки зрения пользователя сети. С другой стороны, такие же задержки пакетов, переносящих голосовые или видеоданные, могут приводить к значительному снижению качества предоставляемой пользователю информации - возникновению эффекта "эха", невозможности разобрать некоторые слова, вибрации изображения и т. п.

Все указанные характеристики производительности сети достаточно независимы. В то время как пропускная способность сети является постоянной величиной, скорость передачи трафика может варьироваться в зависимости от загрузки сети, не превышая, конечно, предела, устанавливаемого пропускной способностью. Так в односегментной сети 10 Мбит/с Ethernet компьютеры могут обмениваться данными со скоростями 2 Мбит/с и 4 Мбит/с, но никогда -- 12 Мбит/с.

Пропускная способность и задержки передачи также являются независимыми параметрами, так что сеть может обладать, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета. Пример такой ситуации дает канал связи, образованный геостационарным спутником. Пропускная способность этого канала может быть весьма высокой, например 2 Мбит/с, в то время как задержка передачи всегда составляет не менее 0,24 с, что определяется скоростью распространения электрического сигнала (около 300000 км/с) и длиной канала (72000 км).

 

Виды топологий.

Топология сети – геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению друг другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Различают три основных вида топологии:

1) Звезда;

2) Кольцо;

3) Шина.

 

Шинная топология.

При построении сети по шинной схеме каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

Шина проводит сигнал из одного конца сети к другому, при этом каждая рабочая станция проверяет адрес послания, и, если он совпадает с адресом рабочей станции, она его принимает. Если же адрес не совпадает, сигнал уходит по линии дальше. Если одна из подключённых машин не работает, это не сказывается на работе сети в целом, однако, если соединения любой из подключенных машин нарушается из-за повреждения контакта в разъёме или обрыва кабеля, неисправности терминатора, то весь сегмент сети (участок кабеля между двумя терминаторами) теряет целостность, что приводит к нарушению функционирования всей сети.

Достоинства:

ü Отказ любой из рабочих станций не влияет на работу всей сети.

ü Простота и гибкость соединений.

ü Недорогой кабель и разъемы.

ü Необходимо небольшое количество кабеля.

ü Прокладка кабеля не вызывает особых сложностей.

Недостатки:

ü Разрыв кабеля, или другие неполадки в соединении может исключить нормальную работу всей сети.

ü Ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций.

ü Трудно обнаружить дефекты соединений.

ü Невысокая производительность.

ü При большом объеме передаваемых данных главный кабель может не справляться с потоком информации, что приводит к задержкам.

 

Топология «Кольцо».

Эта топология представляет собой последовательное соединение компьютеров, когда последний соединён с первым. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них приводит к нарушению работы всей сети.

 

Топология «Звезда».

Топология «Звезда» - схема соединения, при которой каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Один конец кабеля соединяется с гнездом сетевого адаптера, другой подсоединяется к центральному устройству, называемому концентратором (hub).

Устанавливать сеть топологии «Звезда» легко и недорого. Число узлов, которые можно подключить к концентратору, определяется возможным количеством портов самого концентратора, однако имеются ограничения по числу узлов (максимум 1024). Рабочая группа, созданная по данной схеме, может функционировать независимо или может быть связана с другими рабочими группами.

Достоинства:

· Подключение новых рабочих станций не вызывает особых затруднений.

· Возможность мониторинга сети и централизованного управления сетью.

· При использовании централизованного управления сетью локализация дефектов соединений максимально упрощается.

· Хорошая расширяемость и модернизация.

Недостатки:

· Отказ концентратора приводит к отключению от сети всех рабочих станций, подключенных к ней.

· Достаточно высокая стоимость реализации, т.к. требуется большое количество кабеля.

Комбинированные топологии.

1. «Звезда-Шина» - несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины.

 

2. Пересекающиеся кольца. 3. Древовидная структура.

 

4. «Каждый с каждым». 5. «Снежинка».

 

Локальные сети при разработке, как правило, имеют симметричную топологию. Глобальные - неправильную.