Перечень задач по проектированию ЛВС

11.1. Выбрать топологию ЛВС (и обосновать выбор).

11.2. Нарисовать функциональную схему ЛВС и составить перечень аппаратных средств.

11.3. Выбрать оптимальную конфигурацию ЛВС.

11.4. Произвести ориентировочную трассировку кабельной сети и выполнить расчет длины кабельного соединения для выбранной топологии с учетом переходов между этажами. Поскольку существуют ограничения на максимальную длину одного сегмента локальной сети для определенного типа кабеля и заданного количества рабочих станции, требуется установить необходимость использования повторителей.

 

11.5. Определить задержку распространения пакетов в спроектированной ЛВС.

Для расчетов надо выделить в сети путь с максимальным двойным временем прохождения и максимальным числом репитеров (концентраторов) между компьютерами, то есть путь максимальной длины. Если таких путей несколько, то расчет должен производиться для каждого из них.

Расчет в данном случае ведется на основании таблицы 2.

Для вычисления полного двойного (кругового) времени прохождения для сегмента сети необходимо умножить длину сегмента на величину задержки на метр, взятую из второго столбца таблицы. Если сегмент имеет максимальную длину, то можно сразу взять величину максимальной задержки для данного сегмента из третьего столбца таблицы.

Затем задержки сегментов, входящих в путь максимальной длины, надо просуммировать и прибавить к этой сумме величину задержки для приемопередающих узлов двух абонентов (это три верхние строчки таблицы) и величины задержек для всех репитеров (концентраторов), входящих в данный путь (это три нижние строки таблицы).

Суммарная задержка должна быть меньше, чем 512 битовых интервалов. При этом надо помнить, что стандарт IEEE 802.3u рекомендует оставлять запас в пределах 1 – 4 битовых интервалов для учета кабелей внутри соединительных шкафов и погрешностей измерения. Лучше сравнивать суммарную задержку с величиной 508 битовых интервалов, а не 512 битовых интервалов.

Таблица 2.

Двойные задержки компонентов сети Fast Ethernet (величины задержек даны в битовых интервалах)

Тип сегмента	Задержка на метр	Макс. задержка
Два абонента TX/FX		Два абонента TX/FX
Два абонента T4		Два абонента T4
Один абонент T4 и один TX/FX		Один абонент T4 и один TX/FX
Сегмент на кабеле категории 3	1,14	114 (100 м)
Сегмент на кабеле категории 4	1,14	114 (100 м)
Сегмент на кабеле категории 5	1,112	111,2 (100 м)
Экранированная витая пара	1,112	111,2 (100 м)
Оптоволоконный кабель	1,0	412 (412 м)
Репитер (концентратор) класса I		Репитер (концентратор) класса I
Репитер (концентратор) класса II с портами TX/FX		Репитер (концентратор) класса II с портами TX/FX
Репитер (концентратор) класса II с портами T4		Репитер (концентратор) класса II с портами T4

 

Все задержки, приведенные в таблице, даны для наихудшего случая. Если известны временные характеристики конкретных кабелей, концентраторов и адаптеров, то практически всегда предпочтительнее использовать именно их. В ряде случаев это может дать заметную прибавку к допустимому размеру сети.

Пример расчета для сети, показанной на рис. 5:

Здесь существуют два максимальных пути: между компьютерами (сегменты А, В и С) и между верхним (по рисунку) компьютером и коммутатором (сегменты А, В и D). Оба эти пути включают в себя два 100-метровых сегмента и один 5-метровый. Предположим, что все сегменты представляют собой 100BASE-TX и выполнены на кабеле категории 5. Для двух 100-метровых сегментов (максимальной длины) из таблицы следует взять величину задержки 111,2 битовых интервалов.

Рис 5. Пример максимальной конфигурации сети Fast Ethernet

Для 5-метрового сегмента при расчете задержки, умножается 1,112 (задержка на метр) на длину кабеля (5 метров): 1,112 * 5 = 5,56 битовых интервалов.

Величина задержки для двух абонентов ТХ из таблицы – 100 битовых интервалов.

Из таблицы величины задержек для двух репитеров класса II – по 92 битовых интервала.

Суммируются все перечисленные задержки:

111,2 + 111,2 + 5,56 + 100 + 92 + 92 = 511,96

это меньше 512, следовательно, данная сеть будет работоспособна, хотя и на пределе, что не рекомендуется.

 

11.6. Определить надежность ЛВС

Для модели с двумя состояниями (работает и не работает) вероятность работоспособности компонента или, проще надежность, можно понимать по-разному. Наиболее распространенными являются формулировки:

1. доступность компонента

2. надежность компонента

Доступность используется в контексте ремонтоспособных систем. Из сказанного следует, что компонент может находиться в одном из трех состояний: работает, не работает, в процессе восстановления. Доступность компонента определяется как вероятность его работы в случайный момент времени. Оценка величины доступности производится с учетом среднего времени восстановления в рабочее состояние и среднего времени в не рабочем состоянии. Надежность можно записать:

 

______________среднее время до отказа______________

среднее время до отказа + среднее время восстановления

 

Количественные значения показателей надежности АИС должны быть не хуже следующих:

-среднее время наработки на отказ комплекса программно-технических средств (КПТС) АИС должно составлять не менее 500 часов;

-среднее время наработки на отказ единичного канала связи АИС должно составлять не менее 300 часов;

-среднее время наработки на отказ серверов АИС должно составлять не менее 10000 часов;

-среднее время наработки на отказ ПЭВМ (в составе АРМ) должно составлять не менее 5000 часов;

-среднее время наработки на отказ единичной функции прикладного программного обеспечения (ППО) КПТС АИС должно составлять не менее 1500 часов;

-среднее время восстановления работоспособности КПТС АИС должно составлять не более 30 минут; при этом:

-среднее время восстановления работоспособности КПТС после отказов технических средств должно составлять - не более 20 минут, без учета времени организационных простоев;

-среднее время восстановления работоспособности КПТС после отказа общего или специального программного обеспечения АИС - не более 20 минут без учета времени организационных простоев;

-среднее время восстановления работоспособности единичного канала связи КПТС должно составлять не более 3 часов;

-среднее время восстановления работоспособности КПТС в случае отказа или сбоя из-за алгоритмических ошибок прикладного программного обеспечения программно-технологического комплекса (ПТК) АИС, без устранения которых невозможно дальнейшее функционирование КПТС или ПТК АИС - до 8 часов (с учетом времени на устранение ошибок).

 

Содержание отчета

12.1. Перечень этапов проектирования конфигурации ЛВС с указанием принятых проектных решений.

12.2. Функциональная схема ЛВС (чертеж ЛВС с указанием марок оборудования и линий связи). В схеме рекомендуется отметить число рабочих станций в разных сегментах ЛВС, возможные резервы расширения и «узкие» места.

12.3. Результаты расчетов стоимости ЛВС (свести в таблицу с указанием наименования, количества единиц, цены и стоимости). При расчете стоимости учесть затраты на проектирование и монтаж ЛВС.

№п/п	Наименование	Цена	Количество	Стоимость	Примечание

12.4 Произвести расчет задержки ЛВС и ее надежности.

Приложение 1.

Таблица 1

Сравнительные данные по характеристикам ЛВС

Характеристика	Качественная оценка характеристик
Шинной и древовидной сети	Кольцевой сети	Звездообразной сети
Время ответа tотв.	В маркерной шине tотв. предсказуемо и зависит от числа узлов сети. В случайной шине t отв. зависит от нагрузки	tотв. Есть функция от числа узлов сети	toтв. зависит от нагрузки и временных характеристик центрального узла
Пропускная способность С	В маркерной шине зависит от количества узлов. В случайной шине С увеличивается при спорадических малых нагрузках и падает при обмене длинными сообщениями в стационарном режиме	С падает при добавлении новых узлов	С зависит от производительности центрального узла и пропускной способности абонентских каналов
Надежность	Отказы АС не влияют на работоспособность остальной части сети. Разрыв кабеля выводит из строя шинную ЛВС.	Отказ одной АС не приводит к отказу всей сети. Однако использование обходных схем позволяет защитить сеть от отказов АС	Отказы АС не влияют на работоспособность остальной части сети. Надежность ЛВС определяется надежностью центрального узла

В набор параметров линий связи ЛВС входят: полоса пропускания и скорость передачи данных, способность к двухточечной, многоточечной и/или широковещательной передаче (то есть допустимые применения), максимальная протяженность и число подключаемых абонентских систем, топологическая гибкость и трудоемкость прокладки, устойчивость к помехам и стоимость.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Условия физического расположения помогают определить наилучшим образом тип кабеля и его топологию. Каждый тип кабеля имеет собственные ограничения по максимальной длине:витая пара обеспечивает работу на коротких отрезках,одноканальный коаксиальный кабель - на больших расстояниях,многоканальный коаксиальный а волоконно-оптический кабель - на очень больших расстояниях.

Скорость передачи данных тоже ограничена возможностями кабеля: самая большая уволоконно-оптического, затем идутодноканальный коаксиальный, многоканальный кабели и витая пара. Под требуемые характеристики можно подобрать имеющиеся в наличии кабели.

Fast Ethernet 802.3u не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав. Новая технология Fast Ethernet сохранила весь MAC уровень классического Ethernet, но пропускная способность была повышена до 100 Мбит/с. Следовательно, поскольку пропускная способность увеличилась в 10 раз, то битовый интервал уменьшился в 10 раз, и стал теперь равен 0,01 мкс. Поэтому в технологии Fast Ethernet время передачи кадра минимальной длины в битовых интервалах осталось тем же, но равным 5,75 мкс. Ограничение на общую длину сети Fast Ethernet уменьшилось до 200 метров. Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же.

Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet:

- 100Base-TX - для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

- 100Base-T4 - для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

- 100Base-FX- для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

В Ethernet вводится 2 класса концентраторов: 1-го класса и 2-го класса. Концентраторы 1-го класса поддерживают все типы кодирования физического уровня (TX, FX, T4), т.е. порты могут быть разные. Концентраторы 2-го класса поддерживают только один тип кодирования физического уровня: либо TX/FX, либо T4.

Предельные расстояния от хаба до узла:

- TX – 100 м, FX – многомодовые: 412 м (полудуплекс), 2км (полный). Одномодовые: 412 м (полудуплекс), до 100 км (полный), T4 – 100 м.

- Концентратор 1-го класса в сети может быть только один, концентраторов 2-го класса – два, но м/д ними 5 м.

Витая пара (UTP)

Наиболее дешевым кабельным соединением является двухжильное соединение витым проводом, часто называемое витой парой (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10-100 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и простая установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Шесть категорий UTP.

1.Традиционный телефонный кабель, по нему можно передавать речь, но не данные.

2.Способен передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. 4 витые пары.

3.Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. 4 витых пар с девятью витками на метр.

4.Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. 4 витых пар.

5.Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар медного провода.

6.Кабель, способный передавать данные со скоростью до 1 Гб/с, состоит из 4 витых пар.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с.Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый повторитель (repeater). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (terminator).

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют ещетолстый Ethernet(thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet -около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель, является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют,тонкий (thin)Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 миллионов бит/с.

При соединении сегментовCheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети сCheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединение сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительного экранирования не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (Tconnectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей можетсоставлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети наCheapemet-кабеле - около 1000 м. ПриемопередатчикCheapernetрасположен на сетевой плате и используется как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала.

Наиболее дорогими являютсяоптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.

2 вида оптоволокна:

1)одномодовый кабель – используется центральный проводник малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света (5-10мкм). При этом все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. В качестве источника света используют лазер. Длина кабеля – 100км и более.

2)многомодовый кабель – используют более широкие внутренние сердечники (40-100мкм). Во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения наз. модой луча. В качестве источника излучения применяются светодиоды. Длина кабеля – до 2км.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - Спб.: Питер, 2007. -960с.

Гук, М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия .— СПб. : Изд-во Питер, 2004 .— 576 с.

Новиков, Ю.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование .— М. : ЭКОМ, 2002 .— 312с. : ил. ; 23см. — ISBN 5-7163-0061-8.

Епанешников, А. М. Локальные вычислительные сети / А. М. Епанешников, В. А. Епанешников .— Москва : Диалог-МИФИ, 2005 .— 224 с.

1. http://www.netwizard.ru/, система для автоматического создания проектов локальных вычислительных сетей
Составители: Николай Михайлович Дубинин

Руслан Николаевич Агапов

Геннадий Владимирович Старцев

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

 

Лабораторный практикум по дисциплине

«Сети ЭВМ и телекоммуникации»

 

Подписано в печать хх.05.2008. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman.

Усл. печ. л. . Усл. кр. – отт. . Уч. – изд. л. .

Тираж 100 экз. Заказ №

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный

технический университет

Центр оперативной полиграфии УГАТУ

450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12