Проектирование оптоволоконной коммуникационной сети для предприятия ООО "Оргтехсервис" (оптимальной по производительности)

Так как сети создавались большей частью случайным образом, то приобретенные компьютеры и ОС отвечают, как правило, индивидуальным потребностям группы пользователей. Сети отдела строились для решения конкретных задач групп сотрудников. Например, инженерный отдел мог выбрать рабочие станции SPARC фирмы Sun Microsystems, соединенные сетью Ethernet, потому что им нужны были приложения, работающие только в среде UNIX. Разделение файлов при этом реализовывалось с помощью TCP/IP и NFS. В отделе продаж той же самой организации уже могли быть куплены компьютеры PS/2, установлена сеть Token Ring и операционная система NetWare для решения их собственных задач: ведения базы данных о клиентах, подготовки писем, разработки коммерческих предложений. Затем в рекламном отделе были выбраны компьютеры Macint ...

Введение
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ
2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
4 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МАГИСТРАЛИ КРУПНОЙ ЛВС
5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
6 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
7 ОПТИМИЗАЦИЯ И ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В РАБОТАЮЩЕЙ СЕТИ
8 ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ
9 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
Заключение
Список литературы

Введение
В настоящие время сложилась тенденция, что только небольшое количество сетей обладает однородностью (гомогенностью) программного и аппаратного обеспечения. Однородными чаще являются сети, которые состоят из небольшого количества компонентов от одного производителя.
Немногие организации имеют сети, составленные из оборудования, например, только IBM или DEC. Дни сетей от одного производителя миновали. Нормой сегодняшнего дня являются сети неоднородные (гетерогенные), которые состоят из различных рабочих станций, операционных систем и приложений, а для реализации взаимодействия между компьютерами используют различные протоколы. Разнообразие всех компонентов, из которых строится сеть, порождает еще большее разнообразие структур сетей, получающихся из этих компонентов. А если продолжи ть далее, и рассмотреть более сложные образования, получающиеся в результате объединения отдельных сетей в единую большую сеть, то становится понятным то множество проблем, связанных с проектированием, администрированием и управлением такой гетерогенной интерсетью. В идеале это объединение неоднородных сетей должно быть прозрачным для пользователя.
Добавление в вычислительную сеть новых, чужеродных элементов может происходить и при всякой значительной реорганизации предприятия, например, при смене владельца, что для нашей страны сейчас тоже становится весьма обычным делом. В этом случае вновь приобретенное предприятие и его вычислительное оборудование также должно быть интегрировано в общую структуру предприятия нового владельца.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что гетерогенная сеть рабочих станций - это сеть, в которую входят машины с различными архитектурами и/или операционными системами.
При создании данной работы ставилась цель создания гетерогенной коммуникационный сети для предприятия ООО «Оргтехсервис» оптимальной по производительности, защищённости и цене, учитывающей потребности каждого отдела предприятия.

Другой сложнейшей задачей было достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с (битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мбит/с, но при методе кодирования 8В/10В полезная битовая скорость на 25 % меньше скорости импульсов на линии).И наконец, самая сложная задача - поддержка кабеля на витой паре. Такая задача на первый взгляд кажется неразрешимой - ведь даже для 100-мегабитных протоколов пришлось использовать достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропусканиякабеля. Однако успехи специалистов по кодированию, проявившиеся в последнее время в новых стандартах модемов, показали, что задача имеет шансы на решение. Чтобы не тормозить принятие основной версии стандарта Gigabit Ethernet, использующего оптоволокно и коак-сиал, был создан отдельный комитет 802.3ab, который занимается разработкой стандарта Gigabit Ethernet на витой паре категории 5.Все эти задачи были успешно решены.4 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МАГИСТРАЛИ КРУПНОЙ ЛВСНеобходимо отметить, что выбор определенного способа построения магистрали корпоративной локальной сети сейчас представляет достаточно сложное дело. Очевиден только тот факт, что традиционно используемая на магистралях крупных локальных сетей технология FDDI начинает постепенно сдавать свои позиции. Свидетельством этому является опрос, проведенный SageResearchInc. среди 200 американских компаний, применяющих FDDI в своих корпоративных сетях. Возможно, популярность FDDI падала бы еще более быстрыми темпами, но присущая ей внутренняя отказоустойчивость, которой нет ни в сетях АТМ, ни в сетях FastEthernet или GigabitEthernet, продолжает привлекать сетевых администраторов и интеграторов.Выбор же технологии для замены FDDI на магистрали пока не очевиден, особенно ввиду отсутствия стандарта на большинство перспективных вариантов. Во многом выбор определяется требованиями приложений к качеству обслуживания их трафика. Во многих случаях для не очень чувствительных к задержкам приложений хорошим выбором будет GigabitEthernet, а для трафика реального времени - АТМ, возможно с модификациями стандартного варианта технологии для ускоренной передачи стандартных потоков данных типа IP-switching или Tag-switching. При использовании GigabitEthernet достигается хорошая совместимость с подсетями Ethernet и FastEthernet, то есть с внутренними подсетями корпорации, а при использовании АТМ нет проблем при подключении к территориальной магистрали провайдера, также все чаще использующей технологию АТМ как основной вид транспорта.4.1 Построение магистрали на основе технологии АТМ Немногие технологии получили за последние несколько лет такое широкое освещение в компьютерной прессе, как Asynchronous Transfer Mode (ATM). Однако подавляющее большинство публикуемых статей носит проблемный, а не просветительский характер, изобилуя сокращениями типа SVC, PVC, LANE, MPOA и IPNNI, понятными только узкому кругу специалистов в этой области. Цель данной статьи - дать углубленное введение в ATM: пояснить основные концепции, рассмотреть модель ATM и ряд стандартов, базирующихся на этой модели.Дать лаконичное и точное описание общей картины ATM - задача не из легких. Сама эта тема достаточно объемна и сложна, а кроме того, технология ATM находится в постоянном развитии: мир ATM состоит из изменяющихся стандартов и продуктов, которые не всегда соответствуют этим стандартам. И хотя быстрая разработка стандартов еще больше усложняет общую картину ATM, благодаря им ATM может быстрее стать пригодной для использования, а значит, и общедоступной технологией. Поэтому понимание сегодняшнего состояния технологии ATM дает ключ к пониманию будущих направлений развития сетевых технологий.ATM - очень гибкая технология; она позволяет передавать по сети различные типы трафика - голос, видео и данные, - обеспечивая при этом достаточную пропускную способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации. Технология ATM может использоваться как для построения высокоскоростных локальных сетей, так и магистралей, объединяющих традиционные локальные сети. Кроме того, организации по стандартизации ATM уже разработали много стандартов на совместимость ATM, дающих возможность производителям создавать коммутаторы, которые могут взаимодействовать с коммутаторами других производителей, а также с традиционным оборудованием локальной сети.Базовые принципы, лежащие в основе технологии ATM, могут быть выражены в трех утверждениях:сети ATM - это сети с трансляцией ячеек (cell-relay);сети ATM - это сети с установлением соединения (connection-oriented);сети ATM - это коммутируемые сети.Сети с трансляцией ячеек. Идея сети с трансляцией ячеек проста: данные передаются по сети небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (cells). В сети Ethernet передача данных осуществляется большими пакетами переменной длины, которые называют кадрами (frames). Ячейки имеют два важных преимущества перед кадрами. Во-первых, поскольку кадры имеют переменную длину, каждый поступающий кадр должен буферизоваться (т.е. сохраняться в памяти), что гарантирует его целостность до начала передачи. Поскольку ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации. Во-вторых, все ячейки имеют одинаковую длину, поэтому они предсказуемы: их заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В результате коммутатор автоматически обнаруживает заголовки ячеек и их обработка происходит быстрее.В сети с трансляцией ячеек размер каждой из них должен быть достаточно мал, чтобы сократить время ожидания, но достаточно велик, чтобы минимизировать издержки. Время ожидания (latency) - это интервал между тем моментом, когда устройство запросило доступ к среде передачи (кабелю), и тем, когда оно получило этот доступ. Сеть, по которой передается восприимчивый к задержкам трафик (например, звук или видео), должна обеспечивать минимальное время ожидания.Любое устройство, подключенное к сети ATM (рабочая станция, сервер, маршрутизатор или мост), имеет прямой монопольный доступ к коммутатору. Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора, устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким; тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять на ячейки, ожидающие передачи.Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на "издержки" (то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки), а соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным. Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания мало.Когда Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute - ANSI) и организация, которая сейчас называется Международным телекоммуникационным союзом (International Telecommunications Union - ITU), разрабатывали ATM, им было достаточно трудно найти компромисс между временем ожидания и издержками передачи. Эти организации должны были учесть интересы как телефонной отрасли, так и производителей оборудования для сетей передачи данных. Производителям средств телефонии нужен был небольшой размер ячейки, поскольку голос обычно передается маленькими фрагментами и уменьшение времени ожидания гарантировало бы своевременную доставку этих фрагментов. Производители средств передачи данных, наоборот, требовали увеличить размер ячейки, поскольку файлы данных часто бывают большими и более чувствительны к издержкам трафика, нежели ко времени ожидания. В конце концов эти две фракции договорились о размере ячейки, равном 53 байтам, из которых 48 байт отводится данным и 5 байт - заголовку ячейки.Сети с установлением соединения. Для передачи пакетов по сетям ATM от источника к месту назначения источник должен сначала установить соединение с получателем. Установление соединения перед передачей пакетов очень напоминает то, как осуществляется телефонный звонок: сначала вы набираете номер, телефон абонента звонит, и кто-то снимает трубку - только после этого вы можете начать говорить.При использовании других технологий передачи данных, таких как Ethernet и Token Ring, соединение между источником и получателем не устанавливается - пакеты с соответствующей адресной информацией просто помещаются в среду передачи, а концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы находят получателя и доставляют ему пакеты.Сети с установлением соединения имеют один недостаток - устройства не могут просто передавать пакеты, они обязательно должны сначала установить соединение. Однако такие сети имеют и ряд преимуществ. Поскольку коммутаторы могут резервировать для конкретного соединения полосу пропускания, сети с установлением соединения гарантируют данному соединению определенную часть полосы пропускания. Сети без установления соединения, в которых устройства просто передают пакеты по мере их получения, не могут гарантировать полосу пропускания.Сети с установлением соединения также могут гарантировать определенное качество сервиса (Quality of Service - QoS), т.е. некоторый уровень сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в себя такие факторы, как допустимое количество потерянных пакетов и допустимое изменение промежутка между ячейками. В результате сети с установлением соединения могут использоваться для передачи различных видов трафика - звука, видео и данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать перегрузку сети ("заторы"), поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать те соединения, которые они не способны поддерживать.Коммутируемые сети. В сети ATM все устройства, такие как рабочие станции, серверы, маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору. Когда одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных - традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами.Когда соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от мостов одним важным аспектом: если мосты отправляют пакеты по всем достижимым адресам, то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу заранее выбранного маршрута.Коммутация в сети Ethernet может быть сконфигурирована таким образом, что все рабочие станции окажутся подключенными непосредственно к коммутатору. В такой конфигурации коммутация в Ethernet похожа на коммутацию в сети ATM: каждое устройство осуществляет прямой монопольный доступ к порту коммутатора, который не является устройством совместного доступа.Однако коммутация ATM имеет ряд важных отличий от коммутации Ethernet. Поскольку каждому устройству ATM предоставляется непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора, то нет необходимости в сложных схемах арбитража для определения того, какое из этих устройств имеет доступ к коммутатору. В противоположность этому, рабочие станции, соединенные с коммутатором Ethernet, должны участвовать в схемах арбитража даже несмотря на их непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора. Сетевые интерфейсные платы Ethernet рассчитаны на использование арбитражного протокола для определения того, имеет ли рабочая станция доступ к устройству.ATM-коммутация также отличается от коммутации Ethernet тем, что коммутаторы ATM устанавливают соединение между отправителем и получателем, а коммутаторы Ethernet - нет. Кроме того, коммутаторы ATM обычно являются неблокирующими; это означает, что они минимизируют "заторы", передавая ячейки немедленно после их получения. Чтобы получить возможность немедленной пересылки всех поступающих ячеек, неблокирующий коммутатор должен быть оснащен чрезвычайно быстрым механизмом коммутации и иметь достаточно большую пропускную способность выходных портов. Теоретически если у коммутатора есть 10 входных портов на 10 Мбит/с, у него должен также быть один выходной порт на 100 Мбит/с. На практике выходной порт может иметь немного меньшую пропускную способность, не утрачивая при этом способности немедленной пересылки всех поступающих ячеек.Такие технологии передачи, как Ethernet и Token Ring, соответствуют семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI). ATM же имеет собственную модель, разработанную организациями по стандартизации.Технология ATM была разработана организациями ANSI и ITU как транспортный механизм для широкополосной сети ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network - B-ISDN). B-ISDN - это общедоступная территориально-распределенная сеть (WAN), которая может использоваться для объединения нескольких локальных сетей. Впоследствии ATM Forum - консорциум производителей оборудования для сетей ATM - приспособил и расширил стандарты B-ISDN для использования как в общедоступных, так и в частных сетях (см. врезку "Организации по стандартизации ATM").Модель ATM, в соответствии с определением ANSI, ITU и ATM Forum, состоит из трех уровней:физического;уровня АТМ;уровня адаптации АТМ.Эти три уровня примерно соответствуют по функциям физическому, канальному и сетевому уровню модели OSI. В настоящее время модель ATM не включает в себя никаких дополнительных уровней, т.е. таких, которые соответствуют более высоким уровням модели OSI. Однако самый высокий уровень в модели ATM может связываться непосредственно с физическим, канальным, сетевым или транспортным уровнем модели OSI, а также непосредственно с ATM-совместимым приложением.4.2 Построение магистрали с использованием технологии FDDIПреимуществом технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств: высокая степень отказоустойчивости;способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;- высокая скорость обмена данными;- детерминированный доступ, позволяющий передавать чувствительные к задержкам приложения;- гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;- возможность работы при коэффициенте загрузки кольца, близком к единице;- возможность легкой трансляции трафика FDDI в графики таких популярных протоколов, как Ethernet и Token Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC.Пока FDDI – это единственная технология, которой удалось объединить все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fast Ethernet также обладает скоростью передачи данных 100 Мбит/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети (если не принимать во внимание коммутацию Fast Ethernet).К недостаткам следует отнести один – высокую стоимость оборудования. За уникальное сочетание свойств приходится платить – технология FDDI остается самой дорогой 100-мегабитной технологией. Поэтому ее основные области применения – это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными -магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Из-за высокой стоимости оборудования решения на основе FDDI уступают решениям на основе Fast Ethernet при строительстве локальных сетей небольшой протяженности, когда стандарт Fast Ethernet предоставляет оптимальное решение.При строительстве протяженных корпоративных сетей, выбор наилучшего стандарта зависит от ряда факторов. Главные факторы, которые могут говорить в пользу построения сети с магистралью FDDI, следующие: - выраженная кольцевая топология кабельной системы, или размещения сетевых узлов;- большое количество самих сетевых узлов (до 10 и более); - ограниченное число волокон в кабельной системе (2 или 4); - большая общая протяженность планируемой сети (несколько десятков километров).Примеры решений на основе различных технологий приведены на рис. 6.Магистраль FDDI. На рисунке 6 показано решение с использованием магистрали FDDI. Это решение полностью удовлетворяет поставленным требованиям, и весьма эффективно. Отметим один недостаток: при отключении двух станций возможна микросегментация кольца FDDI. Обычно в сети магистральные узлы работают непрерывно без отключений. Более того, как сами коммутаторы, так и файл-серверы подключаются к источникам бесперебойного питания, Однако сама возможность отключения или выхода из строя имеется. Для повышения надежности можно отдельные станции подключать через двойное кольцо..Рис. 6 - Вариант построения магистральной корпоративной сетиМногие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Ethernet и Fast Ethernet в сетях этажей и отделов. Группа центральных серверов также обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую с помощью сетевых адаптеров FDDI.Теперь рассмотрим выбор оборудования. На сегодня выпускается большое количество устройств FDDI, начиная от сетевых адаптеров FDDI и кончая FDDI/Ethernet/ATM коммутаторами. Поскольку прошло много времени с момента появления стандарта (в 1991 г. – основные спецификации стандарта FDDI, в 1994 г. – опубликованы спецификации ANSI TP-PMD и SMF-PMD), наблюдается очень высокая совместимость оборудования разных производителей, К крупным поставщикам оборудования FDDI относятся компании: 3Com, Adaptec, BayNetworks, Cabletron, Cisco, DEC, NBase-Fibronics, Madge, Network Peripherals, SysKonnect и др. 4.3 Магистраль на базе технологии GigabitEthernet Gigabit Ethernet это расширение стандартов 10Мб/с (10BASE-T) Ethernet и 100 Мб/с (100 BASE-T) Fast Ethernet для вычислительных сетей. Gigabit Ethernet полностью совместим с Ethernet и Fast Ethernet и при этом работает в 10 раз быстрее.Технология Gigabit Ethernet обладает рядом преимуществ:1. Ethernet сегодня является самой популярной технологией. Согласно данным International Data Corporation, в 80% локальных вычислительных сетей в мире используется технология Ethernet. Объясняется это надежностью сети, низкой стоимостью, масштабируемостью решений (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) и широким спектром инструментария управления и диагностики. Благодаря такой известности Ethernet затраты на обучение персонала, в сравнении с другими технологиями, будут меньше. 2. Низкая стоимость по сравнению с другими технологиями. 3. Поддержка стандарта многими производителями. 4. Соединение коммутаторов Fast Ethernet по Gigabit Ethernet позволяет резко увеличить пропускную способность магистрали ЛВС и поддерживать большее число как коммутируемых, так и разделяемых сегментов Fast Ethernet. 5. Установка сетевой платы Gigabit Ethernet на сервер дает возможность расширить канал с сервером и увеличить производительность пользователей мощных рабочих станций. 6. Масштабируемость. 7.Простота перехода существующих сетей к Gigabit Ethernet. 8. Низкие эксплуатационные затраты. 9. Gigabit Ethernet оптимизирован для передачи данных.Варианты применения Gigabit Ethernet:1. В качестве основной магистрали, для организации высокоскоростной связи между коммутаторами. 2. Соединение коммутатора с сервером для обеспечения высокоскоростного доступа к критическим ресурсам сервера.