25
2) количество этажей – 1;
3) пропускная способность сети – не менее 1 Гбит/с;
4) архитектура сети – с использованием выделенного сервера;
5) сеть должна являться сегментом корпоративной сети ФКУЗ «МСЧ
МВД России по Иркутской области».
Рабочие станции и сегмент локальной сети необходимо разместить в
помещении – Зал тестирования, сервер – в отдельном помещении.
При разработке структуры и логики будущей ЛВС поставим следующие
задачи.
1. Разработать структуру сети. Она должна соответствовать структуре
информационных потоков в организации. В зависимости объема от сетевого
трафика сеть может быть разделена сегменты. Выделение узлов в отдельную
подсеть осуществляется, если основной обмен данными происходит между
этими узлами.
2. При необходимости провести согласование различных протоколов
канального уровня для образования единой транспортной системы,
объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи
информации между конечными узлами.
3. Обеспечить использование топологии сети с выделенным сервером.
4. Обеспечить работу серверов DNS, DHCP, файлового сервера.
5. Реализовать централизованное управление правами пользователей и
политиками безопасности. В сети должно использоваться централизованное
хранение профилей пользователей их идентификация и аутентификация.
Информационные системы ЦПД, базу электронного документооборота и
электронный архив документов желательно разместить на выделенном сервере,
компьютеры пользователей будут являться рабочими станциями,
подключенными к серверу БД.
На выбор места расположения сервера в помещениях влияет несколько
факторов:
− из-за высокого уровня шума сервер желательно установить отдельно от
остальных рабочих станций;
26
− необходимо обеспечить постоянный доступ к серверу для технического
обслуживания;
− по соображениям защиты информации требуется ограничить доступ к
серверу.
Все рабочие станции могут быть равноправны, разграничение прав
доступа к БД будет осуществляться на программном уровне за счет средств
администрирования БД.
В Зале тестирования должен быть размещен сетевой принтер с доступом к
нему всех рабочих станций.
Интенсивность информационных потоков между узлами компьютерной
сети будет высока, обмен информацией и пользование общих баз данных и
запросов к ним будет происходить практически ежеминутно. Ширина
пропускания внутреннего канала связи должна составлять не менее 100 Мбит/с,
а лучше 1Гбит/с; магистраль должна обеспечивать пропускную способность не
менее 33% от максимального трафика коммуникационного центра.
В Зале тестирования необходимо установить не менее 4-х
дополнительных портов кабельной системы для обеспечения дальнейшего
расширения инфраструктуры в данном сегменте сети.
1.3 Обоснование проектных решений
1.3.1 Обоснование выбора архитектуры и топологии сети
Структура корпоративной сети является основным фактором, влияющим
на качество обмена данными между прикладным программным обеспечением
корпоративной системы, и, соответственно, на качество решения прикладных
задач. В основе структуры сети лежит ее топология.
Топология сети (topology) – конфигурация графа, вершинам которого
соответствуют узлы сети (компьютеры) и коммуникационное оборудование, а
его ребра выступают в качестве физических или информационных связей между
вершинами [11, с. 34].
Выбор топологии определяется, в частности, планировкой помещения, в
котором разворачивается ЛВС. Кроме того, большое значение имеют затраты на
приобретение и установку сетевого оборудования, что является важным
27
вопросом для фирмы, разброс цен здесь также достаточно велик. Число
возможных конфигураций топологий велико, однако в основе любой
конфигурации лежат базовые топологии: шина (Рис.3а), кольцо (Рис.3б), звезда
(Рис.3в), иногда в качестве базовой выделяют ячеистую топологию (Рис.3г).
а) б)
в) г)
Рис. 3. Базовые топологии локальной сети
Топология типа «общая шина». При шинной топологии все клиенты
подключены к общему каналу передачи данных. При этом они могут
непосредственно вступать в контакт с любым компьютером, имеющимся в сети.
Передача информации происходит следующим образом. Данные в виде
электрических сигналов передаются всем компьютерам сети. Однако
информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу
получателя. Причем в каждый момент времени только один компьютер может
вести передачу [6, с. 234].
Топология типа «звезда». При использовании топологии типа звезда
информация между клиентами сети передается через единый центральный узел.
В качестве центрального узла может выступать сервер или специальное
устройство – концентратор (коммутатор).
В топологии «звезда» могут использоваться активные и пассивные
концентраторы. Активные концентраторы принимают и усиливают
передаваемые сигналы. Пассивные концентраторы пропускают через себя
28
сигналы, не усиливая их. Пассивные концентраторы не требуют подключения к
источнику питания [6, с. 236].
Топология типа «кольцо». При топологии кольцо все компьютеры
подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо.
Передача информации в данной сети происходит следующим образом.
Маркер (специальный сигнал) последовательно, от одного компьютера к
другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который хочет передать
данные. Получив маркер, компьютер создает так называемый пакет, который
используется для передачи данных. В пакет помещается адрес получателя и
данные, а затем он отправляется по кольцу. Пакет проходит через каждый
компьютер, пока не окажется у того, чей адрес совпадает с адресом получателя.
После этого принимающий компьютер посылает источнику информации
подтверждение факта получения пакета. Получив подтверждение, передающий
компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть [13, с. 192].
В сетях с древовидной топологией компьютеры непосредственно связаны
с центральными узлами сети – серверами. Древовидная топология представляет
собой комбинацию топологии типа звезда и топологии типа общая шина.
Поэтому ей в основном присущи те же преимущества и недостатки, которые
были указаны для данных топологий.
В полносвязной сети каждый компьютер соединен со всеми другими
компьютерами отдельными линиями.
Для крупных вычислительных сетей (глобальных или региональных)
обычно применяется комбинация различных топологией для разных участков.
Для построения офисных сетей наиболее популярной топологией является
топология «звезда», которая обладает большой надежность, высоким
быстродействием, простотой администрирования и невысокой стоимостью
сетевого оборудования на современном этапе.
Корпоративные сети могут также иметь определенную сетевую
архитектуру, то есть совокупность сетевых аппаратных и программных
решений, методов доступа и протоколов обмена информацией.
Наиболее распространенной архитектурой является Ethernet (англ. ether –
эфир) – широковещательная сеть, в которой станции сети могут принимать все
29
сообщения. Топология сети в архитектуре Ethernet линейная или звездообразная.
Применяются и другие архитектуры:
– Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) –
кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на передаче
последовательности битов (маркера) из смежного предыдущего узла;
– Arcnet (Attached Resource Computer Network – сеть соединенных
ресурсов) – широковещательная сеть. Физическая топология – дерево;
– FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – архитектура высокоскоростной
передачи данных по оптоволоконным линиям. Топология – двойное кольцо или
смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей);
– ATM (Asynchronous Transfer Mode) – обеспечивает передачу цифровых
данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям [5].
Наибольшую популярность построения локальных сетей приобрела
архитектура (сетевая технология, стандарт) Ethernet, которая со временем стала
иметь различные спецификации и вытеснила сетевые архитектуры типа Arcnet,
FDDI, Token ring.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические
сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления
доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. В зависимости от скорости
передачи данных, и передающей среды существует несколько вариантов
технологии Ethernet, которые зависят от среды передачи данных и пропускной
способности сети на данном оборудовании.
Развитием технологии Ethernet стала сеть спецификации Fast Ethernet со
скоростью передачи данных от 10 до 100 Мбит/с. В дальнейшем был внедрен
стандарт Gigabit Ethernet, где пропускная способность сети достигает 1 Гбит/с. В
настоящее время реализуется стандарт Ethernet 10G с поддержкой скорости до
10 Гбит/с.
Так как скорость соединения между устройствами сети должна составлять
до 1 ГБит/сек, то необходимо использовать сетевую технологию Gigabit Ethernet
со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с.
Стандарт технологии Gigabit Ethernet включает в себя поддержку
звездообразной топологии сетей и сред передачи, таких как оптоволоконный
30
кабель, витая пара или экранированный сбалансированный медный кабель [34,
с.122].
Стандарт Ethernet и его последующие модификации являются наиболее
распространенным вариантом построения локальной сети, они определяют
проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат
кадров и протоколы управления доступом к среде.
В таблице 2 перечислены наиболее часто используемые стандарты
построения сети. Первое число в названии означает скорость передачи данных (в
Мбит/с) [35].
Таблица 2
Категории сети Ethernet
Категория
Описание/тип кабеля
Максимальная длина, м
10Base-T
неэкранированная витая пара
100
100Base-T
Fast Ethernet, используется в
качестве среды передачи данных
витая пара
100
100Base-FX
в качестве сетевого кабеля
используется оптоволокно
400
100 Base-FL
Fiber Link, используется для
передачи данных оптический кабель
2000
1000Base-T
Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с, витая пара
категории 5e
100
1000BASE-SX
Многомодовое оптоволокно
220-550 м в
зависимости от
диаметра и пропускной
способности кабеля
1000BASE-LX
Одномодовое оптоволокно
5 000
1000BASE-CX
Экранированный сбалансированный
медный кабель
25
1000BASE-TX
Витая пара (две пары категории 6,
7)
100
В Ethernet применяются различные типы кабеля (физического носителя
или среды передачи данных): коаксиальный кабель, неэкранированная витая
пара, оптоволокно и проч. В различных типах Ethernet применяются разные
характеристики передачи сигналов, но во всех используется одна и та же
спецификация кадров Ethernet, скорость от 10 Мбит/с и арбитражный доступ
CSMA/CD. Так как максимальная длина сегментов в локальной сети Центра
31
психофизиологической диагностики ФКУЗ не будет превышать 40 м, подойдут
любые типы кабельной системы. Однако необходимо выбрать стандарт
категории 1000BASE-Х для обеспечения пропускной способности не ниже 1000
Мбит/с.
Всего существует пять стандартов физического уровня для гигабитного
Ethernet, использующих оптоволоконный кабель (1000BASE-X), витую пару
(1000BASE-T) или экранированный сбалансированный медный кабель
(1000BASE-CX) [35].
Для нашего случая целесообразно внутрисегментные соединения
выполнять c использованием категории 1000Base-T на витой паре 5-й категории,
этим будет достигнута и оптимальная длина сегмента офисной сети, и
пропускная способность в 1000 Мб/с, и экономичность прокладки кабеля.
Кабель категории 5 – наиболее совершенный кабель в настоящее время,
рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 МГц. Состоит из
витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр длины (8 витков на фут).
Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом.
Рекомендуется применять его в современных высокоскоростных сетях типа Fast
Ethernet, Gigabit Ethernet.
Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической
природы, работала корректно, необходимо выполнение следующих условий:
количество станций в сети не более 1024;
максимальная длина каждого физического сегмента не более величины,
определенной в соответствующем стандарте физического уровня;
время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя
самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых
интервала [29].
Проверим выполнение вышеперечисленных условий для проектируемого
участка локальной сети. Количество станций в сети: 15 (рабочие станции и
сервер) <1024. То есть условие, ограничивающее максимальное число станций в
сети, удовлетворяется. Для проверки выполнения условия, ограничивающего
максимальную длину каждого физического сегмента, определим максимальную
длины сегментов от группы компьютеров до коммутаторов.
32
Предполагается установка нескольких коммутаторов на 1 этаже. Так как
длина и ширина всего здания меньше 70 м, то и длина сегментов внутри здания
от компьютеров до коммутаторов будет менее 70 м, то есть, значительно меньше
максимально допустимой длины в 100 м.
Сравнение исходных данных проектируемых участков сети с параметрами
категории сети Ethernet, ограничивающих максимальную длину каждого
физического сегмента, показывает, что условие выполняется.
Время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя
самыми удаленными друг от друга станциями сети будет меньше максимально
допустимой величины 575 битовых интервала, так как максимально удаленные
друг от друга компьютеры будут расположены на расстоянии не более 25 м.,
разрабатываемый участок локальной сети проходит по критерию времени
двойного оборота сигнала. Это условие также выполняется.
Стандарт технологии Gigabit Ethernet включает в себя поддержку
звездообразной топологии сетей и сред передачи оптоволоконный кабель, витая
пара или экранированный сбалансированный медный кабель [25, с. 117].
В качестве среды передачи данных выбрана витая пара 5 категории. В
качестве топологии будет использована топология «звезда».
Топология «звезда» представляет собой довольно производительную
структуру: каждый узел сети − компьютер, в том числе и сервер, соединяется
отдельным сегментом кабеля с центральным узлом – коммутатором
(маршрутизатором).
Основным преимуществом является ее устойчивость к сбоям,
возникающим вследствие неполадок на отдельных ПК или из-за повреждения
сетевого кабеля.
Таким образом, в структурном подразделении ЦПД ФКУЗ планируется
технология Gigabit Ethernet, использование кабельной системы «витая пара» 5
категории. В сеть необходимо добавить несколько опорных узлов –
коммутаторы или маршрутизаторы. Общую топологию проектируемой
локальной сети можно охарактеризовать как «активная звезда» – в центре сети
будет находиться маршрутизатор. Отдельные сегменты сети характеризуются
топологией «пассивная звезда» – в центре сети находится коммутатор. Таким
33
образом, сегменты сети будут функционировать в составе сложной сетевой
топологии «дерево».
Преимуществами такого подхода является:
хорошая масштабируемость сети;
высокая пропускная способность до 1000 Гбит/с;
простота администрирования сети;
за счет централизованного оперирования приложениями и их
модификациями, выполняемыми на сервере, они становятся доступными для
всех пользователей сразу;
при таком способе безопасность корпоративных данных выше.
К недостаткам можно отнести приобретение дополнительного сетевого
оборудования (необходимо приобрести маршрутизаторы или коммутаторы),
большие расходы на опорные узлы сети, сегменты кабельной системы. Кроме
этого необходимо приобрести сервер, серверную операционную систему,
установить и настроить сетевые службы на сервере.
1.3.2 Обоснование проектных решений по техническому обеспечению
Гигабитные Ethernet-сети строятся по принципу «точка-точка», в отличие
от исходного 10-мегабитного Ethernet, в них не применяется моноканал, должен
быть использован коммутатор или концентратор, к которому подсоединяется
множество компьютеров.
Gigabit Ethernet может работать в двух режимах: полнодуплексном и
полудуплексном. «Нормальным» считается полнодуплексный режим, при
котором трафик может одновременно идти в обоих направлениях. Данный
режим применяется, когда имеется центральный коммутатор, соединенный с
периферийными компьютерами или коммутаторами. Современные
коммутаторы, поддерживающие в том числе и Gigabit Ethernet, могут работать
на смешанных скоростях; они автоматически выбирают оптимальную скорость.
Также выпускаемые коммутаторы в настоящее время делятся на
управляемые и неуправляемые. Управляемые коммутаторы обладают
дополнительными функциями, важнейшими выступают: фильтрация трафика
34
(доступ заданных заранее групп пользователей к определенным службам сети);
поддержка протокола Spanning Tree Protocol (STP) (определяет корректную
работу коммутатора в случае, когда между конечными узлами сети существует
несколько логических или физических маршрутов, в состав которых входят
коммутаторы); поддержка транкового объединения портов (позволяет создавать
высокоскоростные каналы связи, объединяя несколько физических каналов в
один логический); поддержка виртуальных сетей VPN [25, с.106].
В качестве центрального узла топологии «звезда» могут выступать также
маршрутизаторы − устройства пакетной сети передачи данных,
предназначенные для объединения сегментов сети и ее элементов, для передачи
пакетов между ними на основе каких-либо правил. Маршрутизаторы работают
на сетевом (третьем) уровне модели OSI в качестве узловых устройств для
различных технологий: IP, ATM, Frame Relay и мн. др.
Рассмотрим отличия маршрутизаторов и коммутаторов при построении
локальных сетей.
Коммутатор (Switch) – многопортовое устройство, обеспечивающее
высокоскоростную коммутацию пакетов между портами и направляющее
пакеты, обычно на один из узлов магистральной сети. Коммутатор
предоставляет каждому устройству (серверу, ПК или концентратору),
подключенному к одному из его портов, всю полосу пропускания сети. Это
повышает производительность и уменьшает время отклика сети за счет
сокращения числа пользователей на сегмент [17, с.84].
В отличие от концентраторов, которые осуществляют
широковещательную рассылку всех пакетов данных, принимаемых по любому
порту, коммутаторы передают пакеты непосредственно адресату, «зная» МАС-
адрес каждого устройства, включенного в сеть. В результате интеллектуальной
рассылки пакетов только адресатам, снижается трафик и увеличивается общая
пропускная способность сети, что обуславливает выбор коммутаторов перед
концентраторами при построении ККС. Коммутаторами обеспечиваются
функции передачи информации, используя разные протоколы на уровне связи:
Ethernet, FDDI, Token Ring, задающие управление потоком информации,