В современный век, насыщенный большим количеством компьютеров и техники, особой актуальностью пользуются услуги по проектированию компьютерных сетей. От того, как тщательно будет спланирована компоновка, будет зависеть стабильность и долгая работа всех устройств. За основу можно взять учебное пособие по проектированию компьютерной сети предприятия энергетики.
Введение
Компьютерная сеть представляет собой вычислительную систему, в которую объединены компьютеры и необходимое периферийное оборудование, расположенное на определённой ограниченной территории. В большинстве случаев это один офис или здание, ну или же один филиал компании. На сегодняшний день компьютерная сеть стала одним из основных атрибутов вычислительных систем, в которых имеется более чем один компьютер.
Главные преимущества, которые можно получить от локальной сети, — это возможность совместно использовать некие общие ресурсы, обмениваться данными, иметь централизованное хранилище, использовать принтеры или выходить в сеть Интернет.
Не менее важным аспектом является получение отказоустойчивой системы, которая сможет продолжить своё функционирование при выходе из строя отдельных её частей. Достигается это за счёт применения при проектировании компьютерных сетей так называемой избыточности и дублирования.
Как правило, построение надёжной системы, которая будет отвечать всем заявленным требованиям и обладать наименьшей стоимостью, начинается с проработки плана. В нём учитываются различные характеристики, подбирается необходимая топология, программное и аппаратное обеспечение.
Описание необходимой сети
При проектировании компьютерной сети нужно учесть, что она будет обладать особыми характеристиками и параметрами. В частности, она должна давать возможность информационному отделу компании поддерживать работоспособность всей аппаратной части и программного обеспечения, позволить администрировать необходимые сетевые ресурсы и создавать резервные копии базы данных.
Для обеспечения всех клиентов сети нужно, чтобы она обладала доступом к высокоскоростному интернету. Также необходимо организовать большое хранилище для всей хранимой документации. Рассматриваемая в статье сеть будет рассчитана на 40 рабочих мест. Они будут разделены на два сегмента, содержащие каждый по 20 машин. Также будет присутствовать и один общий сервер. Расположение проводов, соединяющих все машины, предполагается в специальных каналах, которые, в свою очередь, размещены под искусственным напольным покрытием. Это позволит сэкономить на длине всех кабелей.
Топология сети
Любая компьютерная сеть в первую очередь делится на вычислительные машины и сети передачи данных. Их можно условно разделить на несколько категорий:
глобальная вычислительная сеть;
широкомасштабная сеть;
локальная сеть;
региональная сеть.
В данном случае будет использоваться локальная вычислительная сеть. Это значит, что расположенные машины в ней будут находиться в пределах либо одной комнаты, либо здания. Такие сети имеют несколько базовых преимуществ:
высокая скорость передачи данных, в пределах 100 мегабит в секунду;
небольшая вероятность ошибки при передаче данных;
малая протяжённость кабеля.
Само слово "топология" означает физическое расположение компьютеров в одной сети. Это один из стандартных терминов, который применяется специалистами для описания размещения элементов. На выбор той или иной топологии очень часто оказывают влияние следующие характеристики:
состав оборудования, которое необходимо применить в ней;
характеристики этого оборудования;
возможности и способности сети к расширению;
способы администрирования и управления.
В основном существует 5 видов различных топологий: шина, звезда, кольцо, ячеистая, сотовая или концентрическая.
Топология "шина"
Очень часто её называют линейной шиной. Она используется в самых простых и наиболее распространённых вычислительных системах. Применяется всего один кабель, который представляет собой магистраль. К этой магистрали, в свою очередь, уже подключены все компьютеры данной сети. Передача данных в этом виде топологии происходит за счёт адресации данных конкретному узлу, посылаемых по кабелю посредством электрических сигналов. В определённый момент времени всего одна машина может вести передачу. А это означает, что производительность данной топологии очень сильно зависит от количества компьютеров, участвующих в данной системе. Чем больше их количество, тем медленнее будет происходить обмен.
Естественно, что данный фактор не единственный, который влияет на скорость передачи данных. Имеются также общие характеристики аппаратного оснащения системы, частота обращения компьютеров к ней, категория сетевых приложений, запущенных на машинах, тип кабеля, расстояние между компьютерами. По своей сути, шина представляет собой пассивную топологию. Это означает, что машины могут только прослушивать данные, которые передаются в сети. То есть не могут участвовать в непосредственной передаче этих сведений другому компьютеру.
Одной из особенностей сети является тот факт, что данные, перемещаясь по ней, могут отражаться при достижении конца кабеля. Это может помешать нормальной работе. Стало быть, нужно как-то погасить эти сигналы при получении их адресатом. Для этого применяются специальные терминаторы.
При нарушении целостности кабеля происходит полное прекращение функционирования сети. При этом машины могут и дальше продолжать независимую работу. Необходимо учитывать эти особенности при проектировании компьютерных сетей.
Топология "кольцо"
Как можно догадаться из названия, сегменты данной сети расположены по кругу. То есть в замкнутом кольце. При такой системе проектирования одним из преимуществ является отправка запроса сразу на все рабочие места компьютерной сети.
Главной проблемой данной топологии является тот факт, что каждая станция должна принимать непосредственное участие в передаче информации. А это значит, что выход из строя одного участника вызовет нарушение целостности всей системы. Также принятие в ряды кольца нового участника потребует размыкание.
Топология "звезда"
Данный вид был разработан для больших вычислительных машин. В такой системе имеется одна головная машина, которая обрабатывает поступающие с периферийных устройств или других терминалов данные. Основной принцип такой топологии - вся информация между двумя рабочими местами всегда должна проходить через общий узел всей компьютерной сети.
Пропускная способность такой топологии характеризуется вычислительной мощностью узлов и описывается для каждой рабочей станции. А так как в этой системе используется общий центр, значит, нужно каждое рабочее место связать с ним. А это значит, что расходы на прокладку кабелей будут гораздо выше, чем в других топологиях. Зато звезда является одной из самых быстродействующих, так как передача данных осуществляется между двумя рабочими станциями через один общий узел. Отсюда выплывает прямая зависимость производительности всей сети от производительности этого узла.
В общем, топология "звезда" обладает следующими достоинствами:
при выходе из строя одной рабочей станции сеть продолжит свою работу;
позволяет легко масштабировать систему, подключая новые рабочие места и станции;
легко обнаружить неисправность или обрыв;
очень просто администрировать.
Наряду с этим существует и несколько недостатков:
при выходе из строя главного узла или концентратора вся сеть окажется недоступной;
для организации потребуется большое количество кабеля.
Именно данная система проектирования компьютерной сети идеально подходит для решения текущей задачи.
Немного о моделях OSI
Методика проектирования компьютерных сетей подразумевает большое количество операций, которые обеспечивают передачу информации от одного узла к другому. При этом пользователь, который работает на текущей машине, вообще не подозревает о том, как происходит процесс обмена данными. На самом деле за кулисами происходит множество интересных процессов. Во-первых, информация разбивается на специальные блоки, каждый из которых несёт в себе особую служебную информацию. Получившиеся блоки формируются в виде сетевых пакетов. Они могут кодироваться, шифроваться, а затем передаваться посредством электрических или световых сигналов. Именно модели сети как раз и служат для упорядочивания всех уровней процедур, происходящих при передаче и получении пакетов.
В современном мире наибольшее распространение получила эталонная система OSI. Она была утверждена в 1984 году. С тех пор её используют в качестве основы практически все производители оборудования для учёта всех особенностей проектирования компьютерных сетей.
Если кратко, то модель делит всю передачу информации на семь крупных задач или уровней. Для 2 самых низких из них характерна реализация аппаратного обеспечения. Верхние пять реализуют передачу посредством программного обеспечения.
Однако эта модель всё же является теоретической, поэтому в ходе проектирования компьютерных сетей предприятия всегда присутствуют какие-то отклонения или изменения. В общем, из всех их особенно интересует сетевой протокол TCP/IP.
Стек протоколов TCP/IP
TCP/IP — это средство для обмена данными между машинами, объединёнными в одну общую сеть.
Основной причиной, по которой данный протокол очень распространён, является тот факт, что он может позволить самостоятельно системам проектирования компьютерной сети подключаться к интернету или же создавать новые сегменты. Вся информация, передающаяся по этому протоколу, представляет собой IP пакеты. Распознавание адресата в нём происходит за счёт выдачи IP-адреса.
Выбор программного и аппаратного обеспечения
Среди основных этапов проектирования компьютерных сетей выделяется выбор инструментария, который будет обеспечивать взаимодействие узлов. Начать можно с групп кабелей. В любой компьютерной сети их может присутствовать до 3. Это коаксиальный, витая пара и оптоволокно. Первый, ввиду своей дороговизны, не получил широкого распространения. На остальных же двух можно остановиться поподробнее.
Кабель
Витая пара — это вид кабеля связи, который представляет собой несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой. Он недорогой, прост в установке, поэтому получил большое распространение в монтаже и проектировании компьютерных сетей. Подключение происходит с помощью коннектора стандарта RJ-45.
Оптоволокно обеспечивает один из самых скоростных видов передачи данных. Но так как оно довольно дорого в обслуживании и подключении, его в основном применяют при подведении интернета к зданию, где дальше сеть строится с помощью витой пары.
Оборудование
В качестве коммутационного оборудования могут применяться несколько различных элементов. Повторители используются для удлинения сетевого соединения путем повтора электрического сигнала. Концентраторы, или хабы, объединяют несколько узлов в один общий сегмент. При получении сигнала концентратор передаёт его на все имеющиеся порты. Но из-за большого количества коллизий хабы сейчас используются все реже. На смену им пришли коммутаторы, или switch. Они гораздо производительней концентраторов и способны передавать данные строго определённому адресату. Маршрутизаторы помогают уменьшить нагрузку на сеть благодаря разделению на несколько доменов, а также фильтрации пакетов.
Выбор рабочих станций
Для проектирования и администрирования компьютерных сетей рабочие места выбираются в соответствии с имеющимися финансовыми ресурсами и предпочтениями. Сервер же в большинстве случаев обладает гораздо большими ресурсами и повышенными вычислительными характеристиками. По сути, именно он и будет основным "думающим" узлом в сети.
Заключение
В статье был приведён пример теоретических основ проектирования компьютерных сетей. На самом деле процесс этот довольно длительный и сложный. На каждом этапе нужно будет решать массу задач. Поэтому реализацией прокладки и монтажа сети обычно занимаются опытные специалисты, которые владеют как теоритическими знаниями, так и практическим опытом в этой сфере.
