Необходимость ЛВС в организации

 

Под ЛВС (Локально вычислительная сеть) понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям пользователи получают возможность одновременного использования программ, баз данных, периферийных устройств и появляется возможность оперативного обмена данными между пользователями.

Компьютеры, входящие в ЛВС клиент - серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и файловые серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.

Аналогично на файловом сервере запускается сетевое программное обеспечение, которое позволяет ему взаимодействовать с рабочей станцией и обеспечить доступ к своим файлам.

На данной организации локальная вычислительная сеть позволит решать следующие задачи:

· одновременный доступ к базе данных, на которой могут быть размещены необходимые для выполнения работы документы, с нескольких рабочих мест;

·   использование программного обеспечения, установленного на сервере. Благодаря этому нет необходимости устанавливать программы на каждой компьютер в отдельности;

·   обеспечение совместного использования в организации периферийных устройств, таких как принтер, сканер, жёсткие диски;

·   высокая степень защиты данных, контроль над доступом пользователей к информации;

·   высокая степень сохранения информации, достигаемая с помощью централизованного резервного копирования данных;

·   упрощение документооборота, так как работники могут просматривать, редактировать и комментировать документы, не покидая своих рабочих мест;

·   возможность совместного использования документов;

·   освобождение свободного места на детском диске ПК, благодаря сохранению и архивированию работы на сервере.

Так как ЛВС открывает перед пользователями множество новых возможностей, а так же упрощает работу с информацией внутри организации ЛВС является необходимым элементом для полноценной работы данной организации.

 

3. Выбор топологии вычислительной сети и методов доступа

 

Топология (конфигурация) - это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу [15]. Существует разные виды топологий, рассмотрим наиболее распространенные виды.

Выбор топологии

Общая шина

Общая шина это вид сетевой топологии, в которой все компьютеры подключены последовательно к одному общему кабелю или участку кабеля, называемому сегментом. В этом случае кабель используется всеми компьютерами по очереди. Все сообщения, передаваемые с помощью этого кабеля принимаются всеми подключенными к нему компьютерами. Компьютер отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией. Так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети. Шинная топология - это наиболее простая и наиболее распространенная топология сети. Рассмотрим преимущества и недостатки данной топологии.

Преимущества топологии:

· простота настройки;

·   относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;

·   выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии «шина»:

· неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;

·   сложность поиска неисправностей;

·   низкая производительность - в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;

·   плохая масштабируемость - для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

Оценив все преимущества и недостатки шинной топологии делаем вывод, что для данной организации такой тип ЛВС не подходит.

Кольцо

Кольцевая топология сети это такой вид ЛВС, в которой каждый компьютер соединен с двумя другими, образуя кольцо. Все данные передаются от одного компьютера к другому в одном направлении, при этом компьютеры которым не адресовано сообщение выполняют роль повторителя, передавая данные следующему ПК. Основным недостатком данной топологии является низкая отказоустойчивость. Каждый ПК должен активно учувствовать в передаче информации, а в случае выхода одного звена из строя вся сеть прекращает работу. Выделим достоинства и недостатки кольцевой топологии.

Достоинства кольцевой топологии:

· простота установки;

·   практически отсутствует дополнительное оборудование;

·   возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Но, кольцевидная топология имеет и свои недостатки:

· каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля - работа всей сети останавливается;

·   подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;

·   сложность конфигурирования и настройки;

·   сложность поиска неисправностей.

Звезда

Звезда это топология ЛВС, в которой все ПК присоединены к центральному узлу, который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между пользователями. При таком типе сети каждый компьютер подключается к центральному узлу (объединяющему устройству) отдельным кабелем.

Звездообразная топология обеспечивает сеть защитой от обрыва кабеля. Если кабель, ведущий к какому-нибудь ПК будет неисправен, то это не приведёт в выводу из строя всей сети.

Звездообразная топология на сегодняшний день является наиболее часто используемой топологией, ввиду ее многочисленных достоинств:

· выход из строя одного ПК или повреждение его кабеля не отражается на работе всей сети в целом;

·   для подключения нового компьютера достаточно проложить от центрального отдельный кабель;

·   легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;

·   высокая производительность;

·   простота настройки и администрирования;

·   в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Не смотря на все преимущества данная топология не лишена недостатков. Перечислим основные:

· выход из строя центрального узла обернется неработоспособностью всей сети;

·   дополнительные затраты на сетевое оборудование - устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети.

После рассмотрения всех видов топологий и выявления у каждой основных достоинств и недостатков, и учитывая особенности предприятия, можно сделать вывод, что наиболее подходящая топология для данной организации это звездообразная с выделенным сервером, обеспечивающим вертикальную структуру, т. е. с разграниченным доступом к информации.

Выделенный сервер позволяет осуществить функции:

· администраторский контроль сети;

· централизованное управление сетевыми ресурсами;

·   централизованное обеспечение безопасности;

·   управление доступом пользователей к информации;

·   централизованная обработка запросов пользователей.

Для соединение рабочих станций с сервером используется коммутатор. Для подключения ЛВС к глобальной сети Internet используется модем.

Выбор метода доступа к сети

 

Методы доступа к сети - это совокупность правил, определяющая последовательность использования ЛВС. На настоящий момент существует несколько основных методов доступа:

· множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - CSMA/CD);

· множественный доступ с контролем несущей и избежанием коллизий (Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance − CSMA/CA);

· множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access - TPMA) или метод с передачей маркера;

·   множественный доступ с разделением во времени (Time Division Multiple Access - TDMA);

·   множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multiple Access - FDMA) или множественный доступ с разделением длины волны (Wavelength Division Multiple Access - WDMA).

CSMA/CD

Метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (CSMA/CD) имеет следующий алгоритм предоставления доступа в сеть: если рабочей станции надо воспользоваться ЛВС для передачи данных происходит проверка канала связи. Если канал свободен, станция начинает передачу данных, продолжая прослушивать сеть для выявления возможных коллизии. Коллизия может возникнуть, если два узла одновременно занять канал связи. При обнаружении коллизии передающая рабочая станция должна прервать передачу данных и ожидать освобождения канала связи.

CSMA/CА

Алгоритм множественного доступа с контролем несущей и избежанием коллизии отличается от предыдущего тем, что пытается избежать конфликтов. Рабочая станция перед отправкой данных проверяет канал связи. Если канал связи свободен, то станция ждет интервал безопасности от конфликта. Если не возникает передача данных от другого узла, то станция ждет случайное время и захватывает канал связи. Это предотвращает возможность передачи данных, поскольку, если в этот момент две станции проверят канал связи на свободность, то случайное время начала передачи позволяет им разнести передачи по времени. Далее процесс идет согласно обычному алгоритму. Если приемник получает подтверждение в течение заданного времени, то передача прошла успешно. Если подтверждение не получено, станция увеличивает свой параметр задержки и время интервала безопасности.

TPMA

Метод с передачей маркера - это метод доступа к среде, в котором от рабочей станции к рабочей станции передается маркер, дающий разрешение на передачу сообщения. При получении маркера рабочая станция может передавать сообщение, присоединяя его к маркеру, который переносит это сообщение по сети. Каждая станция между передающей станцией и принимающей видит это сообщение, но только станция - адресат принимает его. При этом она создает новый маркер.

Каждый узел принимает пакет от предыдущего, восстанавливает уровни сигналов до номинального уровня и передает дальше. Передаваемый пакет может содержать данные или являться маркером. Когда рабочей станции необходимо передать пакет, ее адаптер дожидается поступления маркера, а затем преобразует его в пакет, содержащий данные, отформатированные по протоколу соответствующего уровня, и передает результат далее по ЛВС.

Пакет распространяется по ЛВС от адаптера к адаптеру, пока не найдет своего адресата, который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что данные достигли адресата, и ретранслирует его вновь в ЛВС. После чего пакет возвращается в узел из которого был отправлен. Здесь после проверки безошибочной передачи пакета, узел освобождает ЛВС, выпуская новый маркер. Таким образом, в ЛВС с передачей маркера невозможны коллизии (конфликты). Метод с передачей маркера в основном используется в кольцевой топологии.

TDMA

Множественный доступ с разделением во времени основан на распределении времени работы канала между системами.

Доступ TDMA основан на использовании специального устройства, называемого тактовым генератором. Этот генератор делит время канала на повторяющиеся циклы. Каждый из циклов начинается сигналом разграничителем. Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, называемых ячейками. Интервалы предоставляются для загрузки в них блоков данных.

FDMA

Доступ FDMA основан на разделении полосы пропускания канала на группу полос частот, образующих логические каналы.

Широкая полоса пропускания канала делится на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. Размеры узких полос могут быть различными.

При использовании FDMA, именуемого также множественным доступом с разделением волны WDMA, широкая полоса пропускания канала делится на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по логическим каналам сигналы накладываются на разные несущие и поэтому в частотной области не должны пересекаться. Вместе с этим, иногда, несмотря на наличие защитных полос, спектральные составляющие сигнала могут выходить за границы логического канала и вызывать шум в соседнем логическом канале [19].

После рассмотрения всех методов доступа для организации локальной вычислительной сети был выбран метод доступа CSMA/CD, так как уровень помех в предполагаемой рабочей среде сравнительно низкий, и, следовательно, тратить лишние финансы, на приобретение более помехозащищенного и дорогого метода, нецелесообразно. Этот метод относится к сетевой технологии сети Fast Ethernet, которая обеспечивает надежность передачи данных и высокую производительность, при этом этот метод доступа соответствует определенному в ТЗ отношению по соотношению цена-качество.

 

4. Планирование физической среды передачи в ЛВС

 

При проектировании локально-вычислительной сети одним из основных моментов является учет факторов, влияющих на выбор кабельной системы. Перечислим некоторые основные факторы:

· требуемая пропускная способность, скорость передачи в сети;

·   размер сети, то есть сколько будет в сети рабочих станций;

·   требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать;

·   требования к уровню шумов и помехозащищенности;

·   общая стоимость проекта, включающая покупку оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.

Можно выделить несколько основных кабельных средств передачи данных в ЛВС:

· витая пара;

·   коаксиальный кабель;

·   оптоволокно.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое витой парой.

Она легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации. Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet или желтый кабель. Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем.

Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. 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 [17].

После рассмотрения всех возможных вариантов и при учете особенностей рассматриваемой организации было принято решение использовать экранированную витую пару, так как она соответствует всем основным предъявляемым к кабельной системе:

· гибкость;

·   скорость передачи данных достаточная для ЖКХ;

·   простота монтажа и обслуживания;

·   безопасность передачи данных;

·   недорогая себестоимость.

 

5. Выбор сетевой операционной системы

 

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая операционная система − это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети [20].

В сетевой операционной системе отдельной рабочей станции можно выделить несколько частей:

· средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

·         средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

·         средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования − клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

·         коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и двухранговые. Двухранговые сети называют сетями с выделенным сервером [15].

Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, является клиентом. Компьютер, работающий в сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе эти функции.

Если выполнение каких-либо серверных функций является основным назначением компьютера (например, предоставление файлов в общее пользование всем остальным пользователям сети или организация совместного использования факса, или предоставление всем пользователям сети возможности запуска на данном компьютере своих приложений), то такой компьютер называется выделенным сервером.

В сетях с выделенным сервером рекомендуется устанавливать операционную систему, специально созданных для выполнения серверных задач. Поэтому в сетях с выделенными используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей.

Выделенный сервер не принято использовать в качестве компьютера для выполнения текущих задач, не связанных с его основным назначением, так как это может уменьшить производительность его работы как сервера

Несмотря на то, что в сети с выделенным сервером все компьютеры в общем случае могут выполнять одновременно роли и сервера, и клиента, эта сеть функционально не симметрична: аппаратно и программно в ней реализованы два типа компьютеров − одни, в большей степени ориентированные на выполнение серверных функций и работающие под управлением специализированных серверных ОС, а другие − в основном выполняющие клиентские функции и работающие под управлением соответствующего этому назначению варианта ОС. Функциональная несимметричность, как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры - для выделенных серверов используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной и внешней памяти. Таким образом, функциональная несимметричность в сетях с выделенным сервером сопровождается несимметричностью операционных систем (специализация ОС) и аппаратной несимметричностью (специализация компьютеров).

В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности.

В одноранговых сетях также может возникнуть функциональная несимметричность: одни пользователи не желают разделять свои ресурсы с другими, и в таком случае их компьютеры выполняют роль клиента, за другими компьютерами администратор закрепил только функции по организации совместного использования ресурсов, а значит они являются серверами, в третьем случае, когда локальный пользователь не возражает против использования его ресурсов и сам не исключает возможности обращения к другим компьютерам, ОС, устанавливаемая на его компьютере, должна включать и серверную, и клиентскую части. В отличие от сетей с выделенными серверами, в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от преобладающей функциональной направленности - клиента или сервера. Все вариации реализуются средствами конфигурирования одного и того же варианта ОС.

Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации, однако они применяются в основном для объединения небольших групп пользователей, не предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее защищенности от несанкционированного доступа и к скорости доступа. При повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются двухранговые сети, где сервер лучше решает задачу обслуживания пользователей своими ресурсами, так как его аппаратура и сетевая операционная система специально спроектированы для этой цели.

В рассматриваемой организации для удовлетворения требованиям (хранение больших объемов информации, защищенность от несанкционированного доступа, скорость передачи) подходит двухранговая сеть. Так же операционная система сети должна обеспечивать доступ сотрудников к корпоративной базе данных, разделение приложений, данных и принтеров.

Обзор операционной системы

 

При проектирование сети в трёхэтажном здание, где находится управление ЖКХ была выбрана сетевая операционная система Windows Server Standard R2 2012.

Выбранная операционная система Windows Server Standard R2 2012 обладает следующими качествами:

· позволяет работать с высокими нагрузками;

·   обеспечивает резервное восстановление и бесперебойное функционирование всех служб;

·   обладает высокой надежностью, легкой доступностью и масштабируемостью;

·   предоставляет средства для упрощения управления и администрирования;

·   предоставляет расширенную платформу приложений для быстрого создания решений для обеспечения связей между сотрудниками, партнерами, системами и клиентами путем предоставления встроенного веб-сервера и сервера потоков мультимедиа, обеспечивающих быстрое, простое и надежное создание динамических веб-узлов интрасети Internet

·   возможность получения сотрудниками доступа к информации не зависимо от инфраструктуры, сетей, устройств и приложений с которыми они работают;

·   обеспечивает непрерывный и безопасный доступ к ресурсам компании и корпоративной сети, упростив при этом процесс идентификации пользователей и управление учетными данными на локальных и облачных ресурсах;

·   имеется возможность удаленного доступа к серверу.