ЛР №4
Цель: научится проектировать небольшую компьютерную сеть в среде Packet Tracer.
Задание
-
Спроектировать КС.
-
Объяснить выбор топологии КС.
-
Объяснить выбор технологии КС.
-
Метод доступа.
-
Расчесать период следования минимальных пакетов.
-
-
Описать протоколы сетевого и канальный уровня.
-
Экономически и технически обосновать выбор оборудования.
-
Нарисовать схему разводки сети.
Вариант: Спроектировать КС состоящую из 20 компьютеров,1 принтера и одного сетевого принтера и одного сервера(компьютеры находятся в двух смежных и одной удалённой на 30м комнатах 5+6+9).
Разводка:
Мы спроектировали локальную сеть из 19 ПК, 1 сервера и 1 сетевого принтера. Эти ПК размещаются в разных комнатах, одна из них удалена от остальных.
В каждой комнате находится по 1 неуправляемому коммутатору фирмы D-link (D-link DES-1008D) стоимостью каждый ~ 600 руб.
Каждый ПК соединяется с коммутатором по витой паре.
Коммутаторы соединяются с 1 управляемым коммутатором TL2-E284 (Управляемый коммутатор Fast Ethernet 2-го уровня с 24-мя портами 10/100 Мбит/с, 4-мя портами Gigabit Ethernet и 2-мя портами Mini-GBIC) стоимостью ~10 000 руб. при помощи оптоволокна. Этот коммутатор по оптоволокну соединяется с сервером и при помощи витой пары с сетевым принтером.
Неуправляемые коммутаторы в данном случае нужны, т.к. будет стоять 1 управляемый коммутатор, при помощи которого можно будет разграничить доступ к сетевым ресурсам по IP-адресам.
Выбор пал на неуправляемый коммутатор фирмы D-link, т.к. он обладает всеми свойствами, нужными для малых сетей малых предприятий (как в нашем случае): это небольшая цена; 8 портов (более чем достаточно); стандарт 802.3х декларирует поведение устройства в случае переполнения буфера порта - при этом отправителю пакета отправляется специальный управляющий сигнал, а продолжение передачи возобновляется только после перехода буфера порта в режим готовности. Управление потоком работает во всех режимах портов коммутатора; функция Plug-and-Play позволяет осуществлять подключение сетевых кабелей без отключения устройства.
Оптоволокно следует прокладывать между всеми коммутаторами и между управляемым коммутатором и сервером, т.к. большая часть потока будет «вращаться» между ними; а витой пары между всеми ПК и неуправляемыми коммутаторами будет достаточно.
В итоге рассматриваемое устройство является хорошим вариантом для объединения в единую сеть до 8 компьютеров в небольшом офисе, либо для построения домашней сети.
Топология
Выбор используемой топологии зависит от условий, задач и возможностей, или же определяется стандартом используемой сети.
Существует несколько факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии.
Основными факторами, влияющими на выбор топологии для построения сети, являются:
-
среда передачи информации (тип кабеля);
-
метод доступа к среде;
-
максимальная протяженность сети;
-
пропускная способность сети;
-
метод передачи и др.
Исходя из всего вышеперечисленного в аналитической части, оптимальным видом топологии для фирмы является звездная топология стандарта 100Base-TX с методом доступа CSMA/CD, так как она имеет широкое применение в наши дни, её легко модифицировать и у нее имеется высокая отказоустойчивость. Кабель будем использовать категории 5e, так как он может работать в двух режимах 100 и1000Мбит/с.
Топология – звезда, т.к.:
-
легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры;
-
централизованный контроль и управление;
-
выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети;
-
высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
Но есть и недостатки:
-
выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть;
-
для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
-
конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе
Выбор технологии:
Учитывая, что сеть должна обеспечить надёжность, простоту и распостраненность, явные преимущества над всеми технологиями у технологии FastEthernet 100BaseТX.
Правила проектирования сетей с технологией Fast Ethernet 100BaseТX:
-
Сетевая топология должна быть физической топологией типа «звезда» без ответвлений или зацикливаний.
-
Должен использоваться кабель категории 5 или 5е.
-
Класс используемых повторителей определяет количество концентраторов, которые можно каскадировать.
-
Длина сегмента ограничена 100 метрами.
-
Диаметр сети не должен превышать 205 метров.
-
Метод доступаCSMA/CD.
Метод доступа CSMA/CD
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис. 3). Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.
Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.
После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.
Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров. При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мб/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается часто справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet'ом растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.
Период следования минимальных пакетов:
Так как размер пакета минимальной длины вместе с преамбулой составляет 64+8 = 72 байта или 576 битов, то на его передачу затрачивается 57.6 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9.6 мкс, получаем, что период следования минимальных пакетов равен 67.2 мкс. Это соответствует максимально возможной пропускной способности сегмента Ethernet в 14880 п/с.
Сетевая модель OSI
Протоколы сетевого уровня
Сетевой уровень (англ. network layer) модели предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети.
Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю. Работающие на этом уровне устройства (маршрутизаторы) условно называют устройствами третьего уровня (по номеру уровня в модели OSI).
Протоколы сетевого уровня: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange, протокол межсетевого обмена), X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2), CLNP (сетевой протокол без организации соединений), IPsec (Internet Protocol Security), ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), ARP (Address Resolution Protocol).
IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol)
Internet Protocol — межсетевой протокол. Относится к маршрутизируемым протоколам сетевого уровня семейства TCP/IP.
Протокол IP используется для негарантированной доставки данных, разделяемых на так называемые пакеты от одного узла сети к другому. Это означает, что на уровне этого протокола (третий уровень сетевой модели OSI) не даётся гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (когда приходят две копии одного пакета; в реальности это бывает крайне редко), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прибыть вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают протоколы более высокого (транспортного уровня) сетевой модели OSI — например, TCP — которые используют IP в качестве транспорта.
IPX (англ. Internetwork Packet Exchange - межсетевой обмен пакетами) — протокол сетевого уровня модели OSI в стеке протоколов SPX. Он предназначен для передачи датаграмм, являясь неориентированным на соединение (так же, как IP и NetBIOS), и обеспечивает связь между NetWare-серверами и конечными станциями.
IPSec (сокращение от IP Security) — набор протоколов для обеспечения защиты данных, передаваемых по межсетевому протоколу IP, позволяет осуществлять подтверждение подлинности и/или шифрование IP-пакетов. IPsec также включает в себя протоколы для защищённого обмена ключами в сети Интернет.
Протокол маршрутной информации (англ. Routing Information Protocol) — один из самых простых протоколов маршрутизации. Применяется в небольших компьютерных сетях, позволяет маршрутизаторам динамически обновлять маршрутную информацию (направление и дальность в хопах), получая ее от соседних маршрутизаторов.
OSPF (англ. Open Shortest Path First) — протокол динамической маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала (link-state technology) и использующий для нахождения кратчайшего пути Алгоритм Дейкстры (Dijkstra’s algorithm).
ARP (англ. Address Resolution Protocol — протокол определения адреса) — использующийся в компьютерных сетях протокол низкого уровня, предназначенный для определения адреса канального уровня по известному адресу сетевого уровня. Наибольшее распространение этот протокол получил благодаря повсеместности сетей IP, построенных поверх Ethernet, поскольку практически в 100 % случаев при таком сочетании используется ARP.
Канальный уровень
Канальный уровень (англ. data link layer) предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.
Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на два подуровня: MAC (англ. media access control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (англ. logical link control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.
На этом уровне работают коммутаторы, мосты и другие устройства.
Протоколы канального уровня: ARCnet, ATM, Cisco Discovery Protocol (CDP), Controller Area Network (CAN), Econet, Ethernet, Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS), Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Frame Relay, High-Level Data Link Control (HDLC), IEEE 802.2 (provides LLC functions to IEEE 802 MAC layers), Link Access Procedures, D channel (LAPD), IEEE 802.11 wireless LAN, LocalTalk, Multiprotocol Label Switching (MPLS), Point-to-Point Protocol (PPP), Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE), Serial Line Internet Protocol (SLIP, obsolete), StarLan, Spanning tree protocol, Token ring, Unidirectional Link Detection (UDLD), x.25.
ARCNET (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) — технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet или Token ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей микрокомпьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности. Предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».
ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта[1]), из которых 5 байтов используется под заголовок. В отличие от синхронного способа передачи данных (STM — англ. Synchronous Transfer Mode), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом.
CDP (англ. Cisco Discovery Protocol) — проприетарный протокол второго уровня, разработанный компанией cisco Systems, позволяющий обнаруживать подключённое (напрямую или через устройства первого уровня) сетевое оборудование cisco, его название, версию IOS и IP-адреса. Поддерживается многими устройствами компании, почти не поддерживается сторонними производителями.