Конспект лекций по теме 2.2
| Site: | Образовательный портал НГУЭУ |
| Cours: | Инфокоммуникационные системы и сети (ИКСС) |
| Livre: | Конспект лекций по теме 2.2 |
| Imprimé par: | Гость |
| Date: | samedi 30 mai 2026, 17:02 |
Description
Методика и начальные этапы проектирования сети
Методика и начальные этапы проектирования сети
Процесс проектирования представляет собой значительно упрощенное моделирование еще не наступившей действительности[1]. В связи с этим предусмотреть все возможные факторы, учесть все потребности, которые могут возникнуть в будущем, не представляется возможным. Однако общие подходы к проектированию локальных компьютерных сетей сформулированы, некоторые полезные принципы такого проектирования предлагаются и с успехом применяются.
Исходные данные
Важность этого пункта связана с необходимостью упорядочивания требований к создаваемой ЛС и ее отдельным элементам для обеспечения возможности принятия в будущем конкретных решений. При создании новой сети для какого-нибудь предприятия необходимо учитывать:
- требуемый размер локальной сети (в настоящее время, в ближайшем будущем и по прогнозу на перспективу);
- структуру, иерархию и основные части локальной сети (по подразделениям предприятия, комнатам, этажам и зданиям);
- интенсивность и основные направления информационных потоков в сети (в настоящее время, в ближайшем будущем и в перспективе);
- особенности передаваемой по сети информации (данные, оцифрованная речь, изображения), которые сказывается на требуемой скорости передачи;
- технические характеристики аппаратного обеспечения (компьютеров, адаптеров, кабелей, репитеров, концентраторов, коммутаторов) и его стоимость;
- возможности прокладки кабельной системы в помещениях и между ними, а также меры обеспечения ее целостности;
- способы обслуживания сети и контроля ее безотказности и безопасности;
- требования к программным средствам по допустимому размеру сети, скорости, гибкости, разграничению прав доступа, стоимости, по возможностям контроля обмена информацией и др.;
- необходимость подключения к другим сетям, глобальным или к локальным.
Вероятно, что после изучения всех этих вопросов выяснится, что можно обойтись без локальной сети, избежав тем самым затрат на аппаратуру и программное обеспечение, установку, эксплуатацию, поддержку и ремонт сети, зарплату обслуживающему персоналу, и др.
Сеть по сравнению с автономными, локальными компьютерами порождает множество дополнительных проблем. Это и простейшие механические (компьютеры, подключенные к сети, труднее перемещать внутри помещения), и сложные информационные (необходимость контролировать совместно используемые ресурсы, предотвращать заражение сети вирусами). Кроме того, пользователи локальной сети уже не столь независимы, как пользователи автономных компьютеров, им необходимо соблюдать определенные правила, подчиняться установленным требованиям, которым их нужно научить. Сетевое взаимодействие ставит вопрос о безопасности информации, защите от несанкционированного доступа, ведь с любого компьютера сети можно использовать данные с общих сетевых дисков. Защитить один или несколько одиночных компьютеров гораздо проще, чем локальную сеть. Поэтому приступать к установке сети целесообразно только тогда, когда без сети работа становится непроизводительной или вовсе невозможной.
В начале проектирования сети необходимо выполнить инвентаризацию имеющегося аппаратно-программного комплекса, а также внешних периферийных устройств (принтеров, сканеров и т.д.). Это позволит при создании сети исключить ненужное дублирование (аппаратное и программное обеспечение возможно использовать как разделяемые ресурсы), а также поставить задачи модернизации (апгрейда) как аппаратных, так и программных средств. Для более точного определения характеристик компьютеров целесообразно использовать специальные диагностические программы.
Выбор размера и структуры сети
Под размером сети случае понимается как количество объединяемых в сеть компьютеров, так и расстояния между ними. Нужно заранее определить, сколько компьютеров (минимально и максимально) необходимо объединить в сеть. При этом необходимо оставлять возможность для дальнейшего увеличения их количества в сети на 20–50 процентов.
Определение требуемой длины линий связи сети играет важную роль при проектировании сети. Например, если расстояния между абонентами очень большие, может понадобиться применения дорогого оборудования. К тому же с увеличением длины линий связи резко возрастает значимость их защиты от внешних электромагнитных помех. От расстояния зависит и скорость передачи информации по сети (выбор между Ethernet и Fast Ethernet). При выборе расстояний целесообразно увеличивать их на 10 процентов для учета непредвиденных обстоятельств. Преодолеть ограничения по длине можно путем выбора структуры сети и разбиения ее на отдельные части. Локальная сеть предприятия может объединять рабочие группы компьютеров, сети подразделений, опорные сети, средства связи с другими сетями. Для объединения частей сети может использоваться различное сетевое оборудование (репитеры, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы). Выбор структуры сети очень важен, так как в ряде случаев стоимость этого объединительного оборудования может существенно превысить стоимость компьютеров, сетевых адаптеров и кабеля. В идеале структура сети должна соответствовать структуре здания (его поэтажной планировке) и всего комплекса зданий предприятия. Рабочие места группы сотрудников, занимающихся сходными задачами (бухгалтерия, отдел продаж, инженерная группа), должны размещаться в одном или рядом расположенных помещениях. Тогда компьютеры этих сотрудников можно объединить в один сетевой сегмент и установить около этих помещений сервер, с которым они будут работать, а также концентратор или коммутатор, объединяющий эти абоненты. Рабочие места работников отдела, занимающихся комплексом аналогичных задач, лучше расположить на одном этаже здания, что значительно упростит их объединение в сегмент и процесс администрирования. На этом же этаже логично разместить коммутаторы, маршрутизаторы и серверы, с которыми работает данное подразделение.
Выбор оборудования
При выборе сетевого оборудования необходимо учитывать:
- уровень унификации оборудования и его совместимость с наиболее распространенным программным обеспечением;
- скорость передачи информации и перспективы ее дальнейшего увеличения;
- топологии сети и их возможные комбинации;
- метод управления обменом данными в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);
- типы кабеля сети и его основные характеристики;
- технические характеристики и стоимость аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).
В настоящее время для оборудования локальных сетей чаще всего используется неэкранированная витая пара UTP. Другие, более затратные варианты на основе экранированной витой пары, оптоволоконного кабеля или беспроводных соединений используются в случаях, когда в этом действительно существует необходимость. Например, оптоволокно может использоваться для объединения удаленных сегментов сети без потери скорости.
Не менее важная задача - это выбор компьютеров. Если для рабочих станций или невыделенных серверов обычно используют те компьютеры, которые уже имеются в наличии, то выделенный сервер желательно приобретать специально для сети. Лучше, если это будет быстродействующий специализированный компьютер-сервер, спроектированный с учетом специфических нужд сети (такие серверы выпускаются всеми крупнейшими производителями компьютеров). Требования к серверу:
- максимально быстрый процессор. Типичная величина тактовой частоты процессора для сервера сейчас составляет 2 -4 ГГц. Для больших сетей применяют многопроцессорные серверы (от 8 процессоров);
- большой объем оперативной памяти. Типичный объем оперативной памяти сервера сейчас составляет 32-256 Гбайт. Большой объем оперативной памяти (RAM) сервера важнее быстродействия микропроцессора, так как позволяет эффективно использовать кэширование дисковой информации, храня в памяти копии тех областей диска, с которыми производится интенсивный обмен;
- быстрые жесткие диски большого объема. Типичная величина диска современного сервера составляет 10-50 Тбайт. Дисководы должны быть совместимы с сетевой операционной системой (драйверы должны входить в набор драйверов, поставляемый с ОС). В серверах предусматривается возможность замены дисков без выключения питания сервера («горячая замена»);
- специализированные серверы уже имеют в своем составе сетевые адаптеры с оптимальными характеристиками. Если в качестве сервера используется обычный персональный компьютер, то сетевой адаптер для него необходимо выбирать наиболее быстродействующий;
- мыши, клавиатуры и видеомониторы не являются обязательными принадлежностями сервера, так как он, как правило, не работает как обычный ПК.
Если есть возможность выбора компьютеров для рабочих станций, то стоит изучить вопрос целесообразности использования бездисковых рабочих станций (с загрузкой операционной системы через сеть). Это значительно снизит стоимость сети в целом или позволит при тех же затратах приобрести рабочие станции с лучшими характеристиками.
Для любой сети крайне критична ситуация перебоев ее электропитания. Несмотря на то, что многие сетевые программные средства применяют специальные меры против этого, как и против других отказов аппаратуры (дублирование дисков, автосохранение), проблема достаточно серьезная. Отключение питания может полностью и надолго вывести компьютерную сеть из строя. Защищенными от отключения питания должны быть все серверы сети а в идеале и рабочие станции.
Перечислена лишь часть проблем, кроме которых проектировщику сети приходится решать задачи, связанные с выбором сетевых адаптеров, репитеров, концентраторов, коммутаторов, маршрутизаторов и другого оборудования. Стоит отметить, что производительность сети и ее надежность определяются компонентом с самым низким качеством, желательно, чтобы все они в максимальной степени соответствовали друг другу.
Выбор сетевых программных средств
При выборе сетевого программного обеспечения (ПО) надо учитывать следующие факторы:
- какую сеть поддерживает приобретаемое программное обеспечение: одноранговую, сеть на основе сервера или оба этих типа;
- максимальное количество абонентов (с запасом не менее 20%);
- типы и количество серверов;
- совместимость с разными аппаратно-программными платформами, а также с другими сетевыми средствами;
- оптимальный уровень производительности ПО в различных режимах работы;
- надежность работы, режимы доступа и степень защиты данных;
- стоимость программного обеспечения, его эксплуатации, обслуживания и модернизации.
Еще до установки сети необходимо решить вопрос об ее управлении. Даже в случае одноранговой сети лучше выделить для этого отдельного специалиста (администратора), который будет иметь исчерпывающую информацию о конфигурации сети и распределении ресурсов, а также следить за корректным ее использованием всеми пользователями. Если сеть большая, то для обеспечения ее функционирования кроме сетевого администратора нужна группа высокопрофессиональных специалистов.
Структурированные кабельные системы (СКС)
Структурированная кабельная система (СКС) — физическая основа информационной инфраструктуры предприятия, позволяющая свести в единую систему множество информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т. д.
СКС представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы. Она состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъемов, модульных гнезд, информационных розеток и вспомогательного оборудования. Все перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определенным правилам.
Кабельная система — это система, элементами которой являются кабели и компоненты, которые связаны с кабелем. К кабельным компонентам относится все пассивное коммутационное оборудование, служащее для соединения или физического окончания (терминирования) кабеля — телекоммуникационные розетки на рабочих местах, кроссовые и коммутационные панели (жаргон: «патч-панели») в телекоммуникационных помещениях, муфты и сплайсы.
Структурированная. Структура — это любой набор или комбинация связанных и зависимых составляющих частей. Термин «структурированная» означает, с одной стороны, способность системы поддерживать различные телекоммуникационные приложения (передачу речи, данных и видеоизображений), с другой — возможность применения различных компонентов и продукции различных производителей, и с третьей — способность к реализации так называемой мультимедийной среды, в которой используются несколько типов передающих сред — коаксиальный кабель, UTP, STP и оптическое волокно. Структуру кабельной системы определяет инфраструктура информационных технологий, IT (Information Technology), именно она диктует содержание конкретного проекта кабельной системы в соответствии с требованиями конечного пользователя, независимо от активного оборудования, которое может применяться впоследствии.
В настоящее время действуют 3 основных стандарта в области СКС:
EIA/TIA-568В Commercial Building Telecommunications Wiring Standard (американский стандарт);
ISO/IEC IS 11801 Information Technology. Generic cabling for customer premises (международный стандарт) ;
CENELEC EN 50173 Information Technology. Generic cabling systems (европейский стандарт).
В стандарте EIA/TIA-568В для кабельных линий и для компонентов (кабелей и разъемов) определены следующие категории: категория 3, пропускающая сигнал в полосе частот до 16 МГц, категория 5e - полоса частот до 100 МГц, категория 6 - полоса частот до 250 МГц, категория 6A - полоса частот до 500 МГц.В стандарте ISO 11801 и EN 50173 определены классы для кабельных линий: в полосе частот 16 МГц класс С, в полосе 100 МГц класс D, в полосе 250 МГц класс E, в полосе 500 МГц класс E(A).
Задаваемый действующими стандартами технический уровень элементной базы гарантирует работоспособность устанавливаемой кабельной системы и поддержку ею работы существующих и перспективных приложений на протяжении как минимум 10 лет.
В целом, проект на СКС должен отвечать требованиям (не всем одновременно) стандартов: ЕIА/ТIА-568А и/или ISO/IEC 11801, ЕIА/ТIА-569А, ЕIА/ТIА-606A, национальных и местных нормативов.
В Российской Федерации с 01.01.2010 г. введены в действие ГОСТ Р 53246-2008 и ГОСТ Р 53245-2008, которые определяют общие требования к основным узлам СКС и методику испытания, соответственно.
Приложения, поддерживаемые кабельной системой, должны быть одобрены документами Institute of Electronic and Electrical Engineers (IEEE), Asynchronous Transfer Mode (ATM) Forum, American National Standards Institute (ANSI) или International Organization for Standardization (ISO).
Кабельная инфраструктура должна отвечать требованиям стандартов ANSI ТIА/ЕIА-568-B и ANSI ТIА/ЕIА-569.
Проектирование и монтаж СКС и ЛВС
На этапе проектирования СКС подбирается оборудование от одного производителя. Типовые работы по монтажу СКС включают:
установку кабельных каналов (в коробах, лотках, гофротрубе, трубах и т.п.);
пробивку отверстий в стенах;
прокладку кабеля в кабельных каналах;
установку розеток и заделку кабеля в модули розетки;
сборку и установку монтажного шкафа;
установку и набивку патч-панелей и органайзеров.
В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида кабелей:
коаксиальный (двух типов): - тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable); - толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).
витая пара (двух основных типов): - неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair - UTP); - экранированная витая пара (shielded twisted pair - STP).
волоконно-оптический кабель (двух типов): - многомодовый кабель (fiber optic cable multimode); - одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).
И хотя общая номенклатура всех этих кабелей у многих производителей составляет даже не сотни, а тысячи наименований, выбирать кабель (повторюсь), как правило, приходится исходя не из характеристик конкретной марки, а из правил применения, что существенно облегчает жизнь проектировщику кабельной подсистемы ЛВС.
Кабели локальных вычислительных сетей
При проектировании и монтаже ЛВС, как указывалось выше, в качестве стандартных систем передачи данных можно использовать довольно ограниченную номенклатуру кабелей: кабель с витыми парами (UTP-кабель) категорий 3, 4 или 5 с различными типами экранов или без них (STP - экранирование медной оплеткой, FTP - экранирование фольгой, SFTP - экранирование медной оплеткой и фольгой), тонкий коаксиальный кабель (RG-58) с разным исполнением центральной жилы (RG-58/U - сплошная медная жила, RG-58A/U - многожильный, RG-58C/U - специальное /военное/ исполнение кабеля RG-58A/U), толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable) и волоконно-оптический кабель (fiber optic cable single mode-одномодовый multimode-многомодовый). При этом каждый вид кабельной подсистемы накладывает те или иные ограничения на проект сети:
Максимальная длина сегмента
|
100 м |
у кабеля с витыми парами |
|
185 м |
у тонкого коаксиального кабеля |
|
500 м |
у толстого коаксиального кабеля |
|
1000 м |
у многомодового (mm) оптоволоконного кабеля |
|
2000 м |
у одномодового (sm) оптоволоконного кабеля (с применением специальных средств до 40 - 70-90 км) |
Количество узлов на сегменте
|
2 |
у кабеля с витыми парами |
|
30 |
у тонкого коаксиального кабеля |
|
100 |
у толстого коаксиального кабеля |
|
2 |
у оптоволоконного кабеля |
Возможность работы на скоростях выше 10мbit/sec
|
Да |
у кабеля с витыми парами и волоконно-оптического кабеля |
|
Нет |
у коаксиальных кабелей |
Требования пожарной безопасности и применение кабелей
Правила противопожарной безопасности делят кабели на две категории: общего применения и пленумные (разрешенные для прокладки в вентиляционных шахтах). Это деление осуществляется исходя из материалов, применяемых при изготовлении кабелей. Наиболее распространенные при изготовлении кабелей пластики на базе поливинилхлорида (PVC). При горении они выделяют ядовитые газы. По-этому PVC-кабели запрещены для прокладки в вентиляционных шахтах. В пленумных пространствах обычно применяются кабели с изоляцией на основе тефлона.
Основные эксплуатационные характеристики кабелей на витой паре
Все кабели должны иметь витые пары проводов, применение кабелей с несвитыми попарно проводами не допускается. Это относится даже к коротким отрезкам плоского кабеля. При использовании экранированных кабелей на витой паре, сегменты последних рекомендуется заземлять на одном ( и только на одном! ) конце. На практике это удобнее производить на конце, подключенном к концентратору.
минимальный радиус изгиба - 5 см
температура при работе и хранении: -35...+60С - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке -55...+200С - для кабеля в тефлоновой оболочке
температура при монтаже: -20...+60С - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке -35...+200С - для кабеля в тефлоновой оболочке
относительная влажность: - 0...+100% - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке, допускается случайная конденсация - не реагирует на влажность, конденсацию и водяные брызги - для кабеля в тефлоновой оболочке
возможность применения на открытом воздухе: - запрещено - для кабеля в поливинилхлоридной оболочке - разрешено - для кабеля в тефлоновой оболочке
запрещено применение тонкого коаксиального кабеля для прокладки на открытом воздухе между двумя не связанными друг с другом зданиями (между зданиями, не имеющими общего контура заземления).
Рекомендации по применению кабелей
При установке новой сети целесообразно применять кабель с витыми парами в рабочей группе. Оптоволоконные кабели - на длинных магистралях и для связи между зданиями. Тонкие коаксиальные кабели наиболее оправдано применять для организации низкоскоростых магистралей внутри монтажных шкафов (смотрите материал "Сложившаяся практика проектирования локальных сетей"). Кабели на витой паре и оптоволоконные кабели позволяют модернизировать сеть, переводя ее с 10 на 100 Mbit-ные технологии.
Наиболее "подвижной" частью любой ЛВС являются подсистемы рабочей группы. Добавление новых пользователей, перемещение рабочих мест и их аннулирование, повреждения кабеля в рамках рабочей группы происходят гораздо чаше, чем изменения в магистральных каналах. Именно поэтому UTP-кабели наиболее удобны для организации подсистем рабочих групп.
На длинных магистралях безусловно наиболее предпочтительно оптоволокно, ибо он обеспечивает наибольшую допустимую длину сегмента, высокую безопасность и помехозащищенность.
Если заказчик вдруг, неоправданно с вашей точки зрения, настаивает на применении других, более дешевых кабелей или не хочет принимать Ваши рекомендации по вопросам будущего расширения сети, попробуйте объяснить ему, что сам кабель сравнительно дешев, а его установка обходится весьма дорого. Когда приходится прокладывать кабель внутри стен, под полом или над потолком, намного дешевле заложить сразу дополнительные кабели, чтобы потом, спустя несколько месяцев, возвращаться к этим работам и снова прокладывать кабель по старым трассам.
Чтобы не иметь проблем с кабельной подсистемой, при ее проектировании можно воспользоваться следующими правилами (рекомендации даны для применения UTP-кабелей):
если это сеть здания офисного типа (например, банк или собственно офисное здание), закладывайте один UTP кабель на каждые 3-4 кв.м. помещения. Рабочие места в зданиях такого типа подвержены наиболее частым переездам и очень плотному оснащению средствами вычислительной и оргтехники.
если это сеть обычной фирмы или предприятия, удвойте потребность в средствах вычислительной техники, которую заявил Вам Заказчик.
выполнив монтаж кабельной подсистемы обязательно проведите ее сертификацию на соответствие требованиям 5-й категории (каждый линк и патч-корд). Даже если Вы применяли качественные компоненты, факторы монтажа и окружающих условий могли вызвать ухудшение рабочих характеристик. Распечатайте и сохраните результаты испытаний.
Соблюдение этих правил позволит избежать проблем с расширением кабельной сети при переходах на новые технологии как в рамках собственно ЛВС, так и в телефонных коммуникациях.
Для подсистем на базе тонких коаксиальных кабелей такие рекомендации выработать нельзя, т.к. в таких подсистемах необходимо стараться решить другую задачу - минимизировать количество рабочих мест. Вообще говоря тонкий коаксиальный кабель не рекомендуется для сетей рабочей группы. Хотя проблема при его использовании заключается не собственно в кабеле. Дело в том, что проводка тонкого коаксиального кабеля выполняется открытой и пользователи имеют к ней доступ. Нередко пользователь некорректно отключает кабель, разрушая целостность кабельного сегмента. При этом выходит из строя вся сеть, может нарушиться работа сетевого программного обеспечения. К этим же последствиям приводит снятие терминатора с конца кабельного сегмента, применение отрезков кабеля с другим волновым сопротивлением. По этим причинам целесообразно применять тонкий коаксиальный кабель только в защищенных от несанкционированного доступа местах, например в монтажном шкафу. Кроме того, шинная топология сетей на тонком коаксиальном кабеле затрудняет диагностирование т.к. кабель является общим для множества узлов. Неисправность может быть вызвана любым узлом, любым отрезком кабеля или любым терминатором. Отыскать неисправность в таких сетях обычно довольно сложно.