Исследование топологии сети лабораторная работа

Лабораторная работа: Проектирование топологии сети

В настоящее время практически везде, где есть компьютеры, возникает необходимость соединить их в компьютерную сеть, для облегчения передачи данных и ускорения производственного процесса. Также сети повсеместно используются и в домашних условиях. При организации новой компьютерной сети перед разработчиками стоит вопрос в выборе подходящего стандарта сети, наилучшей конфигурации, оптимального быстродействия, а также дешевизны системы.

В данной работе необходимо разработать небольшую сеть на 17 компьютеров стандарта Fast Ethernet, этот стандарт в данный момент времени наиболее распространён и повсеместно используется. Также мы произведём расчёт стоимости сети.

1. Анализ задания и разработка плана

Для заданного плана расположения узлов сети выбрать оптимальную топологию сети и рассчитать минимальную суммарную длину соединительного кабеля. Топологию выбирать с учетом того, что между строениями планируется использовать только оптоволоконный кабель, внутри строений — коаксиальный кабель или витую пару.

Выбрать стандарт для реализации сети, соответствующее пассивное и активное оборудование и оценить его стоимость.

Величины параметров на плане расположения строений и рабочих станций

a	b	c	d	e	f	g	h	k	m	n	p	q	s
120	90	50	50	50	50	110	50	10	20	40	100	110	110

Размещение рабочих станций по этажам (максимальное количествов — 3; высота этажа — 3 м)

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
2	1	3	2	1	1	3	3	2	2	1	1	1	3	3	3	2

Рис.1 План расположения строений и размещения узлов локальной вычислительной сети.

Строение (зона размещения узлов в сети)

Рабочая станция (узел сети)

Коммутатор (SW) или маршрутизатор (М)

2. Выбор стандарта и оборудования

Сеть построена по технологии Fast Ethernet.

Исходя из критерия стоимости, здания объединены между собой по топологии “шина», а в домах применена топология “звезда», которая повышает надежность сети. Таким образом, для реализации сети с вышеприведенными характеристиками возможно использовать стандарты Fast Ethernet 100BaseTX, 100BaseT4 или 100BaseFX.

Официальный стандарт 802.3 установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия:

100Base — TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type1;

100Base — T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3,4, или 5;

100Base — FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используется два волокна.

Оборудование сетей распределяется на активное (повторители, концентраторы и др.) и пассивное (кабели, соединители и др.).

Для соединения рабочих станций в зданиях используется “витая» пара (120 Ом). Для соединения домов оптоволоконный кабель.

Для коммутации узлов могут применяться концентраторы (хабы), коммутаторы, а, в случае необходимости, маршрутизаторы.

В зданиях будет использоваться кабель стандарта 100BaseT4 UTP5 категории.

Между зданиями используем оптоволоконный кабель категории 100BaseFX.

3. Расчет параметров и определение характеристик сети

Существует четыре основных правила корректной конфигурации Ethernet 802.3 :

1. количество узлов не более 1024

2. максимальная длина кабеля в сегменте определена соответствующей спецификацией

3. время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV ) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала

4. сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала

Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

ограничения на максимальные длины сегментов, которые соединяют устройства — источники кадров (соединение DTE — DTE);

ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих устройства-источники кадров (DTE) с портом повторителя;

ограничения на общий максимальный диаметр сети;

ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.

2 — Маршрутизатор = 50 + 50 =100м

3 — Маршрутизатор = 3 + 3 + 35 = 41м

4 — Маршрутизатор = 15 + 3 = 18м

Свитч — Маршрутизатор = 35 м

Кабель витая пара 100BaseT4 — 287 метра

Свитч1 — Маршрутизатор = 75м

Свитч3 — Маршрутизатор = 3 + 3 = 6м

Кабель витая пара 100BaseT4 = 404 метров

9 — Маршрутизатор = 20 + 50 + 3 = 73м

10 — Маршрутизатор = 20 + 3 =23м

12 — Маршрутизатор = 10 + 50 = 60м

Кабель витая пара 100BaseT4 — 181 метров

14 — Маршрутизатор = 10 + 3 + 3 +50 =66м

15 — Свитч = 3 + 3 +55 + 25 = 86м

Свитч — Маршрутизатор = 25 + 60 = 85м

Кабель витая пара 100BaseT4 — 328 метра

Между зданиями используем оптоволоконный кабель категории 100BaseFX.

Расчет длины оптоволоконного кабеля между зданиями:

Учитывая расстояние между домами, расположение точек связи (маршрутизаторов) определим длину оптоволоконного кабеля, руководствуясь выше представленной схемой расположения домов:

Вилка для оптоволоконного кабеля — 6 штук

Рис.2. Трехмерный план расположения рабочих станций и хабов

Разделим сеть на подсети (по строениям) c помощью маршрутизаторов. Назначим адреса узлам и маршрутизаторам. Определим маски подсети.

4. Расчет стоимости оборудования

Расчет количества оборудования:

Расчет стоимости оборудования:

5. Расчет PDV

PDV для первого домена коллизий:

1 — Свитч — Маршрутизатор = (35 + 93) * 1.112 = 142,336 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

PDV для второго домена коллизий:

7 — Свитч3 — Маршрутизатор = (100 + 6) * 1.112 = 117,872 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

PDV для третьего домена коллизий:

9 — Маршрутизатор = 73 * 1.112 = 81,176 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

PDV для четвертого домена коллизий:

15 — Свитч — Маршрутизатор = (86 + 85) * 1.112 = 190,152 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

6. Расчет затухания

Так как сеть только планируется и мощность сигнала на входе и выходе неизвестны, то затухание сигнала рассчитываются по таблицам максимального затухания, максимального погонного затухания, максимального затухания соединительной аппаратуры для витой пары 100-Base-T4 (сопротивление 120 Ом, частота 100 МГц) и для оптоволокна MMF 62,5/125 мкм (длина волны 1300нм, частота >10 МГц) международного стандарта ISO/IEC 11801 (Information technology).

Передаваемый сигнал теряет свою мощность в нескольких точках рассматриваемого участка сети в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801:

потери при соединении витой пары к сетевой карте 0,2 дБ;

потери при соединении витой пары к хабу (на входе и на выходе) 0,2 дБ;

потери при соединении витой пары к коммутатору 0,2 дБ;

потери на 100 м витой пары 9,8 дБ;

потери на 1000 м оптоволокна 0,7-1,5 дБ;

потери при соединении оптоволокна к коммутатору 0,1-0,3 дБ.

Максимально допустимое затухание сигнала на сегменте витой пары не должно превышать 10,8 дБ.

Максимально допустимое затухание сигнала на сегменте оптоволокна не должно превышать 4,4 дБ.

Затухание сигнала в сегменте вычисляется как сумма затухания в кабеле и на соединении.

Рассчитаем затухание также для каждого из сегментов сети. В связи с тем, что коммутаторы и маршрутизаторы усиливают сигнал, то расчет должен идти до ближайшего коммутатора, либо маршрутизатора. Целесообразно рассчитать затухания для максимальных, по протяжению, сегментов витой пары и оптоволокна.

2 — Маршрутизатор = 0,2 + 100·9,8/100+0,2 = 10,2 дБ

Маршрутизатор2 — Маршрутизатор1 = 0,2 + 200·1,5/1000+0,2=0,7 дБ

Т.к. на самих длинных по протяжению сегментах сети загасание не превысило норму (для витой пары — 10,8 дБ, для оптоволокна — 4,4 дБ), то в проектируемой сети не следует ожидать загасания.

Выводы

В данной работе, для заданного плана расположения узлов сети, была выбрана оптимальная топология сети и рассчитана минимальная суммарная длина соединительного кабеля. Топологию выбиралась с учетом того, что между строениями планируется использовать только оптоволоконный кабель, внутри строений — коаксиальный кабель или витую пару.

Выбран стандарт для реализации сети, соответствующее пассивное и активное оборудование и оценена его стоимость.

Использовали 4 маршрутизатора, именно по этому стоимость проекта такая высокая, но это вполне оправдано. Во-первых, расстояние между домами слишком большое, и поэтому если использовать коммутаторы, то возможны большие коллизии, в следствие чего возникает вопрос по поводу работоспособности всей сети. Во-вторых, маршрутизаторы являются более “интеллектуальными” устройствами, поэтому сетью легче будет в последствии управлять системному администратору. В-третьих, возможно дальнейшее развитие сети, так как маршрутизаторы не вносят каких либо задержек.

Источник

Лабораторная работа №2 Топология компьютерных сетей.

Цель работы:Изучить виды топологий компьютерных сетей.

Теоретические основы.

Под топологией(компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети один относительно одного и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, в первую очередь, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно спрятана от пользователей не слишком важная, потому что каждый сеанс связи может выполняться по своему собственному пути. Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.

Существует три основные топологии сети:

1. Топологиятипаши́на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены всерабочие станции. На концах кабеля находятсятерминаторы, для предотвращения отражения сигнала. (рис. 1);

Рис. 1. Сетевая топология «шина»

Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютерысети. Каждая машина проверяет — кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям.

Шина самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудованиякомпьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, потому что линия связи единственная. В противном случае переданная информация будет искажаться в результате наложения (конфликту, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, которая увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае остаются две полностью работоспособных шины. Однако из-за особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств – терминаторов.

Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, потому что все адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто.

Источник