Локально вычислительные сети

   Пример ARP-запроса

   IP-адрес  отправителя                      223.1.2.1

   Ethernet-адрес  отправителя            08:00:39:00:2F:C3 

   Искомый IP-адрес                           223.1.2.2

   Искомый Ethernet-адрес                 <пусто>  

   1.1.3. Использование масок  для структуризации  сети.

   Алгоритм  маршрутизации усложняется, когда  в систему адресации узлов  вносятся дополнительные элементы - маски. В чем же причина отказа от хорошо себя зарекомендовавшего в течение многих лет метода адресации, основанного на классах? Таких причин несколько, и одна из них - потребность в структуризации сетей.

   Часто администраторы сетей испытывают неудобства из-за того, что количество централизованно выделенных им номеров сетей недостаточно для того, чтобы структурировать сеть надлежащим образом, например разместить все слабо взаимодействующие компьютеры по разным сетям. В такой ситуации возможны два пути. Первый из них связан с получением от InterNIC или поставщика услуг Internet дополнительных номеров сетей. Второй способ, употребляющийся чаще, связан с использованием технологии масок, которая позволяет разделять одну сеть на несколько сетей.

   Допустим, администратор получил в свое распоряжение адрес класса В: 129.44.0.0. Он может организовать сеть с большим числом узлов, номера которых он может брать из диапазона 0.0.0.1-0.0.255.254 (с учетом того, что адреса из одних нулей и одних единиц имеют специальное назначение и не годятся для адресации узлов). Однако ему не нужна одна большая неструктурированная сеть, производственная необходимость диктует администратору другое решение, в соответствии с которым сеть должна быть разделена на три отдельных подсети, при этом трафик в каждой подсети должен быть надежно локализован. Это позволит легче диагностировать сеть и проводить в каждой из подсетей особую политику безопасности. 

   1.1.4. Топология вычислительных  сетей

   Топология типа «звезда». В топологии сети в виде звезды вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети. Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Столкновений данных не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

   Кольцевая топология. При кольцевой топологии  сети рабочие станции связаны  одна с другой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо. Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию). Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто.

   Шинная  топология. При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы вычислительной сети.  

   1.1.5. Протокол ARP

   Протокол  разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol) является обязательным стандартом TCP/IP, описанным в документе RFC 826 «Address Resolution Protocol (ARP)». ARP разрешает IP-адреса, используемые программным обеспечением TCP/IP, в аппаратные адреса сетевых адаптеров локальной сети. ARP предоставляет узлам, расположенным в одной физической сети, следующие службы протокола.

     Аппаратные адреса (или МАС-адреса  — адреса уровня управления  доступом к среде передачи) определяются  путем посылки широковещательного  сетевого запроса следующего  вида «Какой аппаратный адрес  имеет устройство с указанным IP-адресом?»

     Когда на ARP-запрос отправляется  ответ, то отправитель ARP-ответа  и запрашивающий узел заносят  IP-адреса и аппаратные адреса  друг друга в локальную таблицу,  называемую кэшем ARP, для дальнейшего  использования.

   Назначение  аппаратных адресов

   Каждое  устройство, предназначенное для  работы в локальной сети, должно иметь уникальный аппаратный адрес, присвоенный разработчиком. Для  устройств локальных сетей Ethernet и Token Ring этот адрес называется адресом  уровня управления доступом к среде передачи (media access control address, MAC-адрес).

   Каждый  такой аппаратный адрес идентифицирует устройство в физической сети с помощью 6-байтового числа, записанного в  ПЗУ физического устройства, например сетевого адаптера. Аппаратные адреса обычно представляются в шестнадцатеричном формате, например 00-AA-00-3F-89-4A.

   Регистрацией  и выделением аппаратных адресов  занимается институт IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). В настоящее время IEEE регистрирует и назначает отдельным  изготовителям уникальные числа для первых трех байтов аппаратного адреса. Последние три байта аппаратного адреса каждый изготовитель назначает сетевым адаптерам самостоятельно. 

   1.1.6. Маршрутизатор

   Маршрутиза́тор (проф. жарг. ра́утер или ру́тер (от англ. router), иногда неправильно ро́утер (искажённое произношение англ. router) — сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

   Маршрутизатор работает на более высоком «сетевом»  уровне 3 сетевой модели OSI, нежели коммутатор и сетевой мост.

   Обычно  маршрутизатор использует адрес  получателя, указанный в пакетах  данных, и определяет по таблице  маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

   Существуют  и другие способы определения  маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

   Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

• статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.
• динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

   Маршрутизаторы  помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий или широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана. 

   1.2 Системный анализ

   Воплощая план сети в жизнь, следует разработать ее структурную схему. Она поможет наглядно представить потребности всей системы. При разработке такой схемы необходимо привязать ее к плану помещений, в которых размещается  сеть. Это поможет определить требования к топологии и к кабелю, а в результате представить реальную картину создаваемой сети

   Так как в нашей сети по заданию 40 компьютеров, то целесообразно использовать топологию ЛВС «звезда». Топология  звезда является одной из лучших. Стоимость  такой сети не значительно, размеры сети не ограниченны.

   Компьютеры  в сегменте сети будут объединяться с помощью свитча затем все сегменты с помощью маршрутизатора, а выход в сеть Ethernet осуществляется через Internet server.  

   1.3 Программное обеспечение  и требования к  ним.

   При выборе программного обеспечения для  компьютеров каждого сегмента нужно учитывать все поддержки программ которые будут использоваться на данных компьютерах.

   При выборе операционной системы следует  учесть что надо ставить лицензированные продукты т.к. в нашей стране пиратство наказуемо и продукт пирацкого происхождения не всегда работает корректно.

   В состав программного обеспечения должны входить средства создания отчетности, позволяющие настраивать отчетность без привлечения программистов. Программное обеспечение должно предоставлять возможности настройки для своевременного отражения требований к изменению обучающего процесса  при изменении системы обучения и подготовки     специалистов, при перепрофилировании  предприятия, открытие новых сфер деятельности, для создания новых обучающих дисциплин, изменения продолжительности, формы подачи.

   Программное    обеспечение    должно    предусматривать масштабируемость.    Составные    части    комплекса   дистанционного обучения должны  быть способны к  расширению,  предусматривать будущий рост, как в плане объема команд, так и размера коллектива в целом. Для    поддержки множества  автоматизированных  и персонифицированных  услуг, доступ, поставка и представление материала должны быть удобны в работе и интуитивно понятны. Программное обеспечение должно обладать способностью к взаимодействию. Чтобы   предоставлять контент из различных источников (учитывая авторские права) в различных аппаратно/программных  средах  многочисленных поставщиков, программное обеспечение    должно    базироваться    на    открытых промышленных стандартах, применяемых в Web: HTML, JSP, Servlet-s, J2EES, XML, SOAP и т.д. Составные части комплекса должны иметь развитые системы защиты от сбоев и надежные и прогнозируемые процедуры восстановления системы. Кроме того система должна обеспечивать механизмы создания резервных копий данных.

   Вывод: В данном разделе мы поставили цели и задачи по проектированию ЛВС. Изучили топологии сетей и выбрали наилучшую для данной сети. Описали требования к программному обеспечению.

 

2. Проектная часть

 

   2.1 Физическое проектирование

   В задание базовой технологией  нашей сети является сеть Ethernet.

   Аппаратура Ethernet обычно состоит из кабеля, разъемов, Т-коннекторов, маршрутизаторов, свичей и сетевых адаптеров при исполнении топологии “Звезда”. Кабель используется для передачи данных между рабочими станциями. Для подключения кабеля используются разъемы. Эти разъемы подключаются к сетевым адаптерам - специальным платам, вставленным в слоты расширения материнской платы рабочей станции. 

   2.2 Логическое проектирование

   Для построения логической схемы ЛВС  предприятия использовалась программа  Cisco Packet Tracer. С помощью данной программы я построил сеть с топологией «Звезда». В сети показано 5 сегментов, в каждом сегменте сети находиться по 8 компьютеров (рис 2.1). С помощью маршрутизатора раздал IP адреса компьютерам каждого сегмента.

   Логическая  схема внутренней ЛВС предприятия

   

   Рис. 2.1

   На  данном рисунке видно как компьютеры объединяются в сегмент сети с помощью свича (Switch). Более подробно данный рисунок можно рассмотреть в приложение данной курсовой.

   Далее каждый сегмент объединяется с помощью  роутера. Так же к роутеру подключен  Internet Server через который осуществляется непосредственный выход в сеть Internet.

   2.2.1 Таблица распределения адресного пространства.

   IP – адреса для каждого компьютера раздаются автоматически роутером как показано в таблице 2.1.

   Таблица распределения адресного пространства

   Таблица 2.1