Методика курсового проектирования
6.1. Общие теоретические сведения о вычислительных сетях
Вычислительная сеть (ВС) состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). ВС классифицируются по геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительная сеть; широкомасштабная (корпоративная) сеть; региональная (кампусная) сеть; локальная сеть.
Требования, предъявляемые к вычислительной сети в данной прикладной области, определяют географические масштабы ВС и скорости передачи данных.
Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машины в одной комнате, здании или несколько близко расположенных зданиях. Сети связи ЛВС имеют в настоящее время следующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0.1 - 100 Мбит/с), небольшую протяженность (0.1 - 50км), малую вероятность ошибки передачи данных (+1Е-8 - +1Е-11).
Глобальные компьютерные сети (ГВС) включают компьютеры и каналы связи, обеспечивающие возможность передачи информации от компьютера к компьютеру. ГВС, например, сеть сетей - Интернет, охватывают миллионы компьютеров практически во всех странах мира. Услугами ГВС пользуются десятки миллионов человек - бизнесменов, ученых, чиновников, преподавателей, студентов. Основной эффект от использования ГВС для конечного пользователя заключается в сокращении времени обмена или доступа к информации при снижении затрат.
ГВС представляют собой специфические предприятия по производству (предоставлению) информационного сервиса - электронная почта, телеконференции, новости, биржевые сводки, передача файлов, доступ к сетевым архивам и базам данных и т.д.
Схема вычислительной сети здания показана на рисунке 1.
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1- Схема вычислительной сети здания
В соответствии с двумя основными компонентами корпоративной вычислительной сети для курсового проектирования выбраны два основных варианта - проектирование локальной вычислительной сети и проектирование аппаратного и программного обеспечения для использования услуг глобальной вычислительной сети (сети кампуса) в информационных системах предприятий и организаций.
Главными особенностями сетей кампусов являются следующие (рис. 2). Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.
Рисунок 2- Структура сети кампуса
Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения.
Сеть сложной кампусной системы обычно строится по иерархическому принципу. Она включает в себя три иерархических уровня: уровень доступа, уровень распределения и уровень ядра системы (рисунок 3).
Рисунок 3 – Структура сложной кампусной сети
На уровне доступачасто выбираютдве модели коммутаторов Cisco Systems - Catalyst 5000 или Catalyst 5500. Выбор той или иной модели коммутатора в каждом конкретном случае зависит от числа и типа пользовательских портов, подключенных к данному кабельному узлу. Зная о возможном скором переходе на высокоскоростные сетевые соединения, многие заказчики выбирают в качестве основных порты с разными скоростями передачи – 10 и 100 Мбит/с (Ethernet и Fast Ethernet). В качестве коммутатора для уровня доступа рекомендуется использовать именно модель Catalyst 5500 (или 550х), способную резервировать коммутирующий процессор (Supervisor Engine Module), что позволит значительно повысить отказоустойчивость системы уже на уровне доступа.
На уровне распределения каждый коммутатор Catalyst 5000 уровня доступа обычно имеет по две восходящие связи Fast Ethernet ISL. Для повышения степени надежности системы каждая из этих связей подключается к разным коммутаторам Catalyst 5000, образующим уровень распределения.
Необходимо отметить, что в большинстве случаев из-за физических ограничений, таких как размеры зданий, корпусов, аппаратных помещений и пр., размер функциональных блоков может быть различным. Однако на общей модели сети это никак не отражается.На рисунке 4 показан пример конфигурации сети на уровних доступа и распределения
Рисунок 4- Уровни доступа и распределения
Все 14 коммутаторов уровня распределения на примере образуют семь функциональных строительных блоков сети. В каждом блоке имеются все возможности и реализованы все функции для обеспечения взаимодействия всех узлов и VLAN внутри блока.
Уровень ядра должен предоставлять три типа функций по объединению имеющихся блоков в единую сетевую систему:
- Взаимодействие VLAN за пределами строительных блоков сети (Inter-VLAN communication).
- Взаимодействие оборудования из разных строительных блоков, необходимое для определения оптимальных маршрутов следования потоков данных в разных направлениях.
- Обеспечение связи всех конечных узлов сети с корпоративными серверами и внешними сетями (частные глобальные сети и Интернет).
Для обеспечения всех этих функций ядром системы рассмотрим два подхода к построению самого ядра:
- Ядро с использованием выделенных маршрутизаторов.
- Ядро с использованием аппаратуры маршрутизации, встроенной в коммутаторы уровня распределения.
Оба подхода обеспечивают достижение поставленных задач, выбор того или иного решения в каждом конкретном случае зависит от требований заказчика, типа используемого оборудования и
Ядро системы с применением аппаратуры маршрутизации, встроенной в коммутаторы уровня распределения предусматривает вариант вариант с использованием в качестве ядра аппаратуры коммутации третьего уровня модели OSI, встроенной в коммутаторы уровня распределения. Такая аппаратура доступна в качестве модулей расширения к коммутаторам Catalyst 5xxx и называется RSM (Route Switch Module). Использование модулей RSM в каждом из коммутаторов Catalyst 5000 уровня распределения позволит избежать необходимости установки соответствующего количества маршрутизаторов Cisco 7500 с модулями VIP 2.
В качестве примера кампусной сети можно привести информационную систему редакции газеты «Комсомольская правда», которая построена на оборудовании фирмы 3СОМ ( Рисунок 5).
Рисунок 5– Пример структуры сети кампуса
Редакция газеты занимает в здании Издательского дома «Открытые системы» две площадки в разных корпусах. Фирма «Тауэр Сети» проложила в помещениях, где располагается редакция «Комсомольской правды», СКС 5-й категории на 400 портов. В каждом корпусе установилено по 2 узла СКС, которые соединены между собой оптоволоконной магистралью. Создана новая, предназначенная исключительно для подключения компьютеров электросеть, защищенная системой бесперебойного питания.
К сети передачи данных предъявлялись высокие требования: в редакционно-издательском центре (РИЦ), где идет верстка большинства изданий, используются 20-30 мощных компьютеров Macintosh. Эти компьютеры создают в сети РИЦ большой трафик, вызванный передачей файлов с графикой, файлов верстки и других данных. Поэтому для нормальной работы каждой рабочей станции, используемой при верстке, требуется высокоскоростной канал.
Для передачи данных были выбраны два стандарта - выделенные Fast Ethernet и Ethernet. Такое решение позволило добиться максимально возможных скоростей передачи данных, поскольку в каждом сегменте находилось всего одна рабочая станция, подключенная непосредственно к порту коммутатора. Тем пользователям, для которых скорость передачи данных по сети критична (это те, кто занимается версткой или работает с рекламой), установили Fast Ethernet, всем остальным (журналистам, сотрудникам бухгалтерии и др.) - Ethernet.
Схема сети - двухуровневая: имеются коммутаторы рабочих групп (Switch 3000 и 1000 с модулями ATM) и два коммутатора зданий (CoreBuilder 7000 HD, на момент реализации проекта - самый мощный коммутатор).
В результате редакция получила полностью коммутируемую сеть построенную на базе оборудования 3СОМ. Поскольку издательство выпускает еще и ряд приложений к газете, то часто возникает необходимость создавать «виртуальные» редакции. Система управления сетью позволяет включать в состав таких виртуальных сетей - редакций требуемых сотрудников, ограничив при этом доступ в рабочую группу остальным.