Режимы передачи данных

Курсовая работа

Построение компьютерной сети из пятнадцати компьютеров для интернет кафе.

С возможностью расширения.

Выполнил: студент группы 71-2

Кузнецов.С.В

Проверила: Литвинова М.А

г.Улан-Удэ

Содержание

Аннотация………………………………………………………………………. 3

Технология Ethernet……………………………………………………………. 4

Виды Ethernet…………………………………………………………………… 7

Режимы передачи данных……………………………………………………. 13

Выбор топологии сети для данного проекта………………………………. 14

Проектирование сети по данным проекта……………………………………. 17

Требуемое оборудование……………………………………………………. 19

Расчет полной стоимости сети………………………………………………... 20

Расчет пропускной способности……………………………………………... 21

Рекомендация………………………………………………………………….. 24

Список использованных источников………………………………………... 25

Аннотация.

В данной курсовой работе пойдет речь о создании компьютерной сети из 15 ПК для интернет кафе, расчет топологии и конфигурации локально вычислительной сети, разработка эскизного проекта. В моем задании мне предложили создать компьютерную сеть из пятнадцати компьютеров, с возможностью расширения.

В моей работе, я рассмотрел соединение 15 компьютеров объединенные в сеть, с возможностью расширения. Я изучил способ соединения Ethernet, также узнал характеристики кабелей, сетевых устройств, их стоимость и т.д. Были спроектированы компьютерные сети по стоимости (дешевая сеть, средней цены и дорогая).

Рекомендации.

В моей работе использоввалось 15 компьютеров, следовательно я могу предложить соединение через маршрутизаторы, т. к существуют 16-ти портовые маршрутизаторы

В моей работе были учтены такие пункты как:

1. Компактность

2. Рентабельность

3. Практичность

Также было приведено обоснование данным пунктам.

Технология Ethernet.

Ethernet- пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

В технологии Ethernet применяется распределенное управление доступом, так как, в отличие от некоторых других сетевых технологий, в нем не предусмотрена централизованная система предоставления доступа. В Ethernet применяется система доступа, называемая множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect, или CSMA/CD). Название множественный доступ с контролем несущей говорит о том, что одновременный доступ к сети Ethernet имеет множество компьютеров. При этом каждая машина определяет, свободен ли эфир, по наличию несущей частоты в кабеле. Когда сетевая плата собирается передать пакет данных,

она проверяет, не передается ли по сети в этот момент кем-либо другой пакет (т.е. выполняет контроль несущей). Если несущая в кабеле не обнаружена, сетевая плата начинает передачу данных. Процесс передачи пакета ограничен во времени, поскольку его длина конечна и не может превышать заранее оговоренного значения, называемого максимальным размером пакета. Кроме того, время, прошедшее после предыдущей отправки пакета сетевой платой, не должно быть меньше заранее установленного значения. Это сделано для того, чтобы предотвратить монопольное использование сети одним компьютером и предоставить доступ к сети другим абонентам.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

По сравнению с волоконно-оптическими и коаксиальными кабелями, использование витой пары обладает рядом существенных преимуществ. Такой кабель более тонкий, более гибкий и его проще устанавливать. Он также недорог. И вследствие этого, витая пара является идеальным средством передачи данных для офисов или рабочих групп, где нет электромагнитных помех. Однако, витая пара обладает следующими недостатками: сильное воздействие внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации и сильное затухание сигналов. Кроме того, проводники витой пары подвержены поверхностному эффекту - при высокой частоте тока, электрический ток вытесняется из центра проводника, что приводит к уменьшению полезной площади проводника и дополнительному ослаблению сигнала.

Непосредственно для своей сети я решил выбрать оптический (оптоволоконный) кабель так, как любое интернет кафе стремится стать первым, а чтобы стать первым, по-моему, мнению нужно задумываться о потребителях. Ведь потребителю главное качество. Оптоволоконный кабель решит нам проблему. Оптоволокно обладает довольно хорошей скоростью передачи данных, а также волоконно-оптические кабели имеют ряд неоспоримых преимуществ:

- их пропускные способности на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля;

- оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные

проблемы медных систем связи;

- оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями;

- цены на оптические компоненты снижаются, в то время как медные линий требуют все больших

материальных вложений.

- легкость выполнения работ по прокладке, сращиванию и конфекционированию;

- низкие потери;

- длительный срок службы.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u и FastEthernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Виды Ethernet.

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

В этом разделе дано краткое описание всех официально существующих разновидностей. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями — например, для увеличения расстояния между точками сети используется волоконно-оптический кабель.

Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.

Ранние модификации Ethernet

оригинальная технология, скорость 3Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.

1BROAD36 — широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.

1BASE5 — также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

10 Мбит/с Ethernet

10BASE5, IEEE 802.3 — первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, с максимальной длиной сегмента 500 метров.

10BASE2, IEEE 802.3a — используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

StarLAN 10 — Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

Несмотря на то, что теоретически возможно подключение к одному кабелю витой пары более чем двух устройств, работающих в симплексном режиме, такая схема никогда не применяется для Ethernet, в отличие от работы с коаксиальным кабелем. Поэтому, все сети на витой паре используют топологию «звезда», в то время как, сети на коаксиальном кабеле построены на топологии «шина». Терминаторы для работы по витой паре встроены в каждое устройство, и применять дополнительные внешние терминаторы в линии не нужно.

10BASE-T, IEEE 802.3i — для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

FOIRL —. Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j — Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптический кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

10BASE-FL — Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

10BASE-FB — Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

10BASE-FP — Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители — никогда не применялся.

Быстрый Ethernet

100BASE-T — общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.

100BASE-T4 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.

100BASE-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с. Практически не используется.

100BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе или 2 километра в полном дуплексе.

100BASE-FX — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.

100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами либо одной латинской буквой A или B. В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой — на 1550 нм.

Гигабитный Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab — стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров

1000BASE-TX был создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности и опубликован в марте 2001 года как «Спецификация физического уровня дуплексного Ethernet 1000 Мб/с симметричных кабельных систем категории 6» Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling». Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу, что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

1000BASE-X — общий термин для обозначения стандартов со сменными приёмопередатчиками GBIC или SFP.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 5 километров.

1000BASE-CX — стандарт для коротких расстояний, использующий твинаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется.

1000BASE-LH — стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

10-гигабитный Ethernet

Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний, используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

10GBASE-SR — Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний, используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна.

10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.

10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров.

40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet

Согласно наблюдениям Группы 802.3ba, требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet. В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блэйд-системы, SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE, при этом в 2007 и 2008 гг. был отмечен значительный рост последней.

Режимы передачи данных.

Существуют 3 вида передачи данных: симплекс, полу-дуплекс, и полный дуплекс.

· Симплекс

Протокол Aloha, изначально использовал симплекс метод передачи данных, это означало, что одновременно по каналу связи информация может передаваться только в одном направлении. Если подтверждение о получении данных не поступает в заданный интервал времени, то передающий узел, полагает, что в сети произошла коллизия из-за того, что данные передавались по сети одновременно и данные были утеряны. В случае обнаружения коллизии, оба узла прекращают передачу данных по сети на произвольный период времени, по истечении которого, узлы снова возобновят передачу данных.

Однако, чем большие объемы данных начинают передаваться через сеть Aloha, тем больше коллизий возникает.

· Полу-дуплекс

Для улучшения сетей Aloha, Меткалф разработал новую систему, которая включала механизм, который обнаруживал коллизии (collision detect). С данным механизмом, узлы отслеживают загруженность сети перед передачей данных, а также используют общий канал для передачи данных. Полу-дуплекс, означает, что данные могут предаваться между узлами в обоих направлениях, но одна транзакция данных может передаваться только в одном направлении.

· Полный дуплекс

В 1997 году, комитет стандартов IEEE, включил в протокол Ethernet режим работы, под названием полный дуплекс, что позволило передавать данные между узлами сети в обе стороны одновременно. При полном дуплексе, соединение Ethernet осуществляется по двум витым парам проводов, где одна пара используется для получения данных, а вторая для передачи данных на устройство, подключенное к другому концу провода. Эта технология помогла увеличить пропускную способность соединения и уменьшить вероятность возникновения коллизий.