Основные архитектурные решения вычислительной сети

Характеристика локальной вычислительной сети - системы взаимосвязанных компьютеров, работающих в пределах одного помещения, здания, организации. Разработка основных проектных решений. Структурирование по подъездам. Минимизация толщин кабельного пучка.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Отчет по лабораторной работе №3

Основные архитектурные решения вычислительной сети



Цель работы: анализ основных характеристик вычислительной сети и разработка основных проектных решений.

Объект автоматизации: Домашняя сеть, расположенная в одном подъезде многоквартирного здания;

Разработка топологии сети

Локальная компьютерная сеть - это система взаимосвязанных компьютеров, работающих в пределах одного помещения, здания, одной организации.

Большинство домашних сетей зарождалось стихийно, с одного дома. При этом активное оборудование размещалось в соответствии с сиюминутными, часто весьма причудливыми требованиями. В результате обычно получалась довольно странная топология, сочетающая различные типы кабелей, хабов, маршрутизаторов, коммутаторов и т.п. Но по мере превращения Ethernet-провайдинга в бизнес задачи менялись, и сегодня подобный подход уже не может в полной мере удовлетворить потребности рынка.

Сейчас, как никогда, необходим «промышленный» подход к строительству «домашних» сетей, к их структурированию и определению минимальных отраслевых стандартов.

Основной бич домашних сетей -- трудности прокладки кабелей. Спроектировать и построить инфраструктуру крупного предприятия или межстанционные соединения АТС можно не считаясь с затратами, подгоняя «под проект» местные условия. При необходимости -- выкопать новый туннель, возвести эстакаду, проложить подводный кабель и т. п.



Ситуация недорогих сетей принципиально иная, и в этом их коренное отличие. Домашним сетям неизбежно приходится приспосабливаться к застройке города. В некоторых местах прокладка невозможна, где-то нежелательна или имеет высокую стоимость. Множество на первый взгляд незначительных помех часто превращает подобные работы в «шаманство», требуя от проектировщика глубоких знаний местных условий. Основным вариантом является линейный (рис. 1).

В таком виде сеть представляет собой «гирлянду» в ее самом примитивном и ненадежном виде. Отказ любого промежуточного узла вызывает прекращение услуги абонентам, подключенным далее по линии.

Вдобавок приходится констатировать, что это один из самых распространенных на сегодня типов небольших сетей. Такой форме способствуют особенности линейной городской застройки, экономия магистрального кабеля, стремление с минимальными затратами «дотянуться» до «перспективного» дома и т. п.

Что же можно сделать для увеличения надежности линейной структуры? Наиболее очевидным вариантом будет превращение «гирлянды» в «звезду» (рис. 2). Пусть кабели лежат рядом или даже в одной оболочке, такой подход позволит избежать зависимости всей сети от локального сбоя электропитания либо неисправностей активного оборудования. Иначе говоря, все узлы могут работать с центральным независимо друг от друга.

Отметим, что здесь нет ничего нового -- именно так обычно строится внутридомовая проводка телефонии или СКС. Подобно этому использование одного физического кабеля может с успехом применяться для магистрали, особенно в сетях среднего и небольшого размера.

Но, как правило, это технически осуществимо (и рентабельно) только в случае использования оптоволокна. Большое количество волокон в одном кабеле стоит не слишком дорого. В то же время для медных многопарных кабелей при таком подходе нет места -- 100-200 метров, вот предел их работы. А это очень мало для междомовых магистралей.

Очевидно, что для любой среды передачи кабель будет самым уязвимым звеном. Его повреждение вызовет отказ всех расположенных далее узлов без исключения. Это основной и неустранимый недостаток «линейной звезды». В случае применения отдельного кабеля главным недостатком становится его большой расход. Кроме этого, использовать специальные решения типа П-296 сложно -- пучок толстых кабелей (около 14 мм диаметром каждый) хорошо виден и может легко привлечь нежелательное внимание. К тому же выглядит это весьма некрасиво даже на большой высоте. Хотя кабели и разделены, но идут по одной трассе. Поэтому вероятность их одномоментного отказа вполне вероятна. Описанных выше проблем можно избежать, если применить «линейное кольцо». Действительно, совсем не обязательно замыкать магистраль при помощи своих кабелей. Это вполне можно сделать и «через Интернет» (либо иную сеть передачи данных) (рис. 3).



Понадобится более тонкая настройка программной части сети. В пользовательском компьютере может быть установлен только один «шлюз по умолчанию» (маршрутизатор, которому отправляются дейтаграммы IP, адресованные во внешние сети).

Соответственно, в случае повреждения линии в какой-либо точке желательна автоматическая подмена основного канала резервным. Это сравнительно просто сделать, используя фиктивные адреса пользователей, и несколько более сложно для реальных. Но в целом не представляется неразрешимой задачей.

Как и в «классическом» кольце, общий отказ возможен только при одновременной неисправности двух активных устройств или повреждении кабелей в двух точках. Понятно, что вероятность такого события невелика и можно получить вполне надежную сеть при «линейной» топологии, оплатив запасной канал подключения к Интернету.

Нужно отметить, что резервные коммуникации могут быть значительно менее скоростными, чем основные. А следовательно, относительно недорогими, вполне по карману Ethernet-провайдеру средней величины.

Еще одним вариантом «линейного кольца» считается «гирлянда», в которой предусмотрена «обратная петля». То есть одна пара волокон в кабеле проходит через все активные устройства по очереди, а вторая -- идет цельной и соединяет первый и последний узел сети (рис. 4).



Этот вариант позволяет надежно и недорого защититься от отказов активного оборудования, но уязвим при повреждении кабеля. Тем не менее, это, пожалуй, лучший способ для небольшой сети линейной топологии, в которой построение обычного кольца слишком сложно или дорого.

Но что делать, если финансовое положение «начинающей» сети не позволяет применить оптоволокно в «линейной звезде», «обратной петле», а также схемы, которые используют резервирование «через Интернет»? В этом случае ситуацию может облегчить (но не исправить полностью) следующая топология (рис. 5).

То есть никогда не следует стремиться построить длинную «гирлянду» из последовательных активных устройств. Целесообразнее выделить магистраль, использующую минимальное количество оборудования. Пусть иногда понадобится «возвращаться» -- расход кабеля при этом не так и велик. Зато общая надежность значительно возрастет. Например, для недорогого П-296 (П-270) вполне достижимо 400-500 метров без повторителей. Значит, на сеть радиусом 1,5 км (а это достаточно много) понадобится всего 4-5 устройств. В то время как при построении «гирлянды» количество повторителей составит 15-20 штук.

Правда, по всей вероятности, придется отказаться от 100baseT в пользу 10baseT. Пусть медленнее, но надежнее. Не нужно хорошо разбираться в теории вероятностей, чтобы сделать вывод о времени простоя сети при разных топологиях построения. Очевидно, что «гирлянда» будет дольше ремонтироваться, чем работать.

В заключение, для иллюстрации общих принципов, хотелось бы привести схему вполне реальной сети. Карту расположения домов пришлось убрать из соображений безопасности прокладок (рис. 6).

Можно видеть два связанных кольца, в которых часть узлов является центром небольших «звезд». Таким образом, полностью вывести сеть из строя довольно сложно. Обрыв любого кабеля на кольце не остановит работу. А оконечные разветвления позволяют охватить значительную территорию (практически весь жилой район).

По сути, это компромисс «звезды» и «кольца», адаптированный под имеющиеся дома, с учетом минимальных затрат кабеля и оборудования. И при условии сохранения достаточной потенциальной надежности.

Стоит порекомендовать относиться к проектированию сети творчески, порой самые эффективные решения не заметны на первый взгляд. А небольшое усложнение/удорожание может привести к существенному росту надежности всей системы в целом.

Абонентская система здания

локальный вычислительный сеть компьютер

Основное назначение абонентской системы здания (иначе говоря, внутридомовой разводки) -- подключение конечных пользователей к активному (редко пассивному) оборудованию Ethernet-провайдера внутри одного дома. В функциональном плане эта цель почти совпадает (в терминах СКС) с горизонтальной кабельной системой, но прокладка сети в жилом доме имеет ряд отличительных признаков.

Во-первых, оптимально в качестве базового протокола использовать 10baseT, требования которого к качеству коммуникаций невысоки (достаточно 3-й категории). Основным материалом бесспорно можно считать витую пару 5-й категории. Единственное, на что следует обратить внимание, -- число пар в кабеле. Спецификации Ethernet 10/100baseT явно определяют необходимый минимум -- 2 пары, их максимальное количество не ограничено и может быть выбрано по потребности (например, достаточно широко используются 25- и 50-парные кабели).

Во-вторых, по вполне понятным экономическим соображениям Ehternet-провайдерам приходится подстраиваться под архитектурные особенности зданий. Нельзя прокладывать коммуникации невзирая на расходы, как это принято при инсталляции СКС (тем более совмещать их со строительством или капитальным ремонтом). Поэтом...