Локальна компютерна мережа в житловому будинку

17

Зміст

• Вступ
• Локальна мережа (LAN)
• Архітектура Ethernet
• Ethernet на витій парі
• Обладняння D-Link
• 2 порти Gigabit Ethernet по міді
• Управління потоком для підвищення надійності передачі даних
• Автовизначення полярності кабелю MDI/MDIX
• Функція "Plug-and-Play"
• Збереження енергії
• Висновок
• Література

Вступ

Інтернет стає все більш популярним, проте справжня популярність прийде, коли до цієї мережі буде підключений кожен будинок.

Метою даного проекту є розробка домашньої компютерної мережі в житловому будинку, підключеної до Інтернету по виділеному швидкісному каналу. Локальна компютерна мережа в житловому будинку дозволила створити колективний доступ до Інтернету по високошвидкісному виділеному каналу за доступними для кінцевих користувачів цінами. При цьому, велика швидкість зєднання з Інтернетом дозволяє розширити можливості його використання: проводити аудіо-відео конференції, прослухувати інтернет-радіо. Крім того, користувачі локальної мережі можуть обмінюватися між собою програмами, музичними і відео файлами.

Для забезпечення стабільного функціонування мережі, вона повинна мати надійні кабельні зєднання, правильну топологію. При цьому необхідно забезпечити низький бюджет проекту, щоб зберегти доступність підключення. У даній роботі пропрацювали всі аспекти для створення якісної, сучасної локальної компютерної мережі в житловому будинку, які зараз мають практичну реалізацію і підтвердження правильності технічних рішень у вигляді стабільної функціонуючої компютерної мережі в даному будинку.

Локальна мережа (LAN)

Термін "локальна мережа" (ЛМ) відноситься до групи взаємозвязаних локальних мереж, якими управляє один і той же адміністратор. Коли мережі тільки починали зявлятися, під ЛМ мались на увазі невеликі мережі, фізично розташовані в одному і тому ж місці. Хоча ЛМ можна назвати і одну домашню або офісну локальну мережу, саме визначення розширилося і тепер припускає наявність взаємозвязаних мереж, які складаються з декількох сотень вузлів, встановлених в різних будівлях.

Важливо памятати, що всі локальні мережі, що входять в ЛМ, управляються одним адміністратором. Крім того, зазвичай в ЛМ використовуються бездротові протоколи або Ethernet і підтримується висока швидкість передачі даних. Приватні ЛМ, належні організації і доступні тільки для її членів, співробітників і інших допущених осіб, часто називають "Інтранет".

У ЛМ всі вузли можуть знаходитися в одній локальній мережі або розподілятися між декількома мережами, звязаними на рівні розподілу. Це залежить від бажаного результату. Якщо всі вузли знаходяться в одній мережі, вони можуть обмінюватися даними. Річ у тому, що вони утворюють один широкомовний домен і вузли знаходять один одного з використанням протоколу ARP.

При простій конструкції мережі, можливо, краще залишити всі вузли в одній локальній мережі. Проте у міру того, як розмір мережі росте, трафік збільшується, а ефективність і швидкість мережі знижується. У такому разі деякі вузли варто перемістити у видалену мережу.

Це понизить ефект від збільшення трафіку. Проте вузли з однієї мережі не зможуть обмінюватися даними з вузлами з іншої мережі без використання маршрутизації. Маршрутизатори ускладнюють конфігурацію мережі і в деяких випадках створюють тимчасові відстрочення при обміні пакетами між мережами.

Більшість локальних мереж створена на основі технології Ethernet. У правильно розробленій і сконструйованій мережі вона працює швидко і ефективно. Основна передумова для створення якісної мережі - попереднє планування. Для початку потрібного зібрати інформацію про те, як використовуватиметься нова мережа. Сюди входить:

кількість і тип вузлів, що підключаються;

використовувані додатки;

вимоги до загального доступу і підключення до Інтернету;

питання безпеки і конфіденційності;

очікуваний ступінь надійності і час безвідмовної роботи;

вимоги до підключення, зокрема, вибір дротяного або бездротового звязку.

При плануванні мережі необхідно прийняти до уваги багато що. Перед покупкою мережевого устаткування і підключенням вузлів слід побудувати логічні і фізичні топологічні карти мережі. Зокрема, необхідно врахувати наступне:

Фізичне середовище встановлення мережі:

контроль температури: у всіх пристроїв є специфічні вимоги до температури і вологості;

наявність і розташування розеток.

Фізична конфігурація мережі:

фізичне розташування пристроїв, наприклад, маршрутизаторів, комутаторів і вузлів;

зєднання пристроїв;

розташування і довжина всіх кабелів;

апаратна конфігурація кінцевих пристроїв, наприклад, вузлів і серверів.

Логічна конфігурація мережі:

розташування і розмір широкомовних доменів і доменів колізій;

схема IP-адресації;

схема призначення імен;

конфігурація загального доступу;

дозволи.

Для більшості домашніх і невеликих корпоративних мереж не потрібні могутні пристрої, які використовують крупні підприємства. Цілком достатньо буде менших пристроїв. При цьому вони повинні виконувати ті ж функції маршрутизації і комутування. Для задоволення такої потреби були розроблені вироби, що виконують функції декількох мережевих пристроїв, наприклад, що комутують маршрутизатори і бездротові точки доступу. У даному курсі ми називатиме багатофункціональні пристрої інтегрованими маршрутизаторами. Це можуть бути невеликі пристрої для домашніх офісів і невеликих компаній або могутніші пристрої для філіалів крупних корпорацій.

Інтегрований маршрутизатор - це практично декілька різних пристроїв в одному корпусі. Наприклад, у такому разі комутатор підключається до маршрутизатора, але усередині пристрою. Коли на порт комутатора поступає широкомовна розсилка, інтегрований маршрутизатор передає її всім портам, у тому числі і своєму. Вбудований маршрутизатор не пропускає розсилку далі.

Існують недорогі багатофункціональні пристрої для домашніх і невеликих корпоративних мереж з інтегрованими функціями маршрутизації, комутування, бездротового звязку і безпеки. Прикладом пристрою такого типу є бездротовій маршрутизатор Linksys. Ці прості по конструкції пристрої, для яких зазвичай не потрібні зовнішні компоненти. Замінити один несправний компонент неможливо. Фактично він може зламатися тільки цілком, оптимізація який-небудь одній функції не передбачена.

Сучасні локальні мережі будуються на основі топології "зірка" з використанням концентраторів (хабів), комутаторів (світчів) та кабелю UTP чи STP 5ї категорії ("вита пара"). Дана технологія (вона носить назву Fast Ethernet) дозволяє проводити обмін інформацією на швидкості вище 100Мбіт/с. Ця величина достатня для того, щоб задовольнити більшість потреб користувачів мережі.

Ще один приклад - це інтегрований маршрутизатор Cisco, або ISR. У сімейство Cisco ISR входять найрізноманітніші товари, призначені як для невеликих офісних і домашніх мереж, так і для великих мереж. Багато пристроїв ISR сконструйовано за модульним принципом, і кожну функцію виконує окремий компонент (наприклад, вбудований маршрутизатор і комутатор). Відповідно, при необхідності можна додавати, замінювати і оновлювати компоненти.

Всі пристрої, підключені до портів комутатора, повинні входити в один і той же широкомовний домен. Це означає, що IP-адреси всіх пристроїв повинні відноситися до однієї і тієї ж мережі. Пристрою з іншими мережевими частинами IP-адреси не зможуть обмінюватися даними.

Крім того, Microsoft Windows ідентифікує інші пристрої в мережі по іменах компютера. Щоб спростити усунення неполадок в майбутньому, важливо використовувати при плануванні і документуванні інформацію про ці імена і IP-адреси.

Для відображення поточної конфігурації IP в Microsoft Windows використовується команда ipconfig. Докладнішу інформацію, включаючи імя вузла, відображає команда ipconfig /all. Документуйте всю інформацію про підключення і конфігурацію.

В процесі обміну даними між мережевими вузлами важливо документувати продуктивність. Цей процес називається визначенням базові показники мережі. Інформація використовується як показник нормальної роботи. В майбутньому, порівнюючи продуктивність мережі з базовою лінією, можна зясувати, чи є проблеми.

Архітектура Ethernet

Мережна архітектура відповідає реалізації фізичного та канального рівнів моделі OSI. Архітектура визначає кабельну систему, кодування сигналів, швидкість передавання, структуру фреймів, топологію мережі та метод доступу до середовища передавання. Кожній з архітектур відповідає свій набір компонент - кабелі, розняття, мережні адаптери, кабельні центри тощо.

Перше покоління мережних архітектур забезпечувало низькі та середні швидкості передавання: LocalTalk - 230 Kбіт/с, ARCnet - 2,5 Mбіт/с, Ethernet - 10 Mбіт/с, TokenRing - 16 Mбіт/с. Ці архітектури зорієнтовані на використання електричних кабелів.

Друге покоління мережних архітектур забезпечує високі швидкості передавання: FDDI -100 Mбіт/с, ATM - 155 Mбіт/с, FastEthernet - 100 Mбіт/с та, звичайно, зорієнтовані на використання оптоволоконних кабелів.

Ethernet на витій парі

Вдосконалення мережних засобів, зокрема адаптерів, дало змогу широко застосовувати виту пару як середовище передавання. В рамках стандарту Ethernet створені специфікації 10BaseT, що використовує дві неекрановані виті пари UTP (Unshielded Twisted Pare) 3,4 або 5 категорій, та 100BaseT4, що грунтується на чотирьох витих парах UTP 5 категорії або екранованій витій парі STP (Shielded Twisted Pare). Для звязку між вузлами мережі необхідними є дві виті пари провідників: одна - для передавання, інша - для приймання інформації. Звичайно, замість двох кабелів по одній парі витих провідників у кожній використовують один кабель з чотирма парами провідників. Окрім економії та технічних переваг, це створює можливість переходу на більш швидкісні мережні архітектури без заміни самого кабелю.

Фізична топологія - зірка: кожен вузол мережі зєднується зі своїм портом кабельного центру кабельним променем, що не повинен перевищувати довжини 100 м. На кінцях кабелю за допомогою спеціального обтискаючого інструмента встановлюються 8-контактні розняття RJ-45. Найбільш поширеними є 8-ми та 16-ти портові кабельні центри, що комплектуються зовнішніми адаптерами електромережі. Звичайно, один з портів призначається для зєднання з наступним кабельним центром (перехрещеними парами провідників). Більшість кабельних центрів мають також розняття для підєднання тонкого коаксіального кабелю, що дає змогу гнучко комбінувати фізичну топологію мережі Ethernet та обидва найбільш поширених типи кабелю. Найбільш вразливе місце Ethernet на витій парі - кабельний центр, вихід з ладу якого паралізує всі вузли мережі, зєднані з ним витими парами.

Слід відмітити основні характеристики та переваги витої пари:

фізична топологія - зірка;

максимальна довжина променя - 100 м;

до кожного вузла підєднується лише один кабель;

пошкодження кабелю виводить з ладу лише один мережний вузол;

несанкціоноване прослуховування пакетів у мережі ускладнюється

Обладнання D-Link

D-Link DES-1026G:

Опис:

DES-1026G - некерований комутатор 10/100 Мбит/с, розроблений для підвищення продуктивності робочої групи, забезпечує високий рівень гнучкості мережі. Наявність 24-х портів 10/100 Мбит/с для підключення робочих станцій і двох мідних гигабітних портів для підключення серверів дозволяють задовольнити потреби у великій пропускній спроможності мережі і понизити час відгуку.

24 порти 10/100 Мбит/с для підключення робочих станцій

Комутатор оснащений 24 портами 10/100 Мбит/с і може використовуватися для підключення до мережі невеликої робочої групи. Ці порти підтримують автоузгодження швидкостей 100BASE-TX і 10BASE-T і автовизначення режимів повного і напівдуплексу.

2 порти Gigabit Ethernet по міді

2 порти 1000BASE-T Gigabit Ethernet є недорогою альтернативою рішенню на волоконно-оптичному кабелі. Використання існуючої витої пари категорії 5 як середовище передачі дозволяє відразу ж підключити сервери до портів Gigabit Ethernet, не вимагаючи прокладки нового оптичного кабелю. Дані порти підтримують автоузгодження швидкостей 10/100/1000 Мбит/с і автовизначення.

Управління потоком для підвищення надійності передачі даних

Всі порти підтримують управління потоком методом "зворотного тиску" і IEEE 802.3x. Ці функції дозволяють уникнути втрати пакетів при переповнюванні буфера порту приймаючого пристрою.

Автовизначення полярності кабелю MDI/MDIX

Всі порти підтримують автоматичне визначення полярності кабелю MDI/MDIX. Це виключає необхідність у використанні кроссированних кабелів або портів uplink. До будь-якого порту можна підключити сервер, маршрутизатор або комутатор, використовуючи прямий кабель на основі витої пари

Функція "Plug-and-Play"

Комутатор з 26 портами "plug-and-play" є ідеальним вибором для робочих груп з метою підвищення продуктивності додатків "клієнт/сервер".

Характеристики:

Стандарти

IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet (мідна вита пара)

IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet (мідна вита пара)

IEEE 802.3ab 1000BASE-T Gigabit Ethernet (мідна вита пара)

ANSI/IEEE 802.3 NWay автовизначення

Управління потоком IEEE 802.3x

Протокол Топологія Мережевий кабель

CSMA/CD Зірка 10BASE-T:

UTP Cat.3, 4, 5 (100 м макс)

EIA/TIA-568 100 Ом STP (100 м макс)

100BASE-TX, 1000BASE-T:

UTP Cat.5, Cat.5e (100 м макс)

EIA/TIA-568 100 Ом STP (100 м макс)

Швидкість передачі даних

Ethernet:

10 Мбит/с (дуплекс)

20 Мбит/с (напівдуплекс)

Fast Ethernet:

100 Мбит/с (напівдуплекс)

200 Мбит/с (дуплекс)

Gigabit Ethernet:

2000 Мбит/с (дуплекс)

Кількість портів

24 порти 10/100 Мбит/с

2 порти 10/100/1000 Мбит/c

Розширені можливості інтерфейсу

Автовизначення полярності кабелю MDI/MDI-X на кожному порту

Продуктивність

Метод комутації

Store-and-forward

Комутаційна фабрика

8,8 Гбит/с

Таблиця MAC-адрес

8К записів на пристрій

Вивчення MAC-адрес

Автоматичне оновлення таблиці MAC-адрес

Швидкість фільтрації пакетів

10BASE-T: 14,880 кадров/сек на порт (напівдуплекс)

100BASE-TX: 148,810 кадров/сек на порт (напівдуплекс)

Gigabit Ethernet: 1488,100 кадров/сек на порт

Швидкість комутації пакетів

10BASE-T: 14,880 кадров/сек на порт (напівдуплекс)

100BASE-TX: 148,810 кадров/сек на порт (напівдуплекс)

Gigabit Ethernet: 1488,100 кадров/сек на порт

Буфер RAM

320Кбайт на пристрій

Фізичні параметри.

Живлення

100 - 240 ВА, 50/60 Гц, 0.3A

Внутрішнє універсальне джерело живлення

Споживана потужність

15,68 Вт

Вентилятор

40 х 40 мм з живленням по постійному струму х 1

Робочі температури

0o-40o C

Сертифікати електромагнітної сумісності

FCC Class A

CE Class A

VCCI Class A

C-Tick

Сертифікати безпеки

CUL

D-Link DGS-1216T/GE:

Опис:

Комутатори D-Link Gigabit Ethernet наступного покоління серії Web smart є економічно ефективним рішенням для мереж малого і середнього бізнесу (SMB) і забезпечені дружнім користувачеві Web-інтерфейсом управління, що забезпечує простоту настройки. Завдяки гнучкому вибору кількості портів, серія DGS-12XXT/GE може бути використана в мережах різного масштабу. Як правило, вентилятори є основними споживачем енергії. Комутатор DGS-1216T/GE володіє інноваційним дизайном без використання вентиляторів. Даний комутатор виконаний в металевому корпусі 19” і оснащений індикаторами на передній панелі. Цей пристрій підтримує розширені функції, включаючи:

Два або чотири оптичні комбо-порти SFP

Функції мережевої безпеки

Сегментація трафіку

QOS

Гнучкість управління

Технологія Think Green

Комутатори Gigabit Ethernet D-Link серії Web smart забезпечують захист навколишнього середовища, завдяки застосуванню нової енергозберігаючої технології. Комутатори DGS-12XXT/GE з підтримкою технології Green Ethernet дозволяють захистити екосистему, скорочуючи енергоспоживання і тепловиділення і володіючи при цьому високою продуктивністю, функціональністю і вартісною ефективністю. При виключенні живлення на пристрої комутатор скорочує електроенергію, що подається на цей порт, що приводить до збереження енергії. Також можна вимкнути живлення на пристрої через Web-інтерфейс GUI при виникненні проблеми на нім.

Збереження енергії

Технологія Green Ethernet дозволяє істотно поліпшити ефективність споживання електроенергії. Для набору мікросхем комутаторів Gigabit Ethernet серії web smart нового покоління використовується техпроцес 90нм, що забезпечує замовникам розширений функціонал і дозволяє скоротити споживання енергії.

Гнучкість управління.

Комутатори Gigabit Ethernet серії web smart пропонують бізнесу, що росте, просте і ефективне рішення по управлінню мережі з використанням інтуїтивно-зрозумілої утиліти SmartConsole або Web-інтерфейсу управління, що дозволяє адміністраторам видалено управляти комутатором до рівня портів. Утиліта SmartConsole легко дозволяє замовникам виявити комутатори D-Link серії Web smart, що належать одному і тому ж сегменту мережі L2, підключеному до локального компютера користувача.

Використовуючи цю утиліту, користувачам немає необхідності змінювати IP-адресу компютера, а також забезпечується простота первинної установки комутаторів серії smart. Комутатори, що належать одному сегменту мережі L2, підключеному до персонального компютера користувача, постійно відображаються на екрані. Це дозволяє виконувати широкий набір настройок, включаючи базові конфігурації виявлених пристроїв, як, наприклад, зміна пароля і оновлення програмного забезпечення.

Характеристики:

Стандарти і функції

IEEE 802.3 10Base-T (мідний кабель на витій парі)

IEEE 802.3u 100Base-TX Fast Ethernet (мідний кабель на витій парі)

IEEE 802.3ab 1000Base-T Gigabit Ethernet (мідний кабель на витій парі)

IEEE 802.3z Gigabit Ethernet (оптика) ANSI/IEEE 802.3

Автоузгодження NWay

Управління потоком IEEE 802.3x

Кількість портів

14 портів 10/100/1000BASE-T, 2 комбо-порти 10/100/1000BASE-T/SFP *При використанні SFP відповідні порти 10/100/1000BASE-T блокуються

Швидкість передачі даних Ethernet:

10 Мбит/с (напівдуплексний режим)

20 Мбит/с (повнодуплексний режим) Fast Ethernet:

100 Мбит/с (напівдуплексний режим)

200 Мбит/с (повнодуплексний режим) Gigabit Ethernet:

2000 Мбит/с (повнодуплексний режим)

Топологія: Зірка

Мережеві кабелі

UTP Кат.5, Кат.5e (100 м макс)

EIA/TIA-568 100-Ом STP (100 м макс)

Полный/полудуплекс

Полный/полу дуплекс для швидкості

10/100 Мбит/с

Повний дуплекс для швидкості Gigabit

VLAN

Стандарт 802.1Q VLAN (VLAN Tagging)

До 256 статичних груп VLAN

Підтримка VLAN, що управляє (Management VLAN)

Підтримка Asymmetric VLAN

Якість обслуговування (QOS)

Черги пріоритетів 802.1p

До 4 черг пріоритетів на порт

QOS на основі DSCP

Підтримка двох режимів обробки черг: Strict і WRR

Безпека

Управління доступом 802.1x на основі портів

Управління широкомовним штормом: порогова величина 8 Кб, 16 Кб, 32K, 64 Кб, 128 Кб, 512 Кб, 1024 Кб, 2048 Кб, 4096 Кб в секунду

Схема мережі

Активне мережеве обладнання

Адресація

Опис:

Локальна мережа будинку побудована згідно топології розподілена зірка. Для адресації використовується адресний простір класу C (192.168.0.0/24)

Висновок

Інформаційні мережі можуть передавати голосові повідомлення, відеозображення і данні. Мережі обміну даними складаються з периферійних пристроїв, вузлів, мережевих пристроїв і носіїв. Для відображення логічної і фізичної побудови мережі використовуються топологічні схеми. Мережеві вузли можуть виконувати роль клієнта, сервера або того і іншого.

Всі процеси обміну повідомленнями мають відправника, отримувача і канал передачі даних. Обмін даними між компютерами підкоряється спеціальним правилам, так званим протоколам. Протоколи визначають особливості повідомлення, включаючи шифрування, формат, інкапсулювання даними, розмір, синхронізацію і спосіб розсилання.

Маршрутизатори з інтегрованими службами і інші мультифункціональні пристрої зєднують мережу і мережі підприємств малого бізнесу з ціллю надання сумісного доступу до ресурсів і виходу в Інтернет на декілька вузлів. Мережеві пристрої, це спрощений не дорогий пристрій, використовуємий для розгортання невеликих мереж. Пристрої такого типу, як правило, одночасно виконують функції комутатора, маршрутизатора і бездротової точки доступу.

Література

1. CISCO Networking Academy (http://www.cisco.com)

2. Коуров Л.В. Информационные технологии. Минск, "Амалфея", 2000, с.116-143

3. Інтернет (http://www.dlink.ru/ua/products/)