Эволюция локально-вычислительных сетей. Создание ЛВС на базе учебного заведения



In this paper we consider the problem of creating a local network on the basis of the educational institution. This issue is extremely relevant in the age of universal computerization, because personal LAN to any company to optimize all business processes. Considered in the article historical information, as well as the technical project development process, laying plans and direct LAN installation process, allow me to experience gained as an employee of IT-department of the institution, to follow the entire process of creating a LAN structure and its entry into operation.

Keywords: local area network, an educational institution, debugging, technical specification, server, twisted pair, the topology, the evolution of LAN equipment and technology, installation and testing, assembly, star, bus, ring.

С развитием техники в первой половине XIX столетия, остро встал вопрос обеспечения связи между людьми на больших расстояниях. Первым человеком, который предложил решение этой проблемы, стал российский ученый Павел Львович Шиллинг. Им в 1832 году был разработан и продемонстрирован первый электромагнитный телеграф. Наравне с Шиллингом, в 1833 году стали появляться телеграфные аппараты Гаусса и Вебера, а также аппарат Самуэля Морзе, вместе с прилагавшимся к нему оригинальным кодом передачи информации по средствам коротких и длинных сигналов (точек и тире) ^[1].

В 1858 году была создана первая трансатлантическая телеграфная сеть. Позже проложен телеграфный кабель в Африку, что позволило к 1870 году создать канал связи «Лондон — Бомбей».

Также остро в середине XIX столетия встал вопрос о передачи иного вида информации, а именно — звуковой. Первым идею телефонирования предложил французский инженер-механик Шарль Бурсель. В своей диссертации 1854 года он в подробностях изложил принцип передачи звукового сигнала, но практического применения для его идей не нашлось ^[2].

В июне 1876 года на Всемирной электротехнической выставке другой ученый и изобретатель шотландского происхождения Александр Белл продемонстрировал свой прибор передачи звукового сигнала, который он назвал «гармонический телеграф» ^[3].

Первая телефонная станция была возведена в 1877 году в США. К 1879 году подобные станции были построены в Париже, Риге, Петербурге, Москве, Одессе и Варшаве. Несмотря на низкое качество связи, именно этот период с 1850–1880 г.г. знаменует начало развития сетей передачи данных.

В самом начале истории появления электро-вычислительной техники, компьютерное оборудование не имело современных мощностей, и было способно обрабатывать лишь относительно небольшие объемы данных. Для размещения подобных машин, зачастую, требовались огромные площади и большой штат обслуживающего персонала.

Эволюция компьютеров привела к тому, что большая комплексная машина стала необходимостью в каждом доме и офисе ^[4].

С появлением многотерминальных систем в середине ХХ столетия, появилась возможность подключения к одной ЭВМ ряда терминалов, это не решило проблем медленной обработки данных, зато ввод и вывод потока данных стал распределенным. Именно подключение терминалов к ЭВМ и стало прообразом будущих вычислительных сетей.

Первая полноценная вычислительная сеть была создана по заказу министерства обороны США в 1969 году. Идеей проекта была разработка надежной системы передачи информации. Работы велись в 4-х исследовательских учреждениях: Калифорнийском университете Лос-Анджелеса, Стэндфордском исследовательском центре, Университете штата Юта и Университете штата Калифорния в Санта-Барбаре. Выглядела она так: два терминала, один из которых находился в Калифорнии, а другой в более чем шестистах километров от него — в Стэнфорде. Первое испытание разработанной сети произошло 29 октября 1969 года. Сеть была названа ARPANET, и объединила в себе 4 вышеуказанных исследовательских учреждения ^[5].

В начале 70-х годов ХХ века появились первые Большие интегральные системы, а следом за ними мини-компьютеры. Появилась необходимость разработки специального программного обеспечения, прокладки кабелей для связи между устройствами. Так зарождались первые локально-вычислительные сети.

Небольшие компьютерные сети, работающие в пределах одного помещения, одного предприятия, называются локальными сетями (ЛС). Обычно компьютеры одной локальной сети удалены друг от друга на расстояние не более одного километра.

Локальная сеть дает возможность пользователям не только быстрее обмениваться данными друг с другом, но и более эффективно использовать ресурсы объединенных в сеть компьютеров. Такими ресурсами могут быть дисковая память, устройство печати, сканер и другие технические средства, а также программное обеспечение и любая информация в файлах.

Любая локально-вычислительная сеть имеет свою определенную архитектуру, или так называемую топологию. На протяжении всей истории локально вычислительных сетей существовал ряд таких архитектур. Рассмотрим самые популярные из них.

1. Топология «Шина»

Данная топология предусматривает использование одного кабеля, к которому подключены все машины разворачиваемой сети. Каждый из подключенных компьютеров просматривает отправленный пакет с данными, на предмет адресата. Если пакет адресован ей, то данный пакет обрабатывается машиной.

Для предотвращения одновременной отправки данных в сетях с такой топологией применяется либо так называемый «несущий сигнал», либо компьютер, являющийся центром управления и обработки, который следит за пересылкой и отправляет определенные сигналы всем машинам в сети с данной архитектурой.

В данной топологии допускается однообразие сетевого оборудования, а также равноправие всех абонентов ^[6].

2. Топология «Кольцо»

В сетях с подобной архитектурой рабочие станции объединены в подобие кольца. Все данные передаются в строго определенном направлении от одного компьютера к другому. В данной топологии используется так называемый «маркерный доступ», т. е. каждая станция распознает предназначенные исключительно для себя данные ^[7].

Единственным плюсом данной сетевой топологии является простота ее настройки.

3. Топология «Звезда»

Звезда — это топология локально-вычислительной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному сетевому устройству, являющемся центром управления движением пакетов с данными. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем, например, кабелем типа «витая пара».

В определенных ситуациях можно объединить вместе несколько сетей с топологией «звезда» — в результате чего, получится конфигурация сети с древовидной топологией ^[8].

Топология «звезда» на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

– неисправности в работе одной рабочей станции в сети или повреждение кабеля не отражается на работоспособности сети в целом;

– гибкая масштабируемость позволяет расширять сеть подключая новые рабочие станции, просто проложив к коммутатору еще один кабель;

– простота выявления неисправностей и обрывов в сети;

– высокая производительность;

– простота настройки и администрирования;

Исходя из представленной выше информации, хотелось бы рассмотреть проблему создания локальной сети в учебном заведении, так как эта проблема крайне актуальна в современном мире. Решение данной проблемы позволит создать надежный канал связи между административными отделами учебного заведения, а также упростить учебный процесс.

Еще 5 лет назад в одном из учебных заведений нашего города был разрозненный набор компьютерного оборудования. В таблице ниже представлены данные по компьютерной технике на период 2011–2012 уч. года:

Таблица 1

Соотношение кабинетов кед. техники по данным на 2011–2012 уч. год

Кабинет	Кол-во техники
Кабинет директора	1 шт.
Приемная директора	1 шт.
Библиотека	1 шт.
Кабинет социального педагога	2 шт.
Учителя	8 шт.
Компьютерные классы	13 шт.
ИТОГО	26 шт.

К 2014 уч. году парк компьютерной техники был расширен. В таблице ниже представлены данные за указанный промежуток времени:

Таблица 2

Соотношение кабинетов кед. техники сучетом данных 2011–2012 уч. года на период 2014–2015 уч. года

Кабинет	Кол-во техники
Кабинет директора	1 шт.
Приемная директора	1 шт.
Библиотека	1 шт.
Кабинет социального педагога	2 шт.
Кабинеты начальных классов	12 шт.
Компьютерные классы	20 шт.
Предметные кабинеты	22 шт.
Медиа-центр	5 шт.
ИТОГО	64 шт.

В связи с расширением парка остро встала проблема объединения всего имеющегося компьютерного оборудования в полноценную локальную сеть. Мной были проведены расчеты стоимости прокладки, и было разработано техническое задание. В данной статье будет рассмотрена и то, и другое, а также схема получившейся ЛВС на одном из этажей учебного заведения, где находиться самое большое кол-во компьютерного оборудования.

Вначале был разработан план действий для осуществления поставленной задачи. В него вошли:

– Разработка технического задания.

– Проектирование ЛВС.

– Монтажные работы.

– Настройка ЛВС.

– Тестирование ЛВС.

– Сдача ЛВС в эксплуатацию.

Для организации любой локальной сети необходим определенный (специально подобранный) набор сетевого оборудования. В первую очередь это провода типа «витая пара», коммутатор (он же свитч), специальные коннекторы и конечно наличие сервера.

Составленное мной техническое задание включило в себя расчет необходимых для прокладки сети ресурсов. Согласно поставленной проблеме, будет рассмотрена прокладка сети на одном этаже учебного заведения. Ниже в таблице представлен расчет стоимости, для прокладки сети в учебном заведении на один этаж:

Таблица 3

Комплектующие сервера

Наименование	Модель	Кол-во	Цена
Материнская плата	SUPERMICRO MBD-X9SCI-LN4F-B	1 шт.	17930 руб.
Процессор	Intel Xeon E3–1245V2 Quad-Core	1 шт.	22320 руб.
Система охлаждения	Радиатор SuperMicro SNK-P0036A4 2U Active Soc-1366	1 шт.	1844 руб.
ОЗУ	DDR3 4Gb 1333MHz Kingston (KVR1333D3E9S/4G) RTL ECC	4 шт.	7640 руб.
Жесткий диск	Seagate Original SAS 2Tb ST2000NM0023 Constellation ES.3 (7200rpm) 128Mb 3.5”	2 шт.	21080 руб.
Блок питания	Dell PowerEdge R410/R415 500W	1 шт.	10400 руб.
Корпус	SuperMicro CSE-732I-500B	1 шт.	11868 руб.
Оптический привод	HP Hh SATA DVD RW Jb Kit (624192-B21)	1 шт.	4450 руб.
ИТОГО:			97532 руб.

Таблица 4

Необходимый набор ресурсов для одного этажа учебного заведения

Изделие	Количество	Цена
Коммутатор D-Link DGS-1016D (switch) (16 портов)	5 шт.	39950 руб.
Витая пара (бухта 305 м)	2 шт.	11144 руб.
Коннектор rj-45	1 упаковки (100 шт.)	306 руб.
Маркер-клипсы	10 упаковки (100 шт.)	2400 руб.
Саморезы	3 упаковки (500 шт.)	3400 руб.
Кабель канал	150 м (20x40)	9800 руб.
	450 м (16х16)	11300 руб.
ИТОГО		78300 руб.

Согласно составленному проекту, локальная сеть должна объединять кабинеты, представленных в таблице ниже:

Таблица 5

Кабинеты на этаже учебного заведения, объединённые локальной сетью

Кабинет	Кол-во ПК
Зал 1. Кабинет системного администратора	2 шт.
Зал 2. Компьютерный класс	8 шт.
Зал 3. Компьютерный класс	7 шт.
Зал 4. Преподавательская	5 шт.
Зал 5. Учебная аудитория	1 шт.
Зал 6. Компьютерный класс	5 шт.
Зал 7. Серверная	1 шт.
ИТОГО:	29 шт.

Монтажные работы осуществляли специалисты сторонней фирмы. Согласно плану были проведены все подготовительные работы, закуплено необходимое оборудование. Монтаж проводился в несколько этапов, каждый из которых представлял собой монтаж необходимого оборудования на каждом из этажей корпуса учебного заведения. Всего монтажные работы по времени заняли порядка 4-х месяцев.

После установки и монтажа всего необходимого оборудования мной и еще двумя сотрудниками, представляющими IT-отдел данного учебного заведения, была проведена настройка. Проведено подключение по средствам кабелей витой пары, выданы IP-адреса каждому ПК.

При вводе в эксплуатацию никаких проблем не возникало, данная ЛВС исправно функционирует, что позволяет сказать, что проблема, поставленная в данной работе, в полной мере решена.

Рисунок 1. Схема локальной сети этажа учебного заведения

Компьютеры по всему миру заняли огромное значение в жизни современного человека.

Сегодня в продаже существует большое количество разнообразных компьютерных систем, разных по стоимости и по набору выполняемых ими функций ^[9].

Также, на сегодняшний день в мире около 130 миллионов компьютеров, подавляющая часть их объединена в сети. Это могут быть сети самые разные, начиная от локальных сетей офисах, и заканчивая глобальными сетями. Уже сейчас компьютерные сети представляет собой одно из основных средств коммуникации всего человечества.

Надо сказать, что такая необходимость объединения компьютеров в сети вызвана целым рядом причин, среди которых усовершенствование путей передачи сообщений, возможность обмена информацией в быстром режиме, иначе говоря, это мгновенные сообщения, а также передача и получение информации, даже не отходя от своего рабочего места.

Важным аспектом развития государства являются информационные технологии, так как они формируют новую интернет-экономику, которая основывается на знаниях, а не на расширяющемся потреблении невоспроизводимых ресурсов ^[10].

Для этих и многих других функций используются локальные сети.

Локальная вычислительная сеть — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, учебное заведение). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

В данной работе рассматривалась проблема создания ЛВС на базе среднестатистического учебного заведения. Данный вариант, рассмотренный в работе, многогранен. Данные технического задания, представленного выше, можно спроецировать как на любое другое учебное заведение, так и на фирмы-представители малого бизнеса.

Литература:

1. Виртуальный компьютерный музей. Сэмюэль Морзе — дважды изобретатель// computer-museum.ru: информ.-справочный портал. М., 2008–2016. URL: http://www.computer-museum.ru/connect/morze.htm
2. Французский инженер-телеграфист Шарль Бурсель// xbb.uz: информ.-справочный портал. М., 2005–2016. URL: http://xbb.uz/ICT/Francuzskij-inzhener-telegrafist-Sharl-Bursel
3. Изобретатель телефона Александр Грэхем Белл // http://eklekticstudio.com: информ.-справочный портал. М., 2009–2016. URL: http://eklekticstudio.com/nauka/aleksandr-grexem-bell.html
4. Поначугин А. В. Использование суперкомпьютеров для решения задач моделирования // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. 2015. № 10–1. С. 22–25.
5. Виртуальный компьютерный музей. Создание сети ARPANET // computer-museum.ru: информ.-справочный портал. М., 2008–2016. URL: http://www.computer-museum.ru/connect/arpanet.htm
6. Абилов А. В. Сети связи и системы телекоммуникаций.: Учебное пособие. — М.: Группа ИДТ, 2011 г. — 288с.
7. Бламм Э. Сеть. Как устроен и как работает интернет?: Учебное пособие. — М.: Эксмо, 2014 г. — 136 с.
8. Ватаманюк А. Б. Создание и обслуживание сетей в Windows 7: Учебное пособие. — М.: Вузовская книга, 2010 г. — 224 с.
9. Поначугин А. В. Компьютерные сети в России и становление интернет-экономики // Вестник Мининского университета. 2015. № 4 (12). С. 20.
10. Поначугин А. В. Создание и перспективы открытых аппаратно-программных систем сетевого управления технологическими процессами. В сборнике: Информационные технологии в организации единого образовательного пространства // Сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов, соискателей и специалистов. Кафедра Прикладной информатики и информационных технологий в образовании. — Нижний Новгород, 2015. С. 75–79.
11. Королев В. Г. Архитектура компьютера: Учебное пособие. — М.: КноРус, 2010 г. — 256 с.
12. Крухмалев В. В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей.: Учебное пособие. — М.: Горячая линия — Телеком, 2011 г. — 510с.
13. Кузин А. В. Компьютерные сети. Учебное пособие.: Учебное пособие. — М.: Эксмо, 2011 г. — 192с.
14. Лимончелли Т. Системное и сетевое администрирование. Практическое руководство: Учебное пособие. — М.: Эксмо, 2011 г. — 945с.
15. Ручкин В. Н., В. А. Фулин Архитектура компьютерных сетей: Учебное пособие. — М.: Диалог-МИФИ, 2011 г.. — 240 с.
16. Тенебаум Э. Архитектура компьютера: Учебное пособие. — СПб.: Питер, 2012 г. — 848 с.
17. Чекмарев Ю. В. Локально-вычислительные сети: Учебное пособие. — М.: ДМК Пресс, 2011. — 200 с.