1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛОКАЛЬНИХ МЕРЕЖ
1.1. Огляд існуючих принципів побудови мережі
З самого початку створення комп’ютерних мереж все обладнання розташовувалося за певними правилами і це розташування називалося топологіями. На даний час існує багато топологій мереж з яких найбільш поширені зіркова, шинна, кільцева, деревовидна. Безпровідне з’єднання пристроїв в мережі не належить до жодних топологій зазначених вище, оскільки не має фізичного під’єднання між комп’ютерами, тому можна назвати її безпровідною топологією.
Зіркова топологія (рисунок 1.1) – концепція топології мереж у вигляді зірки прийшла з області великих ЕОМ, в якій головна машина отримує і обробляє всю інформацію з периферійних пристроїв як активний вузол опрацювання даних. Вся інформація між двома периферійними робочими місцями проходить через центральний вузол мережі.
Пропускна здатність мережі визначається потужністю вузла і гарантується для кожної робочої станції. Колізії (накладання) даних не виникає. Кабельне з’єднання досить просте, так як кожна робоча станція зв’язана з вузлом.

Рисунок 1.1 – Зіркова топологія
Затрати на прокладку кабеля великі, особливо якщо вузол географічно не розташований в центрі мережі. При розширені мережі не можуть бути використані раніше використовувані кабель з’єднання: до нового робочого місця необхідно прокладати новий маршрут від центру.
Топологія у вигляді зірки є найбільш швидкою зі всіх існуючих, оскільки передача даних відбувається лише через центральний вузол по окремих лініях. Частота запитів передачі інформації від однієї станції до іншої невелика порівняно з іншими топологіями. Продуктивність мережі залежить від потужності центрального файлового сервера. У випадку виходу з ладу центрального вузла порушується робота всієї мережі. В топології реалізується оптимальний захист інформації – керування сіткою відбувається з середини.
В кільцевій топології всі робочі станції з’єднані по колу (рисунок 1.2), тобто робоча станція 1, робоча станція 2, робоча станція 3, та д. Остання робоча станція зв’язана з першою. Комунікаційний зв’язок замикається по кільцю. Прокладка кабелів від одної станції до іншої може бути досить складною і дорогою, особливо якщо географічно робочі станції розташовані далеко від кільця (наприклад у лінію).
Повідомлення циркулюють регулярно по кругу. Робоча станція посилає по визначеному кінцевому адресу інформацію, попередньо получивши з кільця запит. Пересилка повідомлень є дуже ефективною, тому що більшість повідомлень можна відправляти один за одним. Дуже просто можна зробити запит на усі станції. Час передачі даних збільшується пропорційно до збільшення кількості робочих станцій у мережі.

Рисунок 1.2 – Кільцева топологія
Основна проблема при кільцевій топології полягає в тім, що кожна робоча станція повинна активно брати участь в пересилці даних і у випадку виходу однієї з них паралізується робота усієї мережі. Несправності в кабелях локалізуються досить легко. Підключення нової робочої станції потребує відключення всієї мережі. Заборони на протяжність сітки немає тому що весь розмір зводиться до відстані між робочими станціями.
Спеціальною формою кільцевої топології являється логічна кільцева топологія. Фізично вона складається як з’єднання зіркових топологій. Окремі зірки включаються за допомогою концентраторів. В залежності від числа підключених робочих станцій використовуються пасивні або активні концентратори. Активні концентратори містять підсилювач для підключення до 4-16 робочих станцій. Пасивний концентратор являється лише розподілювачем максимум на 3 станції. Кожній робочій станції присвоюється спеціальний номер. При виході з ладу однієї зірке решта продовжує функціонувати.
При шинній топології середовище передачі даних представляється в формі комунікаційного шляху, доступного для всіх робочих станцій, до якого всі вони повинні бути підключені (рисунок 1.3). Всі робочі станції можуть безпосередньо вступати в контакт з будь якою станцією в мережі.
Робочі станції в будь який час, без переривання роботи всієї мережі можуть бути підключені або відключені від неї. В стандартній ситуації для шинної топології часто використовують тонкий кабель або Cheapernet- кабель. Виключення, або включення до такої топології потребує розриву шини, що призводить до порушення руху інформації і зависання системи. Нові технології передбачають включення робочої станції до мережі через штепсельні коробки. Завдяки тому, що до мережі можна підключитися в будь-який момент часу вона ненадійна в питанні безпеки.

Рисунок 1.3 – Шинна топологія
В локальних системах з прямою (не модульованою) передачею даних завжди може передавати інформацію лише одна машина. Для уникнення колізій використовується тимчасовий метод розподілення, при якому кожній робочій станції надається дозвіл на передачу у певний конкретний час. Тому чим більше робочих станцій тим менша пропускна здатність. Робочі станції приєднуються до шини за допомогою пристрою TAP (Terminal Access Point – точка підключення термінала). ТАР представляє собою спеціальний тип під’єднання до коаксіального кабеля. Зонд голчастої форми впихається через зовнішню оболонку зовнішнього провідника і шар діелектрика до внутрішнього провідника і приєднується до нього. Характеристики трьох основних топологій наведені у таблиці 1.1.
Деревовидна топологія утворюється на основі комбінацій вищезгаданих структур (рисунок 1.4). Основа деревовидної топології утворюється в точці (корінь), де зберігаються комунікаційні лінії. Вона використовується там, де неможливе використання базових структур в чистому вигляді. Для підключення великої кількості робочих станцій використовуються активні концентратори.
Таблиця 1.1 – Характеристика топологій
Характеристики
Топологія


Зірка
Кільце
Шина

Вартість розширення
Невелика
Середня
Середня

Приєднання абонентів
Пасивне
Активне
Пасивне

Розміри системи
Будь-які
Будь-які
Обмеженні

Вартість підключення
Невисока
Невисока
Висока



Рисунок 1.4 – Деревовидна топологія
Декілька слів про використану в своєму дипломному проекті технологію Wi-Fi, що не належить до жодних топологій, зазначених вище, оскільки не має фізичного під’єднання між комп’ютерами. Щоб об’єднати комп’ютери в мережу лише потрібно мати вбудовані в комп’ютери адаптери та точку доступу, яка б виконувала функцію комутатора (pисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Технологія Wi-Fi
З моменту винайдення локальних мереж, вони постійно вдосконалювалися, розширювали свої можливості відповідно до стандартів з якими вони працюють. Це призвело до появи різних видів мереж, які відрізнялися за певними ознаками. Розглянемо деякі з них.
Ethernet – проста, надійна, дешева та ефективна, має високу швидкість передавання даних і завдяки цьому стала найпоширенішою. В деяких розробках починають інтегрувати в материнську плату адаптери Ethernet. Перший лабораторний варіант Ethernet розробила фірма Xerox в 1975р. Перші версії призначені для коаксіального кабеля Сьогодні ця мережа схарактеризована в стандартах 802.3 та 82, які також можуть використовувати виту пару та оптоволокно. Існує кілька типів кабельних з’єднань, їх маркують так: NNN Base-XX
Перші цифри характеризують швидкість передавання, Мбіт/с, символи ХХ – максимальну довжину сегмента в сотнях метрів або середовище передавання, Base – пряма немодульована передача. Мережа Ethernet звичайно складається з кількох шинних сегментів, сполучених задопомогою концентраторів (hub).
Мережа Ethernet стала основою для створення нових швидкісних мереж, таких як Fast Ethernet та Gigabit Ethernet. В Fast Ethernet для сполучення використовується виту пару різних категорій або оптоволокно та концентратори. Коаксіальні кабелі не підтримуються. Відстань між концентраторами не повинна перевищувати 100 м. До мережі можна приєднати необмежену кількість сегментів. Максимальна відстань між двома станціями в мережі – 210 м. Між робочими станціями не може бути більше двох повторювачів. Властивості мережі залежать від використовуваного типу кабеля. Швидкість мережі 100 Мбіт/с. Працює зі стандартом 802.3u. У липні 1996 р. інженерна група розпочала розробку стандарту зі швидкістю 1000 Мбіт/с. Стандарт Gigabit Ethernet 802.3z затверджено у 1998 р. Може використовуватися волоконнооптичний кабель та скручена пара. Довжина сегмента для багатомодового кабеля – 500 м, для одномодового – 2000 м. Залежно від місця застосувань окремо визначені специфікації для коаксіальних кабелів та скрученої пари. В цій мережі застосовуються повнодуплексні повторювачі, мінімальну довжину пакету збільшено з 64 до 512 байт, а максимальну з 1500 до 9000 байт.
Token Ring – мережа кільцевої топології, її розробив у 60-х роках шведський інженер Олаф Содарблом. Запатентована у 1981р.Сьогодні існує два варіанти цієї мережі – зі швидкостями передавання 4, 16 та 100 Мбіт/с. Розробляється варіант і на 1000 Мбіт/с. Власником та розробником мережі Token Ring є фірма IBM. Порівняно з мережею Ethernet Token Ring посідає друге місце за використанням. Мережа Token Ring значно складніша ніж Ethernet, як технічно так і алгоритмами та процедурами функціонування. Адаптери Token Ring у три-пять разів дорожчі ніж адаптери Ethernet. Водночас вона і має переваги, зокрема ефективніше працює при великих навантаженнях (у цьому випадку Ethernet використовує до 30-40% від номінальної пропускної здатності, а Token Ring – 90%).
У мережі Token Ring реалізований маркерний метод доступу. Маркер – трибайтовий кадр , що циркулює кільцем. Станція, що одержала цей кадр усуває його з мережі і передає свої інформаційний кадр, який робить повне коло і повертається до станції яка його передавала. Ця станція усуває інформаційний кадр з мережі і передає маркер.
У даній мережі розрізняють регулярні та нерегулярні помилки. Нерегулярна помилка – нестійка помилка, яка тимчасово порушує роботу кільця. Якщо станція виявляє появу регулярних помилок, станція повторює передавання даних, якщо після 8 повторювань помилка не зникає, то кадр тимчасово вилучається з мережі і проводить тестування. Якщо підчас тестування виявлено помилки то кадр ліквідується. Мережа переходить у нормальний режим роботи.
ArcNet – маркерна локальна мережа зіркової або шинної топології, розроблена фірмою Datapoint, ще на початку 70-х років. У ній використано маркерний метод доступу з формуванням логічного кільця та передаванням спеціального кадру маркера, який дає дозвіл на передавання. Специфікація мережі ArcNet описує не тільки метод доступу, але й електричні характеристики мережі. Швидкість передавання інформації досягає 2.5 Мбіт/с. Довжина кадру становить 508 байт.
У мережі ArcNet визначено дві топології: розподілена зірка та шина. Найпоширенішою топологією є зіркова. Робочі станції в такій мережі приєднані до концентраторів, які можуть бути активними або пасивними. Активні концентратори підсилюють сигнал, мають зовнішнє живлення. До них можна приєднати до восьми станцій на відстані до 600 м. Пасивний концентратор тільки розгалужує сигнали. До нього можна приєднати лише чотири станції на відстань 30 м.
Вартість адаптерів мережі ArcNet залежить від топології мережі. Адаптери зіркової топології значно дешевші, ніж адаптери Ethernet і втричі дешевші ніж адаптери Token Ring. Мережа ArcNet не тільки найдешевша, але і має найгнучкішу та найпростішу у використанні технологію. Недоліком можна вважати байторієнтований механізм взаємодії вузлів (спочатку запитується можливість передавання. Якщо приймач погоджується, відбувається передавання. Кожне передавання окремо підтверджується). Однак незважаючи на появу мережі ArcNet Plus зі швидкістю передавання 20 Мбіт/с, збільшення максимального розміру кадру з 516 до 4224 байтів, її поступово витісняє мережа Ethernet.
Стандарт локальних мереж FDDI (Fiber Distributed Data Interfase) належить до перспективних вирішень, що їх підтримують головні виробники компютерної техніки. З погляду топології мережа FDDI є подвійним волоконнооптичним кільцем (друге кільце резервне) [2]. Швидкість передавання інформації у ній становить 100 Мбіт/с. Кожне кільце має довжину до 200 км. Окремі вузли мережі не можуть перебувати один від одного на відстані 2.5 км. Максимальна кількість станцій мережі – 1000. Мережі стандарту FDDI розглядають як перехідні між ЛМ та міськими мережами. Головним середовищем передавання FDDI є волоконно-оптичні кабелі. Водночас є розробки цієїї мережі для роботи з мідним дротом. Максимальна відстань передавання – 100 м. Можна використовувати як екрановану так і не екрановану скручену пару. У мережі FDDI використано схему кодування 4В5В, яка кодує 4-бітові комбінації даних у 5-бітові комбінації світлових імпульсів. Маркер у цій мережі передається одразу після передавання кадру станції, без очікування на повернення кадру кільцем. Існують також інші види мереж, які займають мало місця на ринку інформаційних технологій і тому не буду до них звертатися.

1.2. Структуровані кабельні системи(СКС)
Структуроована кабельна система (СКС) — ієрархічна кабельна система, що включає в себе всі необхідні пасивні компоненти для створення середовища передачі інформації: телекомунікаційні кабелі, з'єднувальні патч-корди, пасивне комутаційне обладнання. Завдання: СКС є універсальним і гнучким вирішенням задачі побудови кабельної інфраструктури будівлі, причому ця інфраструктура адаптована до даної будівлі і здатна підтримувати найширший діапазон застосувань (сервісів). Застосування: СКС може використовуватись не лише в локальних мережах та телефонії, а також для передачі сигналів в системах контролю, моніторингу, управління господарськими службами будівлі (охоронна та пожежна сигналізації, системи відеоспостереження тощо). Основними стандартами на кабельне обладнання приміщень є американський ANSI/TIA/EIA-568 та міжнародний ISO/IEC 11801. Структурована кабельна система представляє свого роду «конструктор», за допомогою якого проектувальник мережі будує потрібну йому конфігурацію зі стандартних кабелів, з'єднаних стандартними роз'ємами й комутирують на стандартних кросових панелях. При необхідності конфігурацію зв'язків можна легко змінити — додати комп'ютер, сегмент, комутатор, вилучити непотрібне обладнання, а також поміняти з'єднання між комп'ютерами й концентраторами. Ця система може бути побудована на базі вже існуючих сучасних телефонних кабельних систем, у яких кабелі, що представляють собою набір звитих пар, прокладаються в кожному будинку, розводяться між поверхами, на кожному поверсі використається спеціальна кросова шафа, від якої проводи в трубах і коробах підводять до кожної кімнати й розводяться по розетках. На жаль, у нашій країні далеко не у всіх будинках телефонні лінії прокладаються скрученими парами, тому вони непридатні для створення комп'ютерних мереж, і кабельну систему в такому випадку потрібно будувати заново. Склад системи: Типова ієрархічна структура структурованої кабельної системи включає:
горизонтальні підсистеми (у межах поверху);
вертикальні підсистеми (усередині будинку);
підсистему кампуса (у межах однієї території з декількома будинками).
Горизонтальна підсистема з'єднує кросову шафу поверху з розетками користувачів.
Вертикальна підсистема з'єднує кросові шафи кожного поверху із центральною апаратною будинку. Наступним кроком ієрархії є підсистема кампуса, що з'єднує кілька будинків з головною апаратною всього кампуса. Ця частина кабельної системи звичайно називається магістраллю (backbone).Використання структурованої кабельної системи замість хаотично прокладених кабелів дає підприємству багато переваг.
Характеристики, переваги, вигоди
Універсальність. Структурована кабельна система при продуманій організації може стати єдиним середовищем для передачі комп'ютерних даних у локальній обчислювальній мережі, організації локальної телефонної мережі, передачі відеоінформації й навіть передачі сигналів від датчиків пожежної безпеки або охоронних систем. Це дозволяє автоматизувати багато процесів контролю, моніторингу й керування господарськими службами й системами життєзабезпечення підприємства.
Збільшення терміну служби. Строк морального старіння добре структурованої кабельної системи може становити 10-15 років.
Зменшення вартості додавання нових користувачів і зміни їх місць розташування. Відомо, що вартість кабельної системи значна й визначається в основному не вартістю кабелю, а вартістю робіт з його прокладки. Тому більш вигідно провести однократну роботу із прокладки кабелю, можливо, з більшим запасом по довжині, в кілька разів виконувати прокладку, нарощуючи довжину кабелю. При такому підході всі роботи з додавання або переміщення користувача зводяться до підключення комп'ютера до вже наявної розетки.
Можливість легкого розширення мережі. Структурована кабельна система є модульною, тому її легко розширювати. Наприклад, до магістралі можна додати нову підмережу, не чинячи жодного впливу на наявні підмережі. Можна замінити в окремій підмережі тип кабелю незалежно від іншої частини мережі. Структурована кабельна система є основою для розподілу мережі на легко керовані логічні сегменти, тому що вона сама вже розділена на фізичні сегменти.
Забезпечення ефективнішого обслуговування. Структурована кабельна система полегшує обслуговування й пошук несправностей у порівнянні із шинною кабельною системою. При шинній організації кабельної системи відмова одного із пристроїв або сполучних елементів приводить до важкої локалізації відмови всієї мережі. У структурованих кабельних системах відмова одного сегмента не діє на інші, тому що об'єднання сегментів здійснюється за допомогою концентраторів. Концентратори діагностують і локалізують несправну ділянку.
Надійність. Структурована кабельна система має підвищену надійність, оскільки виробник такої системи гарантує не тільки якість її окремих компонентів, але і їхню сумісність.
1.3. Безпровідні локальні мережі

На сьогоднішній день відома усьому загалу мережа своїми функціональними можливостями, яку ще називають різновидом Ethernet мережі, оскільки дуже схожа функціонально та відрізняється лише типом з`єднання – безпровідним – це Wi-Fi мережа. Відносно інших стандартів вона з’явилася недавно і організована за стандартом ІЕЕЕ-802.11, але швидко набирає обертів по розповсюдженню в усьому світі, причин тому є багато – це і висока швидкість захоплення інформаційними технологіями всіх галузей діяльності людини та й бажання пришвидшити роботу свого підприємства. Одними з найбільших переваг Wi-Fi безпровідних локальних мереж є такі:
– мобільність. Тепер будь-який співробітник, може спокійно переміщатися з одного робочого місця на інше. Тепер відсутня необхідність перепланування СКС при додаванні незапланованих раніше робочих місць. Тепер з'явилася можливість спокійно обмінюватися даними навіть в тих кімнатах, де немає СКС, наприклад, в кімнаті для переговорів. Тепер немає необхідності прив'язувати мережевий принтер дротяної розетки, його можна поставити де завгодно. Безпроводні мережеві технології відкривають справді немислимі раніше мобільні можливості як для пристроїв так для і співробітників;
– гнучкість розширення. Як би ви не планували структуру СКС, завжди наступить момент, коли у зв'язку з розширенням вам буде необхідно додати нові робочі місця чи ж перемістити старі. Єдиний вихід з цієї ситуації це установка додаткового мережевого устаткування в незапланованому місці: більше дротів, більше колізій, більше незручності. Безпроводні мережеві рішення дозволять уникнути всіх цих проблем. Вам досить лише встановити додаткову точку доступу, і набудувати її захист - і все. Безпроводні мережеві рішення дозволяють уникнути безлічі проблем і головних болів при плануванні СКС, розширенні і неминучому переїзді в нову, більшу офісну будівлю;
– безпечність. При застосуванні безпроводних мережевих рішень трафік може бути перехоплений ким завгодно. І теоретично розшифрований. Проте застосування можливостей шифрування, організації демілітаризованих зон і віртуальних приватних мереж роблять проникнення практично не можливим. Одне лише те, що стандарт шифрування WPA2 не зламаний дотепер, говорить про багато що. Детальніше про безпеку безпроводних мереж можна прочитати тут;
– роумінг. Застосування роумінга дає можливість спокійно переміщатися по всій зоні покриття безпроводної мережі. Відсутня необхідність прив'язуватися тільки до однієї точки доступу. Ваші працівники можуть узяти свій ноутбук і спокійної читати новини чи ж спілкуватися де завгодно, наприклад в кафетерії. Застосування роумінга в безпроводних мережах дуже схожий із застосуванням роумінга в стільниковому зв'язку. Перехід з однієї стільники в іншу робиться практично миттєво, непомітно і прозоро для кінцевого користувача; 
– об'єднання дротяних і безпровідних мереж. Якщо у вас вже є СКС то немає необхідності змінювати її. З мінімальними витратами можна провести об'єднання дротяних і безпровідних мереж. Наприклад, при розширенні офісних площ Вам немає необхідності проводити туди СКС, чи ж змінювати структуру, що є там. Вам досить встановити там необхідну кількість точок доступу і підключити їх до вже наявної локальної мережі.
На даний момент існує чотири основні стандарти Wi-Fi – це 802.11a, 802.11b, 802.11g і 802.11i. З них в Україні використовуються два: 802.11b і 802.11g. В 2006 році в Росії повинен з'явитися і 802.11i. До 2007 року планується почати впровадження ще одного стандарту – 802.11n. Розглянемо коротко про кожну з них:
а) 802.11b. Це перший бездротовий стандарт що з'явився в країнах СНД і вживаний повсюдно дотепер. Швидкість передачі досить невисока, а безпека знаходитися на досить низькому рівні. При бажанні зловмиснику потрібно менше години для розшифровки ключа мережі і проникнення у вашу локальну мережу. Для захисту використовується протокол WEP, який охарактеризував себе не з кращого боку і був зламаний кілька років тому. Ми рекомендуємо не застосовувати даний стандарт не вдома ні тим більше в корпоративних обчислювальних мережах. Виняток може становити ті випадки, коли устаткування не підтримує інший, захищеніший стандарт. Його характеристики:
1) швидкість: 11 Mbps;2) радіус дії: 50 м;3) протоколи забезпечення безпеки: WEP;4) рівень безпеки: низький.
б) 802.11g. Це більш просунутий стандарт, що прийшов на зміну 802.11b. Була збільшена швидкість передачі даних майже в 5 разів, і тепер вона складає 54 Mbps. При використанні устаткування, що підтримує технології superG* або True MIMO* межа максимально досяжної швидкості складає 125 Mpbs. Зріс і рівень захисту: при дотриманні всіх необхідних умов при правильній настройці, його можна оцінити як високий. Даний стандарт сумісний з новими протоколами шифрування WPA і WPA2*. Вони надають вищий рівень захисту, ніж WEP. Про випадки злому протоколу WPA2* поки не відомо. Його характеристики:
1) підтримується не всім устаткуванням;
2) 54 Mbps, до 125 Mbps;3) радіус дії: 50 м;4) протоколи забезпечення безпеки: WEP, WPA,WPA2;5) рівень безпеки: високий.
в) 802.11i. Це новий стандарт, впровадження якого тільки починається. В даному випадку безпосередньо в сам стандарт вбудована підтримка найсучасніших технологій, таких як True MIMO і WPA2. Тому необхідність ретельнішого вибору устаткування відпадає. Планується, що це стандарт прийде на зміну 802.11g і зведе нанівець всі спроби злому. Його характеристики:
1) швидкість: 125 Mbps;2) радіус дії: 50 м;3) протоколи забезпечення безпеки: WEP, WPA WPA2;4) рівень безпеки: високий.
г) 802.11n. Майбутній стандарт, розробки якого ведуться в даний момент. Цей стандарт повинен забезпечити великі відстані обхвату проводних мереж і вищу швидкість, аж до 540 Мбіт/сек. Його характеристики:
1) швидкість: 540 Mbps;2) радіус дії: 450 м;3) протоколи забезпечення безпеки: WEP, WPA WPA2;4) рівень безпеки: високий.
Виходячи з цих характеристик можна зробити висновок, що Wi-Fi мережі дійсно швидко входять в наше життя, порівнюючи, як швидко розвинулась ця технологія за короткий час її існування.