Практические рекомендации по проектированию и монтажу ЛВС образовательного учреждения

Министерство образования Республики Башкортостан

ГОУ СПО Белорецкий педагогический колледж

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МОНТАЖУ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

(Методическое пособие)

Автор: Кульбаев Валерий Рамазанович

преподаватель информатики БПК

Белорецк 2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Пояснительная записка.

2. Постановка проблемы.

3. Необходимые сетевые компоненты.

4. Подготовительные работы и выбор топологии сети.

5. Расчет расхода кабеля.

6. Монтаж кабельного соединения сети.

7. Настройка сетевого оборудования.

8. Настройка протокола TCP/IP.

9. Примечания.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.

Учебно-методическое пособие «Практические рекомендации по проектированию и монтажу локальной вычислительной сети образовательного учреждения» разработал преподаватель информационных технологий ГОУ СПО Белорецкий педагогический колледж Кульбаев В. Р., совместно со студентами 4б курса отделения 050202 «Информатика».

Пособие ориентировано на преподавателя информатики в школе, лаборанта кабинета информатики, студента-практиканта и студентов, обучающихся на специальности 050202 «Информатика».

Различного материала в интернете по рассматриваемой проблеме множество. Есть различные точки зрения специалистов и любителей, новичку в этом потоке информации порой бывает довольно сложно разобраться. Поэтому поводом для разработки данного пособия послужили накопленный личный опыт проектирования, монтажа и эксплуатации локальных вычислительных сетей (Local Area Network, LAN, ЛВС) колледжа. Также реальные сведения бывших студентов, действующих преподавателей информатики. О состоянии и эффективности использования сетевых технологий образовательных учреждений города, района и соседних районов РБ.

Будем считать, что основные базовые понятия, термины, применяемые в информатике и вычислительной технике читателю известны и понятны. Так как пособие носит практическую направленность, то рассматривать решение проблем будем непосредственно на примерах. Теоретический анализ многих моментов пропущен, либо приводится в краткой форме, т.к. не является основной целью данной разработки.

В настоящих условиях школа, как правило, не может иметь штатного специалиста по обслуживанию всего компьютерного парка и сетевого оборудования. В лучшем случае эти функции выполняют достаточно квалифицированный лаборант и учитель информатики. Рано или поздно наступает момент увеличения количества ПК (персональных компьютеров). Это увеличение учебных кабинетов с вычислительной техникой, организация новых рабочих мест, оснащенных ПК (секретарь, зам. директора по ВР и УВР, библиотекарь и др.). Вот тогда встает актуальный вопрос: как быстро собрать или раздать информацию на большое количество ПК, провести профилактические работы, переустановить или обновить программные средства, произвести инвентаризацию аппаратной части ПК, соединить несколько ПК и т.д. Все это сваливается на плечи учителя и лаборанта, которые не всегда имеют опыт работы с сетями или же его недостаточно для качественного решения этих проблем. Да и оплата за этот вид деятельности тоже имеет немало важный аспект.

Цель разработки данного пособия - разработать достаточно подробный системный алгоритм действий для построения собственной локальной вычислительной сети (ЛВС) без привлечения специалистов и с минимальными финансовыми затратами.

Спектр подобных вопросов рассматривается при изучении студентами базовой дисциплины «Компьютерные сети, Интернет и мультимедиа технологии» для специальности 050202 «Информатика», которая определена Государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования /образовательный уровень СПО повышенный/ по специальности 050202 «Информатика». Развивает у будущего педагога достаточно широкий взгляд на методы и технологии построения и эксплуатации сетей разных типов, вооружает его конкретными знаниями, дающими ему возможность квалифицированно преподавать курс информатики в основной школе и самостоятельно монтировать и эксплуатировать ЛВС. Поэтому данное пособие может быть использовано студентами 4-5 курсов специальности 050202 «Информатика» для самостоятельной подготовки.

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ.

Предположим, что перед нами поставлена задача своими силами построить ЛВС в образовательном учреждении. В самом начале проведем анализ того что имеем и что требуется.

Имеем:

1. два компьютерных класса по 15 ПК в каждом конфигурация примерно такая:

Процессоры: Intel Pentium-4 1700МГц, ОЗУ 256 Mb, HDD 80ГБ,
Видео адаптеры: SiS 650, 32Mb,

Сетевые платы: SiS 900-Based PCI Fast Ethernet Adapter, Мониторы SyncMaster 753DF(T)/ 783DF(T)

Установленная операционная система MS Windows XP Pro SP2

2. лаборатория кабинета информатики, где имеется 1 ноутбук:

Процессоры: Intel Pentium II/III class 1600, ОЗУ 511 Mb, HDD 80ГБ,

BIOS: AT/AT COMPATIBLE DELL - 27d5011c 01/28/05

Видео адаптеры: Intel(R) 82852/82855 GM/GME Graphics Controller, 64Mb

Сетевые платы: Intel(R) PRO/100 VE Network Connection

Intel(R) PRO/Wireless LAN 2100 3A Mini PCI Adapter

Установленная операционная система MS Windows XP HE

3. 1 ПК в кабинете этажом выше (на нем отсутствуют USB порты и CD приводы, только дисководы FDD):

Процессоры: Intel Celeron 533МГц, ОЗУ 32 Mb, HDD 40ГБ

Award Modular BIOS v6.00PG,

Стандартный монитор,

Видео адаптеры: S3 Trio32/64 PCI (732/764)

Сетевые платы:D-Link DFE-520TX PCI Fast Ethernet Adapter

Установленная операционная система MS Windows 98 SE

Здание 4-х этажное, кирпичное. Компьютерные классы расположены на втором этаже по следующей схеме:

Рис.1 условная схема расположения ПК

На третьем этаже расположен ещё 1 ПК прямо над классом №1, представить это не составляет труда.

Требуется:

1. ежедневно на всех ПК школы обновлять антивирусные базы;

2. удалять программы и файлы не учебного характера;

3. быстро размещать учебные программы на нужных или всех ПК;

4. собирать с ПК для проверки работы учащихся;

5. проводить тестирование учащихся с созданием общего реестра результатов;

6. осуществлять синхронный показ учебных материалов (в виде презентаций) на всех ПК класса;

7. печатать документы на принтере с разных ПК, в том числе и с тех на которых только FDD накопители, в наличии только 1 принтер.

Предположим, что учитель информатики не имеет практического опыта монтажа ЛВС. Итак, пойдем по порядку.

1. нужно осознать необходимость использования ЛВС.

2. определиться где будет «центр управления», скорее всего в лаборатории информатики.

3. будем ли использовать выделенный сервер /в этом случае желательно использовать отдельный компьютер с максимальной производительностью из всех, хотя для перечисленных целей это не обязательно/

Давайте посчитаем:

• Обновление антивирусной базы на одном ПК с учетом, вставить/убрать CD или Flash носитель примерно 1-2 мин, количество ПК – 32шт, получаем от 30 до 60 мин чистого времени.

• Если нужная для размещения учебная программа находится на CD/DVD в одном экземпляре, то ее нужно поочередно копировать на каждый ПК. При наличии сети с одного диска можно копировать на все сразу, либо открыть общий доступ для всех пользователей.

• Синхронный просмотр презентаций на всех ПК без сети вообще невозможен.

• При тестировании по сети результаты теста сразу записываются в сводную ведомость, которую тут же можно распечатать.

В данном случае ЛВС просто необходима! Наличие сети оптимизирует работу учителя информатики, освободит его от чисто механической работы по переносу информации с одного компьютера на другой. Повышает качество проведения урока, открывает новые возможности по обслуживанию компьютерного парка, архивации данных и многое другое.

НЕОБХОДИМЫЕ СЕТЕВЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Сетевой кабель.

Б удем использовать самый распространенный на сегодня сетевой кабель «витая пара» (Twisted Pair) 5 категории. Он бывает двух видов: UTP –неэкранированная витая пара, STP-экранированная витая пара. Почему этот тип кабеля? Во-первых, т.к. он самый распространенный, то уже имеющиеся сетевые карты предназначены для него, во-вторых, для него легко подобрать коммутаторы, хабы, в-третьих, проще монтировать и стоимость около 10 руб/м.

Состоит из 8 медных проводников, перевитых друг с другом, и плотную изоляцию из поливинилхлорида (ПВХ). Обеспечивает высокую скорость соединения - до 100 Мбит/с. Длина сегмента сети не должна превышать 100м.

Коннекторы.

С оединители RJ45 - один из разъёмов стандарта Registered Jack. Из-за внешнего сходства так часто называют использующийся в локальных вычислительных сетях (Ethernet) разъём 8P8C.

Обжимное устройство.

Предназначено снятия изоляции, обрезки и запрессовки подготовленного конца витой пары в коннектор.

Маршрутизаторы (роутеры).

В основном их применяют для объединения сетей разных типов, разных по архитектуре и протоколам, пересылке пакетов сетевого уровня между различными сегментами сети. Помогают уменьшить загрузку сети, используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

К онцентратор (Hub, Хаб)

Выполняет роль точки соединения сегментов локальной сети (центральный узел) в топологии «звезда». Концентратор просто передает пакеты от одного порта ко всем остальным (т.е. пакеты идут всем, но «чужие» отправляются обратно). Это увеличивает общий трафик. Бывают активные - подключаются к эл. сети и пассивные без электропитания. Активные хабы восстанавливают или усиливают проходящий сигнал. Пассивные – нет, они выступают только в роли разветвителей. Устарели, на смену им пришли коммутаторы.

Коммутатор (Switch)

Б олее интеллектуальное устройство, чем концентратор. Коммутатор отправляет пакет только туда кому он был адресован и соединяет только эти компьютеры, остальные каналы остаются свободными. Значит не нужно обрабатывать «чужие» данные. Это намного увеличивает производительность сети, так как уменьшает количество ненужного трафика (внешне концентраторы и коммутаторы очень похожи).

С етевые адаптеры (карты).

Ethernet-адаптер, - устройство для физической связи компьютера с другими сетевыми устройствами.

Кабельные каналы.

Используются для прокладки кабеля в помещениях, бывают разного профиля, цвета, размера. При отсутствии их кабель можно закрепить монтажными скобами, но при укладке нескольких кабелей удобнее кабельный канал.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ И ВЫБОР ТОПОЛОГИИ СЕТИ

Для работы потребуется два вида отверток, молоток, обжимное устройство, пассатижи, скобы крепления кабеля, острый нож, перфоратор или ударная дрель с набором сверл по бетону.

Теперь смотрим на компьютеры. Во многие современные материнские платы сетевые адаптеры (карты) уже встроены. Из приведенных конфигураций видим, что в компьютерных классах и на ноутбуке сетевые адаптеры уже есть (встроены в материнскую плату), на 1 ПК сет. адаптер (карта) установлен в слоты PCI. В нашем случае это не имеет никакой разницы. Данные сет. адаптеры поддерживают скорости 100Мбит/с этого вполне достаточно для реализации наших целей и задач. Установленные операционные системы нас тоже устраивают.

Для расчета необходимого количества кабеля нужно выбрать топологию сети. Каждая из них имеет свои функциональные особенности. Рассмотрим типовые топологии сетей.

ТОПОЛОГИЯ ШИНА (BUS)

Представляет собой быстрейший и про­стейший способ установки сети. Меньше оборудования и кабелей, чем в других топологиях, и ее легче настраивать. (временные сети. не более 10 ПК).

Неполадки станции или другого компонента сети трудно изоли­ровать. Неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети. При обрыве общей шины часть клиентов остаются без связи. (не рекомендуется)

ТОПОЛОГИЯ «ЯЧЕЙКА» (MESH)

Очень надежный вид соединения (всегда есть обходной путь), но требует на каждом ПК по 2-3 сет. адаптера, дополнительные расходы на сет. адаптеры, кабель, коннекторы, сложность настройки. (рекомендуется для передачи важных данных)

ТОПОЛОГИЯ «КОЛЬЦО» (RING)

Д остаточно надежный вид соединения, но требуются дополнительные затраты на кабель, сетевые карты. Топология физического кольца имеет несколько недостат­ков. Неполадки одной стан­ции могут привести к отказу всей сети. Обслуживать кольцо трудно, особенно в больших сетях. При необходимости настройки и переконфигурации любой части сети временно отключатся вся сеть. (не рекомендуется)

ТОПОЛОГИЯ «ЗВЕЗДА» (STAR)

В се ПК в сети соедине­ны друг с другом с помощью центрального концентратора (лучше коммутатором). Такие сети лучше масштабируются. Неполадки од­ной станции не выведут из строя всю сеть, проще находить обрывы кабеля и прочие неисправности. Наличие центрального концентратора в топологии «звезда» облегчает добавление нового компьютера и реконфигурацию сети. Однако этот тип конфигурации требует больше кабеля, чем боль­шинство других сетей, но это оправдано простотой монтажа и обслуживания. (рекомендуется для использования в общеобразовательных учреждениях)

Существуют другие более сложные конфигурации сетей – комбинированные или гибридные, из-за нерациональности их применения в нашем случае рассматривать их не будем.

Предлагаю использовать топологию «Звезда», т.к. важно чтобы сеть функционировала даже если в ней всего несколько работоспособных ПК. Была возможность расширения сети в перспективе, быстрое определение неисправной машины или кабеля.

Придется приобрести концентратор или коммутатор (хаб, свитч), лучше коммутатор. Желательно чтобы ваши сетевые карты поддерживали скорость 100Мбит/с (из приведенного примера конфигураций ПК у вас именно они). В такой сети все ПК равноправны (одноранговая сеть), но один из ПК можно считать главным (лаборант), где будут храниться файлы, документы и т.д. Доступ всем остальным клиентам можно открывать и запрещать. Можно организовать подключение сетевых дисков для клиентов. Сама папка сетевого диска будет находиться на «главной» машине, а клиенты будут подключаться автоматически при запуске их операционной системы.

Коммутаторы и концентраторы могут иметь 5, 8, 16, 24, 32 свободных портов. Скорее всего «главная машина» будет стоять в лаборатории. Теперь подумаем где поставить центральную точку (коммутатор). Не забудьте, что должна быть заземленная розетка для подключения к эл. сети 220В.

Коммутатор должен иметь столько же свободных портов сколько ПК планируется подключить. Желательно иметь несколько резервных портов для возможности расширения сети. В нашем случае все 32 машины можно подключить к 32-портовому коммутатору. В этом случае в лабораторию придется протянуть через отверстия в стенах пучок кабелей, длина каждого кабеля будет больше и у вас не будет возможности расширять сеть, а такое вполне возможно без дополнительных затрат на приобретение еще одного коммутатора. Есть повод рассмотреть ситуацию использования 2-х коммутаторов в учебных кабинетах по 16 портов каждый или 16 и 24 порта. В каб. №1 ставим 24 портовый коммутатор, подключаем к нему 15 учебных ПК, ноутбук лаборатории и 1 ПК с верхнего этажа (17 портов уже занято). В каб. №2 ставим 16 портовый коммутатор, подключаем 15 учебных ПК, последний оставшийся порт соединяем со свободным портом 24 портового коммутатора. Тогда экономим на кабеле, проще протянуть один кабель через несколько перегородок, имеем свободные порты для расширения сети.

РАСЧЕТ РАСХОДА КАБЕЛЯ

Размещать коммутатор желательно так, чтобы он был в центре сети. Хотя такое не всегда возможно. Это минимизирует расход кабеля от каждой машины до него. Длина сегмента сети (кабеля) для надежной работы не должна превышать 100м.

Вычисляем длину всех сегментов сети от ПК до коммутатора, от коммутатора до другого коммутатора, если их несколько. Рекомендуется брать запас длины 10-15% от общей длины. Кабель «витая пара» продается метражом и в бухтах по 300 – 305 м. Сразу можно приобрести коннекторы RJ45, их количество: по 2 на каждый сегмент (при монтаже иногда ломаются, возьмите запас). Монтажные скобы забиваются примерно через 50см. Кабельный канал можно приобрести чуть позже, когда кабель предварительно проложен с учетом всех «изгибов» помещения.

МОНТАЖ КАБЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ СЕТИ

Приступим к работе! Устанавливаем коммутатор в удобном для нас месте, его можно закрепит на стену, стол.

1. Протягиваем кабель от ПК до коммутатора, фиксируем все изгибы, оставляем запас, чтобы кабель не натягивался, и была возможность немного передвигать системный блок.

2. Отрезаем. (Семь раз отмерь – один отрежь!) Перед тем как обжимать кабель (напрессовывать коннекторы) убедитесь, не надо ли протягивать кабель через отверстия в стене (когда обожмем, может не пролезть).

3. Обжимным устройством снимаем внешнюю изоляцию кабеля на 10мм (изоляцию с тонких проводников снимать не нужно), расплетаем витые пары и раскладываем по схеме:

Б ывает прямой и обратный (кросс) вариант обжима, т.е. кабель «компьютер-Хаб» не подойдет для соединения «компьютер-компьютер» или «Хаб-Хаб» и наоборот. Данные передаются по 4 жилам: оранжевый-бело-оранжевый, зеленый-бело-зеленый. Остальные в нашем случае не участвуют.

4. Вставляем разложенные пары в коннектор до упора, неровные концы пар нужно выровнять. Коннектор с кабелем вставляется в обжимное устройство, с усилием сжимаем.

О дин конец кабеля готов. Далее действуем аналогичным способом.

5. Обжатые кабели вставляем в соответствующие порты сетевой карты и коммутатора. Лучше сначала разобраться с подключением одного ПК к коммутатору (Хабу). Включаем коммутатор и ПК. Если все сделали правильно, то на карте и коммутаторе появится световая индикация подключения даже при отсутствии настроек на ПК (может быть мигающей). В случае отсутствия индикации проверьте правильность раскладки жил в коннекторе.

НАСТРОЙКА СЕТЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Теперь остается настроить сетевое оборудование. Коммутаторы не настраиваются и не требуют установки драйверов. Проверьте, отображается ли ваша сетевая карта:

панель управления – система – оборудование - диспетчер устройств.

Если нет, то установите драйвер сетевой карты (аналогично установке драйверов для других устройств).

Настраиваем подключение по локальной сети.

В панели управления заходим:

1 . Сетевые подключения – Мастер установки сети – далее

2 .

3.

4 .

5.

6.

7 .

8.

9.

1 0.

11.

По завершении процесса настройки сети перезагрузите компьютер. После перезагрузки на рабочем столе появится значок «Сетевое окружение», в окне сетевых подключений «соединение по локальной сети», а в трее индикатор в виде 2 экранов и всплывающее сообщение о скорости соединения с коммутатором (100Мбит/с). Это говорит о том, что все выполнено верно. Следующий шаг настройка IP- адресов.

НАСТРОЙКА ПРОТОКОЛА TCP/IP

IP-адрес (англ. Internet Protocol Address) - уникальный идентификатор устройства, подключённого к локальной сети и (или) интернету. Форма представления IP-адреса xxx.xxx.xxx.xxx IP-адреса могут быть фиксированными (статическими) и динамическими, если он назначается автоматически при подключении устройства к сети до завершения сеанса подключения. Выбираем статические.

Пример IP-адреса: 192.168.1.170 подчеркнутая часть называется префиксом сети или номер сети. Оставшиеся 3 цифры – это номер хоста или узла, т.е. компьютера в сети. Наша сеть будет принадлежать классу C – это сети, в которых может быть до 254 узлов (компьютеров). Значит, каждому ПК присваиваем уникальный IP-адрес. IP-адреса могут лежать в диапазоне от 192.168.1.2 до 192.168.1.254

Э тому классу сетей соответствует сетевая маска 255.255.255.0, если локальную сеть не планируется подключать к Интернету, шлюз и DNS прописывать не нужно. Как прописать IP-адрес?

Настройка IP адресов проводится на каждом ПК. Заходим в «сетевые подключения» в свойства «подключения по локальной сети», открываем свойства «Протокола Интернета (TCP/IP)»

В открывшемся окне выбираем «использовать следующий IP адрес» в соответствующих строках записываем IP-адрес и маску подсети.

П роделав такую большую работу можно приступить к тестированию ЛВС. Для этого на нескольких машина открываем общий доступ к папкам или дискам. Свойства папки – доступ – открыть общий доступ к этой папке.

Доступ к удаленному ресурсу: значок «Сетевое окружение» на рабочем столе или в проводнике. В открывшемся окне справа выбираем раздел «Отобразить компьютеры рабочей группы» Далее все интуитивно понятно. Попытайтесь скопировать в удаленную папку или из нее объекты.

ПРИМЕЧАНИЯ.

1. Рабочих групп может быть несколько, например INFORM и INFORM1, но номер сети у них должен быть одинаковым 192.168.1. xxx, маска подсети одинакова для всех.

2. Значки компьютеров рабочей группы могут отобразиться не сразу, требуется время в пределах минуты для регистрации ПК в сети.

3. Изменить параметры настроек сети можно в свойствах значка «Мой компьютер». Мой компьютер – Свойства – Имя компьютера – Изменить …

4. После изменений названия рабочей группы или IP-адреса требуется перезагрузка.

5. В Windows 98 в системном трее 2 экрана не отображаются.

6. В качестве средств работы в сети можно порекомендовать стандартный NetMeeting, средство удаленного администрирования Radmin, графического отображения конфигурации сети, проведения контроля ЛВС и инвентаризации Friendly Pinger v5.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. А.В. Кузин, В.М. Демин «Компьютерные сети», учебное пособие, Форум-Инфа-М, М., 2005

2. Архитектура компьютерных систем и сетей. Под. Ред. Проф. В.И.Лойко, «Финансы и статистика», М., 2003

3. http://www.nag.ru/ - Сайт о домашних сетях Екатеринбурга

4. http://www.homenetworks.ru/ - Всероссийский сайт, посвященный домашним ЛВС

5. http://www.hub.ru- Один из крупнейших сайтов, посвященный теме прокладки и эксплуатации домашних ЛВС.