Мережева топологія "зірка"

Міністерство освіти і науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра радіотехніки

Контрольна робота з курсу :

«Комп'ютерні мережі»

Тема: Розробка структурної схеми комп’ютерної мережі

Виконав:

Студент групи РТ-21з

Крупа В.І.

Викладач: Озірковський Л.Д.

Львів 2010

Аналіз заданої топології

Топологія «Зірка» - це топологія з явно виділеним центром, до якого підключаються всі інші абоненти. Весь обмін інформацією йде виключно через центральний комп'ютер, на який у такий спосіб лягає дуже велике навантаження, тому нічим іншим, крім мережі, воно займатися не може. Зрозуміло, що мережне обладнання центрального абонента має бути значно більше складним, ніж обладнання периферійних абонентів. Про рівноправність абонентів у цьому випадку говорити не доведеться. Як правило, саме центральний комп'ютер є самим потужним, і саме на нього покладають всі функції по управлінню обміном. Ніякі конфлікти в мережі з топологією «зірка» у принципі неможливі, тому що управління повністю централізовано, конфліктувати немає чому.

Якщо говорити про стійкість зірки до відмов комп'ютерів, то вихід з ладу периферійного комп'ютера ніяк не відбивається на функціонуванні частини мережі, яка залишилася, зате будь-яка відмова центрального комп'ютера робить мережу повністю непрацездатною. Тому повинні прийматися спеціальні заходи щодо підвищення надійності центрального комп'ютера і його мережевий апаратури. Обрив будь-якого кабелю або коротке замикання в ньому при топології «зірка» порушує обмін тільки з одним комп'ютером, а всі інші комп'ютери можуть нормально продовжувати роботу.

На відміну від шини, в зірці на кожній лінії зв'язку перебувають тільки два абоненти: центральний і один з периферійних. Частіше за все для їх з'єднання використовується дві лінії зв'язку, кожна з яких передає інформацію тільки в одному напрямку. Таким чином, на кожній лінії зв'язку є тільки один приймач і один передавач. Все це істотно спрощує мережне встановлення в порівнянні з шиною й рятує від необхідності застосування додаткових зовнішніх термінаторів. Проблема загасання сигналів у лінії зв'язку також вирішується в «зірку» простіше, ніж у «шині», адже кожен приймач завжди одержує сигнал одного рівня. Серйозний недолік топології «зірка» складається в жорсткому обмеженні кількості абонентів. Зазвичай центральний абонент може обслуговувати не більше 8-16 периферійних абонентів. Якщо в цих межах підключення нових абонентів досить просто, то при їх перевищенні воно просто неможливо. Правда, іноді в зірці передбачається можливість нарощування, тобто підключення замість одного з периферійних абонентів ще одного центрального абонента (у результаті виходить топологія з декількох з'єднаних між собою зірок).

Зірка, показана на мал. 1, зветься активною, або справжньої зірки. Існує також топологія, яка називається пасивною зіркою, що тільки зовні схожа на зірку (мал. 2). У цей час вона поширена набагато більше, ніж активна зірка. Досить сказати, що вона використовується в найпопулярнішої на сьогоднішній день мережі Ethernet.

У центрі мережі з даною топологією міститься не комп'ютер, а концентратор, або хаб (hub), що виконує ту ж функцію, що і репітер. Він відновлює сигнали, які надходять, і пересилає їх в інші лінії зв'язку. Хоча схема прокладки кабелів подібна цією або активної зірку, фактично ми маємо справу з шинної топологією, тому що інформація від кожного комп'ютера одночасно передається до всіх інших комп'ютерів, а центрального абонента не існує. Природно, пасивна зірка виходить дорожче звичайної шини, тому що в цьому випадку обов'язково потрібно ще й концентратор. Однак вона надає цілий ряд додаткових можливостей, пов'язаних з перевагами зірки. Саме тому останнім часом пасивна зірка все більше витісняє справжню зірку, яка вважається малоперспективною топологією.

Можна виділити також проміжний тип топології між активною і пасивною зіркою. У цьому випадку концентратор не тільки ретранслює сигнали, але й робить керування обміном, проте сам в обміні не бере участь.

Велика перевага зірки (як активної, так і пасивної) полягає в тому, що всі точки підключення зібрані в одному місці. Спільним недоліком для всієї топології типу «зірка» значно більше, аніж за інший топології, витрата кабелю. Наприклад, якщо комп'ютери розташовані в одну лінію, то при виборі топології «зірка» знадобиться у декілька разів більше кабелі, ніж при топології шина. Це може істотно вплинути на вартість всієї мережі в цілому.

Аналіз технології

Fibre Channel - це відкритий промисловий стандарт високошвидкісного послідовного інтерфейсу. Він забезпечує підключення серверів і сторедж-систем на відстані до 10 км (при використанні стандартного оснащення) на швидкості 100 MB / s (на виставці Cebit'2000 були представлені зразки продукції, які використовують новий стандарт Fibre Channel зі швидкостями 200 MB / s на однекільце, а в лабораторних умовах вже експлуатуються реалізації нового стандарту зі швидкостями 400 MB / s, що складає 800 MB / s при використанні подвійного кільця). (На момент публікації статті ряд виробників вже почав відвантажувати мережеві картки і свічі на FC 200 MB / s.) Fibre Channel одночасно підтримує цілий ряд стандартних протоколів (серед яких TCP / IP і SCSI-3) при використанні одного фізичного носія, який потенційно спрощує побудова мережевої інфраструктури, до того ж це надає можливості для зменшення вартості монтажу та обслуговування. Проте використання окремих підмереж для LAN / WAN і SAN має ряд переваг і є рекомендованим за замовчуванням.

Одним з найважливіших переваг Fibre Channel поряд зі швидкісними параметрами (які, до речі, не завжди є головними для користувачів SAN і можуть бути реалізовані за допомогою інших технологій) є можливість роботи на великих відстанях і гнучкість топології, яка прийшла в новий стандарт з мережевих технологій. Таким чином, концепція побудови топології мережі зберігання даних базується на тих же принципах, що й традиційні мережі, як правило, на основі концентраторів і комутаторів, які допомагають запобігти падіння швидкості при зростанні кількості нод і створюють можливості зручної організації систем без єдиної точки відмов.

Таблиця 1. Порівняння технологій Fibre Channel і паралельного SCSI

	Fibre Channel	Parallel SCSI
Швидкодія	100MB/sec Новий стандарт: 200MB/sec & 400MB/sec	Ultra160m - 160MB/sec Новий стандарт: 320MB/sec
Максимальні відстані	Copper: 30m Fiber optic: 2-10km	Copper, single-ended: 3m Copper, differential: 25m
Підтримувані протоколи	SCSI, TCP/IP, VI, IPI, ESCON, HIPPI, FCON та інш.	SCSI
Максимальна кількість пристроїв	127 на кільце, 224 на комутатор	16 на канал
Топології	кільце, точка-точка, комутатор	точка-точка, надзвичайно складна реалізація пристрою комутації каналів

У стандарті Fibre Channel передбачається використання різноманітних топологій, таких як точка-точка (Point-to-Point), кільце або FC-AL концентратор (Loop або Hub FC-AL), магістральний комутатор (Fabric / Switch).

Топологія point-to-point використовується для під’єднання одиночної сторедж-системи до сервера. Loop або Hub FC-AL – для приєднання множинних сторедж пристроїв до декількох хостів. При організації подвійного кільця збільшується швидкодія і відмово стійких систем.

Комутатори використовуються для забезпечення максимальної швидкодії і відмово стійких для складних, великих і розгалужених систем. Завдяки мережевий гнучкості в SAN закладена надзвичайно важлива особливість – зручна можливість побудови відмово стійких систем.

Пропонуючи альтернативні рішення для систем зберігання даних і можливості з об’єднання кількох сторедж для резервування апаратних засобів, SAN допомагає забезпечувати захист апаратно-програмних комплексів від апаратних збоїв. Побудова трьох-і більше нодової систем здійснюється простим додаванням в FC мережу додаткових серверів і підключенням їх до обох концентраторам / комутаторів). При використанні FC побудова стійких до збоїв (disaster tolerant) систем стає прозорим. Мережеві канали і для сторедж, і для локальної мережі можна прокласти на основі оптоволокна (до 10 км і більше з використанням підсилювачів сигналу) як фізичного носія для FC, при цьому використовується стандартна апаратура, яка дає можливість значно зменшити вартість подібних систем. Завдяки можливості доступу до всіх компонентів SAN з будь-якої її точки ми отримуємо надзвичайно гнучко керовану мережу даних. При цьому слід зауважити, що в SAN забезпечується прозорість (можливість бачити) усіх компонентів аж до дисків в сторедж-системах. Ця особливість підштовхнула виробників компонентів до використання свого значного досвіду в побудові систем управління для LAN / WAN з тим, щоб закласти широкі можливості з моніторингу та управління в усі компоненти SAN. Ці можливості включають в себе моніторинг і управління окремих нод, сторедж компонентів, корпусів, мережних пристроїв і мережевих підструктур.

У системі управління та моніторингу SAN використовуються такі відкриті стандарти, як:

- SCSI command set

- SCSI Enclosure Services (SES)

- SCSI Self Monitoring Analysis and Reporting Technology (SMART)

- SAF-TE (SCSI Accessed Fault-Tolerant Enclosures)

- Simple Network Management Protocol (SNMP)

- Web-Based Enterprise Management (WBEM)

Системи, побудовані з використанням технологій SAN, не тільки забезпечують адміністратору можливість стежити за розвитком і станом сторедж ресурсів, але і відкривають можливості з моніторингу і контролю трафіку. Завдяки таким ресурсам програмні засоби управління SAN реалізують найбільш ефективні схеми планування обсягу сторедж і балансування навантаження на компоненти системи.

Мережі зберігання даних прекрасно інтегруються в існуючі інформаційні інфраструктури. Їх впровадження не потребує будь-яких змін у вже існуючих мережах LAN і WAN, а лише розширює можливості існуючих систем, позбавляючи їх від завдань, орієнтованих на передачу великих обсягів даних. Причому при інтеграції та адміністрування SAN дуже важливим є те, що ключові елементи мережі підтримують гарячу заміну і установку, за можливостями динамічного конфігурування. Так що додати той чи інший компонент або здійснити його заміну адміністратор може, не вимикаючи систему. І весь цей процес інтеграції може бути візуально відображений у графічній системі управління SAN.

Розглянувши перераховані вище переваги, можна виділити ряд ключових моментів, які безпосередньо впливають на одне з основних переваг Storage Area Network – загальну вартість володіння (Total Cost Ownership). Неймовірні можливості масштабування дозволяють підприємству, яке використовує SAN, вкладати гроші в сервери і сторедж в міру необхідності. А також зберегти свої вкладення у вже техніку при зміні технологічних поколінь. Кожен новий сервер буде мати можливість високошвидкісного доступу до сторедж і кожен додатковий гігабайт сторедж буде доступний всім серверам відмово по команді адміністратора. Прекрасні можливості щодо побудови відмово стійких систем можуть приносити пряму комерційну вигоду від мінімізації простоїв і рятувати систему у разі виникнення стихійного лиха або яких-небудь інших катаклізмів. Керованість компонентів і прозорість системи надають можливість здійснювати централізоване адміністрування всіх сторедж ресурсів, а це, у свою чергу, значно зменшує витрати на їх підтримку, вартість якої, як правило, становить більше 50% від вартості обладнання.

Вибір обладнання та розробка структури мережі

мережева топологія зірка комп'ютер

Вибираємо комутатор фірми Cisco MDS 9124 24-Port Fibre Channel Switch (DS-C9124-K9=) та мережеві адаптери фірми Brocade 825. Так як наша мережа будується по технології Fiber Channel, і буде вона в межах міста то вибираєм ще Міський оптичний кабель для прокладки в каналізації ОКМ (ОКД)-n * mE (М5, М6) -2. Детальні характеристики будуть наведені далі.

Структурна схема нашої мережі

Формування специфікації обладнання

Product Details and Features

Product MPN
MPN	DS-C9124-K9=
Key Features
Type	Fibre Channel Switch
OSI Layer	Layer 2/3
Managed Device	Managed
Interfaces
Ports	24 x Fibre Channel
Performance
Switch Fabric Capacity	192 Gbps
Huntgroups / Link Aggregations	16
Standards and Protocols
Remote Management Protocol	RMON • SNMP 3 • SSH-2 • FTP
Protocols	ACL • IP • RADIUS • TCP • SSHv2
Dimensions
Rack Mounting Height	1U
Miscellaneous
Product ID	69199401

Brocade 425 4 Gbps Fibre Channel Host Bus Adapter. Fibre Channel Specifications. (Dual-port, 4 Gbps HBA)

Data rate	Brocade 415/425: 4 Gbps (800 MB/sec); 2 Gbps (400 MB/sec); 1 Gbps (200 MB/sec) (per port)
Performance	Up to 500,000 IOPS per port at 4 Gbps and 8 Gbps 315,000 IOPS per port at 8 Gbps with 4 KB block size and 50% read/50% write operations (typical e-mail) 176,000 IOPS per port at 8 Gbps with 8 KB block size and 50% read/50% write operations (typical database)
Protocols	SCSI-FCP, FCP-2, FCP-3, FC-SP
Topology	Point-to-point (N_Port), switched fabric (N_Port)
Distance support	Brocade 415/425 70 meters at 4 Gbps on 62.5/125 μm MMF 150 meters at 4 Gbps on 50/125 μm OM2 MMF 380 meters at 4 Gbps on 50/125 μm OM3 MMF

В кабелях марки ОКД під бронепокровом накладено периферійний силовий елемент або тільки застосований ЦСЕ підвищеної міцності.

Кабелі ОКДН і ОКМН мають зовнішню оболонку з поліетилену або з матеріалу не виділяє галогенів при горінні.

Оптоволокно кабелів призначено для експлуатації в діапазоні температур від мінус 40 ° С до 50 ° С.

Допустиме розтягуюче зусилля 2,7 кН.

Допустиме розчавлюють зусилля не менше 0,5 кН / см.

Кількість оптичних волокон у кабелі - від 2 до 288.

Орієнтовна вартість мережі:

Cisco MDS 9124 24-Port Fibre Channel Switch- $2,108.99

Brocade 425 4 Gbps Fibre Channel Host Bus Adapter - $1250 * 22 = $27500

+ кабель

Всього $30000

Список посилань

http://www.spc-consulting.ru/solution/database4.htm

http://www.brocade.com

http://vols-trade.ru

http://www.goоgle.ru/