Исследование качества обслуживания на сетях в NGN

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

 

 

 

 

 

Ажмагамбетова М.Ж

 

Исследование  качества обслуживания на сетях в  NGN

г. Кызыл- Орда

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

 

Специальность 5В070400 – «Вычислительная техника и программное обеспечение»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Алматы, 2012г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

 

В данной работе исследованы требования к  современным сетям передачи данных. Изучены методы и основные принципы построения существующих сетей NGN. Произведены исследования в области инфокоммуникационного оборудования. По результатам сравнительного анализа произведен выбор наиболее подходящего активного и коммутационного оборудования. Спроектирован план прокладки кабельных трасс и размещение оборудование для ТОО Алмалы.

В результате работы была спроектирована высокоскоростная локальная сеть на основе технологии Fast Ethernet, для организации контактного центра ТОО Алмалы из 20 рабочих станций.

 

 

Введение	8
1 Исследование существующих принципов  построения сетей	10
1.1 Понятие локальной вычислительной  сети (ЛВС)	10
1.2 Обзор основной классификации  (ЛВС)	10
1.2.1 Классификация по расстоянию  между узлами	10
1.2.2 Классификация по топологии сети	11
1.2.3 Классификация по способу управления  ЛВС	11
1.2.4 Классификация по используемой  физической среде передачи данных	13
1.2.5 Классификация по методу доступа  ЛВС	13
1.3 Анализ основных требований к  современным сетям	13
1.3.1 Характеристики производительности  сети и её виды	14
1.3.2 Проблема надежности и безопасности  сети	15
1.3.3 Расширяемость и масштабируемость  сети	15
1.3.4 Анализ управляемости сети	16
1.4 Вывод по первому разделу	16
2 Анализ  инфокоммуникационного оборудования	18
2.1 Анализ горизонтальной кабельной  системы	18
2.2 Анализ инфокоммуникационного шкафа	19
2.3 Характеристики витой пары и  критерии выбора	21
2.4 Исследование коммутационного оборудования	22
2.5 Критерии выбора активного оборудования Fast Ethernet	23
2.6 Анализ источника бесперебойного  питания	25
2.7 Вывод по второму разделу	26
3 Проектирование  ЛВС контактного центра ТОО  «Алмалы»	27
3.1 Анализ исходных данных	27
3.2 Анализ сетевого трафика на  рабочих станциях	29
3.3 Расчет требуемых параметров  исследуемой ЛВС	30
3.3.1 Расчет информационного потока  в отделе технической поддержки	30
3.3.2 Расчет информационного потока  в отделе абонентского обслуживания	31
3.3.3 Расчет информационного потока  в кабинете руководителя контактного  центра	31
3.3.4 Расчет суммарного информационного  потока всех отделов	32
3.4 Обоснование выбора топологии  для проекта	32
3.5 Сравнительный анализ и выбор  оборудования для проекта	34
3.5.1 Анализ требуемых характеристик  коммутаторов	34
3.5.2 Выбор резервного источника питания	36
3.5.3 Выбор сервера управления	38
3.5.4 Расчет мощности и выбор источника бесперебойного питания	39
3.5.5 Выбор кабельных компонентов	42
3.6 Исследование проектируемого помещения и расчет длины кабеля	45
3.7 Расчет затухания сигнала в  кабеле UTP	46
3.8 Расчет полезной пропускной способности  среды	47
3.9 Вывод по третьему разделу	48
Заключение	49
Список  используемых источников	50
Приложение  А	52
Приложение  Б	53

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Рост благосостояния граждан Казахстана — главная цель государственной  политики.

Сегодня в условиях ухудшения мировой  конъюнктуры мы должны активизировать внутренние инвестиционные ресурсы с растущей ролью государственных холдингов, институтов развития, социально-предпринимательских корпораций.

Необходимо внести конкретные предложения  по строительству атомной электростанции в Казахстане.

Одновременно Правительство должно сконцентрировать свои усилия на внедрении  энергосберегающих и экологически чистых технологий. 
К повсеместной экономии электроэнергии наши предприятия и граждане еще не приступили. Надо прямо сказать, что дешевая энергия заканчивается. Если хотим меньше платить, надо экономить. Это должно стать заботой каждого. 
Корпоративная сеть - это сложная система, включающая множество самых разнообразных компонентов. Это компьютеры различных типов, системное и прикладное программное обеспечение, сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы, кабельная система. Основная задача системных интеграторов и администраторов состоит в том, чтобы эта громоздкая и дорогостоящая система как можно лучше справлялась с обработкой потоков информации, циркулирующих между сотрудниками, и позволяла им принимать правильные и своевременные решения. Рост популярности Internet и Internet-технологий приводит к резкому изменению технологии обработки корпоративной информации [1].

Важно правильно  видеть стратегическое направление  развития сети, постоянно соотносить его с направлением развития всего  сетевого мира.

Стратегическое  планирование сети состоит в нахождении компромисса между потребностями  предприятия в автоматизированной обработке корпоративной информации, его финансовым возможностям и возможностям сетевых и информационных технологий сегодня и в ближайшем будущем.

Параметры качества обслуживания, которые должна обеспечивать сеть, зависят от типа приложения. Для традиционных приложений нужна, в основном, определенная средняя  пропускная способность, для мультимедийных - низкий уровень задержек и стабильная средняя пропускная способность. Для  обеспечения качественного обслуживания всех приложений сеть должна обладать высокой пропускной способностью.

Какие бы высокие скорости не поддерживала сеть, пропускная способность никогда  не будет достаточной для удовлетворения любых нужд пользователей. Поэтому  сеть должна поддерживать возможность  распределения своих ресурсов дифференцированно, по пользователям и приложениям, в зависимости от заданного администратором  сети набора критериев, называемых политикой. Политика распределения пропускной способности учитывает потребности  и возможности отдельных пользователей, приложений, групп пользователей  и групп приложений, а также  текущие условия работы сети (например, уровень перегрузок или просто день недели или время дня).

Сеть  должна не только быстро передавать полезный трафик своих пользователей, но и  не пропускать полностью или частично (в определенные части сети) нежелательный  трафик, т.е. выполнять фильтрацию.

Качество  обслуживания (QoS) означает предоставление приложениям  и  пользователям  сети  предсказуемого  сервиса  доставки  данных, называемого также  транспортным сервисом. Предсказуемость  сервиса доставки данных означает, что администратор сети может  количественно оценить вероятность  того, что сеть будет передавать определенный поток между двумя  конкретными узлами в соответствии с потребностями приложения или  пользователя [2].

Целью данного  проекта является проектирование локальной  сети NGN для контактного центра ТОО «Алмалы». Организация перспективного контактного центра в настоящее время является актуальным двигателем роста компании в целом, так как обратная связь клиентов компании так же важна, как и другой аспект успешной деятельности. Проектируемая сеть в данном проекте должна быть рассчитана на 20 рабочих станций с возможностью дальнейшего её расширения и высокими показателями производительности, обеспечить сотрудников компании комфортными условиями при выполнении должностных обязанностей.

Для решения  поставленной задачи будут рассмотрены  существующие принципы построения сетей, проанализировано оборудование и произведен выбор компонентов сети. Так же разработан план прокладки кабельных  трасс и размещения оборудования в телекоммуникационном шкафу.

1 Исследование существующих  принципов построения сетей

1. Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС)

Локальная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно  использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, таких как  принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями [3].

2. Обзор основной классификации ЛВС

Вычислительные  сети классифицируются по ряду признаков [2]:

• по расстоянию между узлами;
• по топологии сети;
• по способу управления ЛВС;
• по используемой физической среде передачи данных;
• по методу доступа ЛВС.

Далее рассмотрим подробнее каждую из перечисленных признаков.

1.2.1 Классификация по  расстоянию между узлами

В зависимости  от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети [2]:

• местные – ограниченные зданием или группой зданий;
• территориальные (региональные) - охватывающие значительное географическое пространство, действующие в пределах ограниченной территории, но охватывающие значительное географическое пространство (город, область, страна);
• глобальные - связывающие узлы, находящиеся в различных регионах и точках мира.

1.2.2 Классификация по  топологии сети

Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии  соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры [2].

• шинная (bus) рисунок 1,а – локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);
• кольцевая (ring) рисунок 1,б - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии), данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;
• звезда (star) рисунок 1,в - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов;
• иерархическая рисунок 1,г - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.

1.2.3 Классификация по  способу управления ЛВС

Существует  несколько способов управления сетью, в зависимости от этого различают  следующие сети:

• "клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети, управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений;

 

• одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера;
• сетецентрическая концепция построения, при которой оборудование конечного пользователя предоставляет только функции ввода-вывода, а все запросы на обработку и получение информации выполняет сетевое ядро.

 

 

 

а)                                                   б)                                   в)

 

 

г)

Рисунок 1 - Сетевые топологии

1.2.4 Классификация по  используемой физической среде  передачи данных

В зависимости  от среды передачи данных выделяют следующие три типа передающей среды:

• проводные кабельные сети;
• оптоволоконные кабельные сети;
• беспроводные сети.

1.2.5 Классификация по  методу доступа ЛВС

• случайный метод доступа - наиболее известными из них являются метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection CSMA/CD), который регламентируется стандартом IEEE 802.3 (Ethernet);
• детерминированный метод доступа - метод передачи маркера,  который регламентируется стандартом IEEE 802.5 (Token Ring).

1.3 Анализ основных требований  к современным сетям

Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям  потенциальной возможности доступа  к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, масштабируемость - связаны с выполнением этой основной задачи [1].

Хотя  все эти требования важны, есть 2 важные характеристики сети - производительность и надежность.

1.3.1 Характеристики производительности  сети и её виды

Существует  несколько характеристик производительности сети:

• время реакции;
• пропускная способность;
• задержка передачи и ее вариации.

Время реакции  сети является интегральной характеристикой  производительности сети с точки  зрения пользователя. В общем случае время реакции определяется как  интервал времени между запросом, к какой либо сетевой службе и  получением ответа на этот запрос.

Очевидно, что значение этого показателя зависит  от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а так же от текущего состояния  сети.

Пропускная  способность отражает объем данных, переданных сетью или ее частью в  единицу времени. Она говорит  о скорости выполнения внутренних операций сети - передача пакетов данных между  узлами сети через различные коммуникационные устройства. Она непосредственно  характеризует качество выполнения основной функции сети — транспортировки  сообщений. Поэтому чаще используется при анализе производительности сети.

Виды  пропускной способности:

• средняя пропускная способность - вычисляется за длительный промежуток времени (час, день, неделя);
• максимальная    пропускная    способность   -   наибольшая    мгновенная пропускная   способность,   зафиксированная   в   течение   определенного   периода наблюдения.   Позволяет   оценить   возможности   сети   справляться   с   пиковыми нагрузками, характерными для особых периодов работы сети (например, начало рабочего дня, когда множество пользователей одновременно регистрируются в сети, тем самым, обращаясь к серверам сети).

Иногда  полезно оперировать с общей  пропускной способностью сети, которая  определяется как среднее количество информации, переданной между всеми  узлами сети в единицу времени.

Задержка  передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход сетевого устройства и моментом появления его на выходе этого  устройства. Обычно задержки составляют сотни миллисекунд.

1.3.2 Проблема надежности  и безопасности сети

Локальные и глобальные  сети,  средства  телекоммуникации  затрагивают все  сферы нашей жизни – как  деловой, так  и  личной  и  именно  поэтому,  на первый  план  выдвигаются  проблемы  обеспечения   бесперебойности   работы, безопасности данных и их защита от несанкционированного доступа.

Для технических  устройств пользуются такие показатели надежности, как среднее время  наработки на отказ, вероятность  отказа, интенсивность отказов, коэффициент  готовности. Кроме того, в сети необходимо обеспечить сохранность данных и  защиту от искажений [2].

Безопасность  сети - способность сети защитить данные от несанкционированного доступа. В  сетях сообщения передаются по открытым линиям связи, в которых могут  быть установлены средства перехвата  сообщений.

1.3.3 Расширяемость и масштабируемость сети

Расширяемость означает возможность добавления отдельных  элементов сети, наращивания длины  сегментов сети и замены аппаратуры. Расширение может обеспечиваться в  ограниченных пределах.

Масштабируемость  означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность  каналов в широких пределах, при  этом производительность сети не ухудшается.

Масштабируемость  обеспечивается применением дополнительного  оборудования и структуризацией  сети.

Расширяемость и масштабируемость играет важную роль в дальнейшем развитии сети. Учет данных параметров на ранних этапах проектирования позволяет сэкономить время и  средства компании в будущем.

1.3.4 Анализ управляемости  сети

Управляемость сети подразумевает возможность  централизованно контролировать состояние  основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие  при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать  развитие сети.

Система управления наблюдает за сетью и  обнаруживает проблему, активизирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Система управления должна накапливать данные, на основании  которых можно планировать развитие сети.

В настоящее  время в области управления сетями недостаточно удобных, компактных и  много протокольных средств управления сетью. Большинство существующих средств  не управляют сетью, а всего лишь осуществляют наблюдение за ее работой. Они не выполняют активных действий, оставляя это за человеком.

4. Вывод по первому разделу

В данном разделе были рассмотрены основные концепции построения, назначения и типы сетей передачи данных. На основании этого можно сделать выводы:

• сеть Ethernet является одной из наиболее популярных современных локальных сетей и отвечает всем предъявляемым требованиям;
• сеть Ethernet использует топологию «звезда-шина», что позволяет ей без особых трудностей изменять, расширять и модернизировать сеть с минимальными трудовыми и денежными затратами;
• ЛВС Ethernet имеет высокую пропускную способность, что позволяет работать с современными мультимедийными приложениями.

Обзор базовых знаний ЛВС облегчит дальнейшее конфигурирование сети по заданным характеристикам.

 

 

 

2. Анализ инфокоммуникационного оборудования

 

2.1 Анализ горизонтальной кабельной  системы

Горизонтальная  кабельная система начинается телекоммуникационной розеткой на рабочем месте и заканчивается  горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу. Она  включает в себя: розетку, горизонтальный кабель, точки терминирования и коммутационные шнуры, представляющие собой горизонтальный кросс.

Горизонтальная  кабельная система имеет топологическую конфигурацию "звезда". Каждое рабочее  место соединено непосредственно  с горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу. Максимальная протяженность  любого горизонтального кабельного сегмента не должна превышать 90 м.

Горизонтальные  кабели по своему количеству занимают первое место во всем объеме кабельных  сегментов телекоммуникационной инфраструктуры здания. Несмотря на то, что стандарт Е1А/Т1А 568 суживает круг возможных вариантов  кабельной продукции, одним из основных моментов при планировании сети передачи данных является правильный выбор типа передающей среды для обеспечения  поддержки вероятных изменений  в будущем. Применяемый тип кабеля должен служить более одного планируемого периода развития телекоммуникационной сети. В горизонтальной подсистеме стандартом 568 разрешается использовать следующие типы передающих сред:

• Кабель UTP 4 пары, 100 Ом;
• Многомодовое оптическое волокно 62,5/125 мкм;
• Кабель STP-A 2 пары,150 Ом;
• Коаксиальный кабель 50 Ом.

Одной из основных проблем "медных" кабельных  систем является их подверженность воздействию  электромагнитных помех. По этой причине  стандарт 568 предписывает при проектировании кабельных систем учитывать расположение потенциальных источников помех. Конкретные спецификации по разделению кабельных  инфраструктур и источников помех  определены в стандарте ANSI/EIA/TIA-569.

2.2 Анализ инфокоммуникационного шкафа

Телекоммуникационные  шкафы в общем случае рассматриваются  как устройства, предназначенные  для обслуживания горизонтальной распределительной  системы. Спецификации, относящиеся  к каблированию телекоммуникационных шкафов:

• Не разрешается использовать перетерминирование горизонтальных кабелей для внесения штатных изменений в кабельную систему.  Для этих целей следует использовать кроссировочные перемычки и коммутационные шнуры;
• Устройства, предназначенные для поддержки специфических приложений (например, разного рода адаптеры), не могут быть частью горизонтальной кабельной системы и должны устанавливаться вне по отношению к горизонтальному кроссу;
• Во избежание деформирования кабелей вследствие тугого скручивания в пучки, слишком крутых изгибов и растягивающих усилий, следует использовать оборудование, специально предназначенное для укладки и маршрутизации кабельных потоков;
• Кабели и шнуры, используемые для подключения активного оборудования, не рассматриваются стандартом в качестве элементов кабельной системы. Максимально допустимая суммарная длина всех коммутационных шнуров на обоих концах линии -10м;

Разрешается использовать только оборудование, соответствующее  требованиям стандартов. Телекоммуникационные шкафы должны быть спроектированы и  оборудованы в соответствии с  требованиями стандарта ANSI/EIA/TIA-569.

Подключение активного оборудования в телекоммуникационном шкафу разрешается осуществлять с помощью двух типов соединений - "межсоединения" и "кросс-соединения" [20].

Кросс-соединение - применяется для коммутации кабельных подсистем между собой и для подключения активного оборудования с многопортовыми коннекторами. Метод кросс-соединения позволяет гибко переконфигурировать кабельную систему во всех случаях, но в, то, же время и требует наличия в кроссе, как минимум, двух единиц коммутационного оборудования.

Межсоединение - разрешается использовать только для подключения активного оборудования с однопортовыми коннекторами. В противоположность многопортовым коннекторам однопортовые позволяют осуществлять коммутацию между собой только двух адресных портов. Метод межсоединения полезен в тех случаях, когда производиться подключение к кабельной системе активного оборудования с однопортовыми (модульными) коннекторами, которое само по себе как бы является единицей коммутационного кроссового оборудования, такого, например, как коммутационная панель. В этом случае появляется возможность неограниченного переключения адресных портов и, за счет исключения второй единицы коммутационного оборудования из конфигурации кросса.

При выборе инфокоммуникационного шкафа необходимо учитывать ряд требований:

• Количество оборудования размещаемого в шкафу;
• защита серверов, пассивного и активного оборудования;
• повышение плотности монтажа элементов;
• обеспечение простоты монтажа и конфигурирования;
• повышение требований к безопасности;
• повышение требований к удобству обслуживания и дизайну.

2.3 Характеристики витой  пары и критерии выбора

Витая пара — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой[7].

Свивание  проводников производится с целью:

• повышения степени связи между собой проводников одной пары, электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары;
• уменьшения электромагнитных помех от внешних источников;
• уменьшения взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов.

Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных  пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным  шагом.

Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем.

Используется  в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды  передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

При выборе кабеля необходимо учитывать важные электромагнитные характеристики кабеля. Кабель категории 5 имеют следующие  значения электромагнитных характеристик[6]:

• полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом);
• величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала Должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;
• затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);
• суммарное переходное затухание на ближнем конце (PS NEXT) — не менее 27,1 дБ;
• защищенность на дальнем конце (ELFEXT) — не менее 17 дБ;
• активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;

 

 

 

 

2.4 Исследование коммутационного  оборудования

Рассмотрим  несколько видов оборудования относящихся  к пассивному сетевому коммутационному  оборудованию – это коммутационные панели и шнуры.

Коммутационная панель представляет из себя планку, со множеством соединительных разъёмов, расположенных на лицевой стороне панели. На тыльной стороне панели находятся контакты, предназначенные для фиксированного соединения с кабелями, и соединённые с разъёмами электрически. Коммутационная панель относится к пассивному сетевому оборудованию.

Наиболее  распространенным видом данного  вида устройств, в современных технологиях, является 24-х и 48-и портовая фиксированная  коммутационная панель с экранированными  разъемами RJ45 категории 5е или 6. С  тыльной стороны панели располагаются  так называемые IDC-разъемы.

При выборе для проекта коммутационной панели необходимо учитывать способ монтажа  и сертификация производителем на соответствие требованиям стандарта TIA 568-А.