СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ФЕДЕРАЛЬНОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ «МИСИС»

                                                      Кафедра АИСУ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Курсовая работа

по дисциплине "Сети" 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент

Группы  ИС-07-2д

Еремин  Роман

Проверила:

                               Мельникова И.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Старый Оскол

2011

     Введение

     Назначение  данных методических указаний – комплексное  проектирование офисной локальной сети, оптимизация ее структуры с применением экономико-математических методов и ее имитационное моделирование с использованием пакета визуального моделирования вычислительной сети NetCracer Professional.

     Организация компьютерной сети - довольно непростая задача. Но с помощью моделирования появляется возможность испытания, оценки и проведения экспериментов с предлагаемой системой без каких-либо непосредственных воздействий на нее. При имитационном моделировании проводится эксперимент с программой, которая является моделью системы.

     Цели  и задачи курсового  проектирования

     Курсовая  работа предназначена для практического  усвоения одного из основных разделов, посвященного моделированию вычислительной систем, а именно моделированию офисных локальных сетей, а также развития практических навыков решения задач проектирования локальных сетей на базе современных методик и программных пакетов.

           В задачи курсовой работы входит: развитие у студентов навыков  проектирования локальных сетей и рационализации их структуры, обоснованного выбора сетевого оборудования, применение имитационного моделирования, принятие  технически обоснованных инженерных решений, использования справочников, технической литературы и т.д. 

     Информация  об оборудовании 

     

1. Сетевой коммутатор или свитч — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

 

     Принцип работы коммутатора

     Коммутатор  хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При  включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса.

2. Витаая 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. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок[1] 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.

 

     Виды  кабеля, который применяется  в сетях 

     В зависимости от наличия защиты —  электрически заземлённой медной оплетки  или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

• неэкранированная витая пара (англ. UTP — Unshielded twisted pair) — без защитного экрана;
• фольгированная витая пара (англ. FTP — Foiled twisted pair), также известна как F/UTP) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги
• экранированная витая пара (англ. STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
• фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке.

           Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок  как внешних, так и внутренних, и т. д. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным  проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля

     Категории кабеля

     Существует  несколько категорий кабеля витая  пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568.

• CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) — телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель и вообще без скруток — «лапша» — у нее характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

 
     

• CAT2 (полоса  частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

 
     

• CAT3 (полоса  частот 16 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.
• CAT4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

 
     

• CAT5 (полоса  частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

 
     

• CAT5e (полоса  частот 125 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей.

 
 
 
 
 
     

• CAT6 (полоса  частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.
• CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.

 
 
     

• CAT7 — спецификация  на данный тип кабеля утверждена  только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     

3. Коннектор RJ45

     8P8C (8 Position 8 Contact), часто ошибочно называемый RJ45 или RJ-45 — унифицированный  разъём, используемый в телекоммуникациях,  имеет 8 контактов и защёлку.

           Используется для  создания ЛВС по технологиям 10BASE-T, 100BASE-T и 1000BASE-TX с использованием 4-парных кабелей витой пары. Используется во многих других областях и для построения иных сетей.

           Телефонный унифицированный  разъём RJ-11 меньше по размеру и может вставляться в гнёзда 8P8C (для обратной совместимости).

           Для создания полного  соединения с сигнальным кабелем  проводники вводятся в разъём по соответствующим  стандартам и обжимаются специальным  обжимным инструментом. При обжиме для сетей Ethernet используются таблицы TIA/EIA-568-B 

     Вид разъёма  
 
 
 
 
 

     Обжимной  инструмент,

     Crimping tool (кримпер)  
 
 
 
 
 
 
 

     Схемы обжима

     Существует  два варианта обжимки разъёма  на кабеле:

• для создания прямого кабеля — для соединения порта сетевой карты со свитчем/хабом,
• перекрёстного (использующий кроссированный MDI, англ. MDI-X) кабеля, имеющий инвертированную разводку контактов разъёма для соединения напрямую двух сетевых плат, установленных в компьютеры, а также для соединения некоторых старых моделей хабов/свитчей (uplink порт).

 

     Обжимается  разъём RJ45. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнение: 

     Цель: разработать проект построения корпоративной ЛВС.

     Необходимо:

     1.Описание предметной области структуры предприятия существующего программного обеспечения рабочих мест.

     2. Обосновать  необходимость прокладки сети

     3. Определить структуру сети

     4. Рассчитать параметры сети

     5. Реализовать модель сети в  среде netcracker

     6. Подсчитать стоимость сети и  представить список необходимого оборудования.

     Задание

     Проект  сети, связывающих 3 склада, расположенных в разных зданиях и диспетчерскую по управлению оптимальной загрузкой складских помещений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

1. Схематичная структура сети:

          Ввввввввввввввввввввввввввввввввввввввврис1

                                                                                                                                                                            

       
 

     

       
 
 

                         

     

       

     Расстояния  между складами:

     между 1-ым и 2-ым – 100 метров

     между 1-ым и 3-ем – 150 метров 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.  На схеме (рис.1), видно, что «Склад 1» является «главным», а остальные два склада «подчиненными». Основная работа заключается в том, чтобы оптимально загрузить складские помещения.

           На «Складе 2» и «Складе 3» имеются компьютеры, которые, в свою очередь, соединены со «Складом 1». «Подчиненные» склады работают с базой данных, где ведут учет прихода и ухода, какого-либо товара, тем самым ведется контроль свободного места на складе. Главный компьютер, на « Складе 1», имеет доступ к базам данным «Склада 2» и «Склада 3» для того, чтобы в любой момент времени владеть информацией о загруженности. Также, главный компьютер имеет выход в глобальную сеть Internet, это дает дополнительную возможность принимать заказы и мгновенно принимать решения, руководствуясь базой данных, которую ведут «подчиненные» склады. 

     4.  Считаю целесообразнее использовать данный метод, так как он не несет больших финансовых затрат, удобен и не требует специализированного персонала. Можно представить работу данных складов, без использования сети. Скорее всего, связь была бы телефонная или, возможно через интернет с каждым складом, но это не целесообразно, дорого.

           Можно было использовать другой метод, например, установить точку  доступа   

     WI-FI, и таким образом поддерживаться связь между складами. Но это очень дорогое оборудование, поэтому целесообразнее использовать сеть с кабелем типа Витая пара. 
 

     5.  Произведем расчет целесообразности применения свитча между компьютерами, для этого рассчитаем стоимость прокладываемого кабеля (в зависимости от длины и стоимости).

     Во-первых рассчитаем целесообразность применения свитча между начальником представительства  и информационным отделом. Для этого  рассчитаем стоимость прокладки  кабеля без свитча

     (a₁+a₂+a₃+…)*b, где a_i – расстояние от ПК сервера, b – стоимость одного метра кабеля.

     Получаем (100+3+3+150)* 14,81= 3796,36(руб.)

     Расстояние  между диспетчерской и компьютером  на складе №1 10 метров.

     Получаем 10*6,75=67,5 (руб.)

     Итого 3858,86 рублей.

     Теперь  рассчитаем с применением свитча:

     (a₁+a₂+a₃+…+c)*b+d, c – расстояние от свитча до сервера, d – стоимость свитча.

     (150+100+3+3)*14,81+(10+3+3)*6,75+540= 3796,36+108+540=4444,36 (руб.)

     Итого 4444,36 рублей.

     Видно, что затраты на прокладку кабеля без свитча меньше, чем с использованием. Однако, затраты на сетевые карты будут выше, чем сэкономленные деньги на свитче. Поэтому, целесообразно использовать свитч.

     6.  Расчет пригодности сети.

     Y1 – пропускная способность среды  передачи,

     Y2 – пропускная способность каналов  связи с удаленными отделами,

     Y3 – информационная безопасность,

     Y4 – уровень затрат на создание  КВС.

     Y1=3

     Y2 =2

     Y3 =4

     Y4 =5

     r= -1

     Для вычисления целевой функции воспользуемся  программой

     #include <iostream.h>

     #include <math.h>

     void main ()

       {

        float r=0, k1=0.250, k2=0.250, k3=0.250, k4=0.250, Y1, Y2, Y3, Y4, F, y1, y2, y3, y4;

        cout<<"Input r: ";

        cin>>r;

        cout<<"Input Y1: ";

        cin>>Y1;

        cout<<"Input Y2: ";

        cin>>Y2;

        cout<<"Input Y3: ";

        cin>>Y3;

        cout<<"Input Y4: ";

        cin>>Y4;

        y1=(3.5305+Y1)/12.1905;

        y2=(20.1674+Y2)/27.4974;

        y3=(0.5058+Y3)/9.1658;

        y4=(19.1905-Y4)/12.1905;

     F=pow((k1*pow(y1,r)+k2*pow(y2,r)+k3*pow(y3,r)+k4*pow(y4,r)),(1/r));

     cout<<"F="<<F<<endl;

     } 

     Input r: -1

     Input Y1: 3

     Input Y2: 2

     Input Y3: 4

     Input Y4: 5

     F=0.666619

     Press any key to continue

 

     

7.   Моделирование в среде NetCreaker:

 

     NetCracker - система представляет собой CASE-средства автоматизированного проектирования, моделирования и анализа компьютерных сетей. Позволяет провести эксперименты, результаты которых могут быть использованы для обоснования выбора типа сети, сред передачи, сетевых компонент оборудования и программно-математического обеспечения.

     Программные средства NetCracker позволяют выполнить сбор соответствующих данных о существующей сети без останова ее работы, создать проект этой сети и выполнить необходимые эксперименты для определения предельных характеристик, возможности расширения, изменения топологии и модификации сетевого оборудования с целью дальнейшего ее совершенствования и развития.

     С помощью NetCracker можно проектировать компьютерные сети различного масштаба и назначения: от локальных сетей, насчитывающих несколько десятков компьютеров, до межгосударственных глобальных сетей, построенных с использованием спутниковой связи. В составе программного обеспечения NetCracker имеется мощная база данных сетевых устройств ведущих производителей: рабочих станций, серверов, сред передачи, сетевых адаптеров, повторителей, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, используемых для различных типов сетей и сетевых технологий.

     NetCracker позволяет разрабатывать многоуровневые проекты с заданной проектировщиком степенью детализации; при этом имеется достаточно удобный интерфейс и средства быстрого просмотра всех уровней проекта. Для реализаций функций имитационного моделирования в составе NetCracker предусмотрены средства задания характеристик трафиков различных протоколов; средства визуального контроля заданных параметров; средства накопления статистической информации и формирования отчетной документации о проведенных экспериментах. 
 
 
 

         

8. Расчет  стоимости:

     Произведем  расчет стоимости сети, используя  прайс-лист компьютерного магазина «Рет» от 01.03.2011.

     1. Витая пара (внешняя, экранированная) 100+150+3+3=256 м (14,81 руб/м)

         Витая пара (внутренняя):  10+3+3=16 м (6,75 руб/м)

         Стоимость витой пары: 256*14,81 +16*6,75= 3899,36 руб;

     2. Коннектор RJ45: 8 шт., (3 руб./шт.) – 8*3= 24 руб;

     3. Свитч (5-port Switch Asus GigaX1005B): 1 шт., (540руб./шт.) – 540 руб;

     Итого: 4463,36 руб. 
 
 

     Заключение

     В результате проделанной работы, научился разрабатывать проект построения корпоративной ЛВС и рассчитывать стоимость сети. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

      1. Лора, А. TCP/IP. [Текст]: Учебный курс/  А. Лора, Л. Чеппел, Э. Титтел; пер. с англ. – СПб.: БХВ – Петербург, 2003. – 976 с.: ил.; 23 см. – 3000 экз. – ISBN 5-94157-315-4. 

      2. Microsoft Corporation. Компьютерные сети. Сертификация Network + [Текст]: Учебный курс/ Microsoft Corporation; Пер. с англ. – М.: Издательско – торговый дом «Русская Редакция», 2002. – 704 с.; ил.; 21 см. – Библиогр.: с. 5 – 20. – 3000 экз. –  ISBN 5-7502-0190-2.

      3. Палмер, М. Проектирование и внедрение компьютерных сетей [Текст]: Учебный курс/ М. Палмер, Р.Б. Синклер; – 2 – е изд., перераб. и доп.: Пер. с англ. – СПб.: БХВ – Петербург, 2004. – 752 с.: ил.; 23 см. – 4000 экз. – ISBN 5-94157-374-x.