Проектирование LAN. 2

     Министерство  связи и информатизации Республики Беларусь

     Учреждение  образования «Высший государственный  колледж связи»

     Кафедра программного обеспечения сетей  телекоммуникаций 
 
 
 

     К ЗАЩИТЕ ДОПУСКАЮ

     ___________С.К.  Комаров

     «__»__________ _______г. 
 
 
 

     Курсовая работа

     по  дисциплине «Компьютерные сети»

     «Проектирование LAN» 
 
 
 

Выполнила студентка  гр. ТЭ943                                  ___________________Е.Г. Жабракова 

Проверил:                                                                           ___________________С.К. Комаров 
 
 
 
 
 

Минск 2011

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ            4

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ  ЗАДАНИЕ         5

1. Наименование          5
2. Цель разработки          5
3. Планы помещений с указанием рабочих мест      5
4. Технические требования к проектируемой LAN     5
2. ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ LAN       7
1. Анализ технического задания        7
2. Обзор литературы          7
3. Определение загруженности сети        9
4. Пропускная способность сети        9
5. Коэффициент использования сети                10
6. Логическая сегментация                  11
7. Логическая схема сети                  11
3. ЭТАП ФИЗИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ LAN              12
1. Выбор физической среды передачи данных               12
2. Выбор коммуникационного (структурообразующего) обрудования LAN           12
3. Активное сетевое оборудование                 12
4. Серверное оборудование                  12
5. Оборудование для рабочих мест                 13
6. Пассивное сетевое оборудование                 14
7. Распределение адресного пространства                14
8. Проверочный расчет времени двойного оборота              14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                    16

ЛИТЕРАТУРА                    17

Приложение 1                    18

Приложение 2                    22

Приложение 3                    26

Приложение 4                    27

        ВВЕДЕНИЕ 

       В данной курсовой работе необходимо:

• Разработать структурную схему локальной вычислительной сети (LAN) пятиэтажного здания, в котором располагаются десять фирм;
• Провести обзор литературы по данной теме;
• Произвести логическое и физическое проектирование с разработкой соответствующих схем;
• Составить спецификации и обосновать выбор оборудования;
• Привести финансовые расчеты организации спроектированной LAN.

       Для построения сети здания выбрана технология передачи данных Fast Ethernet.

     1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 

1. Наименование

«Проектирование LAN» 

2. Цель разработки

     Разработка  логической и физической схемы LAN здания, включающую общий выход в Интернет. Описание используемого сетевого оборудования и обоснование выбора конкретного решения. Распределение адресного пространства внутренней LAN предприятия. 

3. Планы помещений  с указанием рабочих мест

     См. Приложение 1 

4. Технические требования к проектируемой LAN

     1 Разработать структурную схему LAN компании, включающую общий выход в Интернет, при следующих исходных данных:

• количество этажей в здании N_s=5;
• количество фирм в здании N_F=10;
• количество сотрудников в фирме N_M=35..75;
• количество подразделений N_N=4..6;
• количество городских телефонных линий N_TF=4;
• фирмы занимают помещения на каждом из пяти этажей;
• допустимо использовать оборудование, поддерживающее протоколы 802.1p и 802.1q;
• количество серверов в каждой фирме:
• СУБД N_DB=4..6;
• WEB+mail N_WEB=1;
• IP-PBX N_IP=1;
• Файл-сервер N_File=4..6;
• Сервер удаленного доступа N_DU=1;
• Сервера расположены в отдельных помещениях;
• Трафик между фирмами отсутствует;
• Стоимость оборудования сети (без стоимости компьютеров) должна быть минимально возможной при условии обеспечения её корректности и масштабируемости;
• Для LAN выделены IP-адреса сетей класса С.

2.Разработать  логическую схему и таблицу  распределения адресного пространства внутренней LAN предприятий. 
 

2. ЛОГИЧЕСКОЕ  ПРОЕКТИРОВАНИЕ LAN

1. Анализ  технического задания

       Для создания сети LAN (local area network, LAN) необходимо в первую очередь подробно исследовать план здания и сделать выводы о возможностях прокладки сети. При анализе важно обращать внимание на размеры помещений, особенностей здания. С учётом этих условий, а также исходя из предъявляемых к сети требований, складывается представление о топологии будущей сети.

     Наиболее  оптимальным решением для данной сети является топология звезда.

     При выборе помещений для сетевого, клиентского  и серверного оборудования были учтены технические ограничения выбранного кабеля: расстояние от узла до другого  узла или компьютера не должно превышать 100 метров.

     Для обеспечения связи между узлами применяется кабель типа «витая пара»  категории 5е, который обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с (100BASE-TX).

     Также для оптимального выбора сетевого оборудования необходимо произвести расчет нагрузки на сеть с учетом выбранного расположения узлов сети. В соответствии с этим выбрать все необходимое оборудование, наиболее оптимальное по цене и качеству. 

     2.2 Обзор литературы

Локальная сеть (иногда используется  термин  «локальная  вычислительная

сеть», сокращенно ЛВС) – это группа из нескольких  компьютеров,  соединенных

между  собой  посредством  кабелей  (иногда  также  телефонных   линий   или

радиоканалов),  используемых для  передачи  информации  между  компьютерами.

Для соединения компьютеров в локальную сеть необходимо сетевое оборудование

и программное  обеспечение.

    Локальные сети позволяют обеспечить:

• коллективную  обработку  данных  пользователями  подключенных   в   сеть
• компьютеров и обмен данными между этими пользователями;
• совместное использование программ;
• совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

    Поэтому  практически  все   фирмы,  имеющие  более   одного   компьютера

объединяют  их в локальные сети. Многие пользователя портативных  компьютеров

подключаются  к локальной сети фирмы либо приходя в офис, либо  соединяясь  с

компьютером фирмы по телефонным каналам по средствам  модема.

    Для объединения компьютеров  в локальную сеть требуется  :

• вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер(иногда используются  термины  сетевой  адаптер  или  сетевая   плата),   который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети  и  передавать данные в сеть;
• соединить компьютеры кабелями,  по  которым  происходит  передача  данных
• между   компьютерами,   а   также   другими    подключенными    к    сети устройствами(принтерами, сканерами  и  т.д.).  В  некоторых  типах  сетей кабели  соединяют  компьютеры  непосредственно,  в других  соединение  кабелей осуществляется  через специальные устройства – концентраторы (или хаб), коммутаторы и др.

         Звездообразная топология (star topology), или просто "звезда", является базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе не возможны, потому что управление полностью централизовано.

     Достоинства топологии «звезда»:

• выход из строя одной рабочей станции не отражается на работоспособности сети в целом;
• хорошая масштабируемость сети;
• простота в управлении (легко обнаружить неработоспособные узлы);
• высокая скорость передачи данных;
• наиболее распространенная топология, поэтому существует большой выбор необходимого оборудования.

     Недостатки  топологии «звезда»:

• для данной топологии требуется больше кабеля, чем для других;
• при отказе концентратора (коммутатора), выходят из строя все подключенные к нему узлы.

     Ethernet—  пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

     Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы  управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

     Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием  классической технологии Ethernet. Ее основными  достоинствами являются:

• увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;
• сохранение метода случайного доступа Ethernet;
• сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

     Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный  переход от сетей 10Base-T - наиболее популярного  на сегодняшний день варианта Ethernet - к скоростным сетям, сохраняющим  значительную преемственность с  хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5, или экранированной витой паре STP Type 1;
• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4 или 5;
• 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

     Используемый  в работе стандарт Fast Ethernet обеспечивает пропускную способность сети 100 Мбит/с. Также кабель категории 5е может  обеспечить пропускную способность 1 Гбит/с, что оставляет возможность модернизации сети по пути увеличения быстродействия. 
 
 

        2.3 Определение загруженности сети 

       Нагрузка  на сеть—это объем данных, реально  передаваемый по сети в единицу времени. Произведем расчет нагрузки по формуле: 

       где n-число компьютеров в сети;

             V_NW-нагрузка на один компьютер в сети, определяемая как: 

       где D-объем переданных данных;

              t= время передачи данных. 

       В рассматриваемом случае принимаем, что: 

       D=8 Мбайт, t=60 с, тогда =  

       При этом нагрузка на сеть составляет: 

       2.4 Пропускная способность сети 

       Пропускная  способность (С)—это максимально возможная для данной сети скорость передачи данных, которая определяется битовой скоростью и рядом другими ограничивающими факторами (длительность интервалов, между передаваемыми блоками данных, объём передаваемой по сети служебной информации и др.). Значения пропускной способности для сетевых технологий известны и приводится в стандарте. В большинстве случаев можно принять пропускную способность равной битовой скорости (100 Мбит/с).

       Таким образом, С составляет 100Мбит/с = 12,5Мбайт/с. 

       2.5 Коэффициент использования сети 

       Коэффициент использования сети равен отношению  нагрузки на сеть к пропускной способности:

       Несмотря  на то, что скорость передачи данных в сети определённой технологии всегда одна и та же, производительность сети уменьшается с увеличением объёма передаваемых данных. Во-первых, объём  передаваемых данных (трафик) делится между всеми компьютерами сети. Во-вторых, даже та доля пропускной способности разделяемого сегмента, которая должна приходиться на один узел, очень часто ему не достаётся из-за особенностей работы механизма доступа к общей среде передачи данных. После определённого предела увеличение коэффициента использования сети приводит к резкому  уменьшению реальной скорости передачи данных. Потери времени, связанные с работой механизма доступа к разделяемой среде зависят от характера обращений компьютеров к сети и не могут быть точно рассчитаны, поэтому для обеспечения достаточной производительности задаётся предельное значение коэффициента использования сети, при котором сеть будет быстро реагировать на обращения пользователей.

       2.6 Логическая сегментация 

       Расчёты, выполненные выше, показали необходимость  выполнения логической сегментации  LAN. Для сбалансированной работы сети сегментация должна происходить с учётом следующих основных соображений: 

       где M₁-количество сегментов во всем здании;

             V_i- количество компьютеров в i-том сегменте;

             S-пропускная способность сети.

       В случае нашей сети, построенной на коммутаторах, домен коллизии возникает  между центральным коммутатором этажа и коммутатором подразделений. Это так называемый сегмент сети. Количество сегментов в здании 55, поэтому формула (4) примет вид: 

       В нашем случае при проектировании сети используется метод микросегментации, основанный на использовании коммутаторов. К коммутатору при этом подключаются не сегменты сети, а отдельные узлы— серверы и рабочие станции. Каждое такое соединение является разделяемой средой только для сетевой карты компьютера и порта коммутатора. Нагрузка на сегмент сети равна в этом случае трафику, приходящемуся на данный узел.

       При использовании метода микросегментации коммутатор и рабочая станция  соединяются двумя физически  разделёнными каналами и все узлы конкретного сетевого сегмента должны поддерживать полудуплексный режим. Дуплексный режим может быть реализован только при непосредственном соединении портов оконечного оборудования.

       Для обеспечения хорошей производительности сети следует использовать неблокирующие  коммутаторы.

      3.ЭТАП ФИЗИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ LAN 

1. Выбор физической среды передачи данных

       В качестве физической среды передачи данных, при использовании технологии Fast Ethernet, наиболее оптимальным решением является  выбор неэкранированной витой пары пятой категории, как физической среды ориентированной на поддержку высокоскоростных протоколов. Технические характеристики приведены в Приложении 2. 

2. Выбор коммуникационного (структурообразующего) обрудования  LAN

       Оборудование  LAN необходимо выбрать из наилучшего соотношения цена/качество. В случае отказа структурообразующего оборудования неисправность отражается на работе многих компонентов сети. Финансовые потери при сбоях могут во много раз превысить стоимость оборудования, при покупке которого этих сбоев можно избежать. Поэтому ключевые узлы будем строить на оборудовании компании CISCO Systems, Ins. Это обуславливается высокой нагрузкой на эти узлы при необходимости постоянной стабильной работы. Несмотря на высокую цену, данное оборудование отличается качеством и окупает затраты на его приобретение.

       Технические характеристики приведены в Приложении 2. 

3. Активное  сетевое оборудование

Таблица 1- Перечень используемого активного  сетевого оборудования 

4. Серверное оборудование

       Стоимость информации на серверах превосходит стоимость самого оборудования. Важно уделить особое внимание надежности и безопасности хранимых данных. Этим требованиям удовлетворяет серверное оборудование фирмы IBM System x, которое также обеспечивает: более высокую производительность в расчете на ватт потребляемой электроэнергии; более высокую экономическую эффективность; простоту  управления и обслуживания; поддерживание доступности и снижение уровня  риска.

       Сервер IBM System x3550 M3 создан на основе новейших процессоров Intel® Xeon®, отличающихся исключительной вычислительной мощностью и отличными функциями охлаждения и управления энергопотреблением. Благодаря вдвое большей производительности по сравнению с предыдущими поколениями и гибкой, энергосберегающей конструкции, в которой интегрированы низковольтные компоненты, x3550 M3 позволяет поддерживать требовательные рабочие нагрузки при более низкой стоимости в расчете на ватт.

       Сервер x3550 M3 отличается гибкой, масштабируемой конструкцией и обеспечивает простой способ модернизации от четырех до восьми жестких дисков. Обширные средства управления системами, такие как усовершенствованные средства диагностики и возможность централизованного контроля ресурсов, облегчают развертывание, интеграцию, обслуживание и управление.

       Для обеспечения безопасности сети, помимо серверов описанных в задании  предлагается дополнительно установить Firewall+Proxy сервер между маршрутизатором здания и провайдером. Настроенный для прозрачного доступа он будет предотвращать попытки несанкционированного доступа к сети извне и экономить сетевой трафик за счет прокси сервера. Так как нагрузка на серверы не высокая, то можно сократить их количество, используя при этом средства виртуальных машин. Вместо закупки 3 серверов для СУБД или файловых хранилищ можно купить один физический сервер и установить на него необходимое количество виртуальных машин.

В данной сети необходимо использовать 64 серверов IBM System x3550 M3 

5. Оборудование  для рабочих мест

       Для рабочих мест пользователей предлогается закупить сетевые адаптеры фирмы Intel, как зарекомендовавшей себя одним из первых мест среди производителей сетевого оборудования. Среди преимуществ адаптеров Intel- высокая скорость работы, низкая нагрузка на центральный процессор, использование контроллера с адаптивной технологией, поддержка функций удаленного управления.

       Для организации телефонной связи применяются  технологии IP-телефонии. На рабочие места пользователей устанавливаются IP-телефоны фирмы 3Com. Эта фирма является одним из лидеров среди производителей сетевого оборудования и в тоже время отличается невысокими ценами.

Таблица 2- Перечень оборудования для рабочих мест 

6. Пассивное сетевое оборудование

       Внутри  помещений кабели проводятся по стенам в пластиковых коробах. Помимо кабеля Ethernet параллельно в них проводятся силовые кабели для подключения телефонов. На оконечных местах провода выводятся в розетки на коробах.

       Между комнатами кабели проводятся в лотках над подвесным потолком, это позволяет использовать кратчайшие маршруты прокладки кабеля и обеспечивает аккуратность и красоту организации. Провода между этажей проводятся через коммуникационный стояк. В серверном  помещении кабели укладываются под фальшпол.

       Кабель  UTP 4-cat 5e, КССПВ-5е. 

7. Распределение адресного пространства

       Главное требование, предъявляемое при распределении  адресного пространства сети- уникальность IP-адресов. Диапазон составляет: 192.168.0.0-192.168.255.0. В рамках указанного диапазона администратор может выбирать адреса произвольным образом, руководствуясь синтаксическими правилами. Таблица распределения адресного пространства проектируемой сети приведена в Приложении 3. 

8. Проверочный расчет времени двойного оборота

       В сети Fast Ethernet время передачи кадра минимальной длины должно быть не меньше PDV-времени двойного оборота сигнала. PDV складывается из задержек сигналов в кабелях и задержек, вносимых сетевыми адаптерами и коммутаторами. Время передачи кадра минимальной длины составляет 512 битовых интервала. Задержки, вносимые прохождением сигналов по каждому метру неэкранированной витой пары 5-ой категории, составляет 1,112 бит.  Задержки, которые вносят два взаимодействующих через коммутатор сетевых адаптера составляет 100 бит. Между двумя наиболее удаленными друг от друга узлами сети суммарная длина сегментов составляет 130 метров. Сегменты соединены тремя коммутаторами. Таким образом, время двойного оборота сигнала составляет: 444,56 бит- это значение меньше времени передачи кадра минимальной длины.