Министерство образования и науки

Московский  Государственный Горный Университет

Кафедра автоматизированных систем управления 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»

на тему: «Проектирование локальной вычислительной сети» 

  
 
 
 

Выполнила:

студентка гр. АСУ-2-08

Андерсон  Д.Л.

Проверила:

проф., д. т. н.  Шек В.М. 

Оценка:_____________ 
 
 
 
 

Москва 2011

 
 

Содержание 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Введение 

   Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой объединение компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе 1-2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может иметь и более протяженные размеры. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.

    В этом курсовом проекте рассматривается построение локальной сети в офисе call-центра.

    Для чего нужна локальная сеть:

• Ускорение электронного документооборота, оперативный доступ к информации, повышение качества внутрифирменного взаимодействия, совместный доступ к ресурсам (файлам, принтерам и другим устройствам);
• Надежные средства резервирования и хранения данных;
• Защита от несанкционированного доступа;

   В итоге объединение компьютеров  в локальную сеть существенно  сократит время на выполнение тех  или иных операций, облегчит передачу, сбор и хранение информации, соответственно будет выполняться большее количество работы, а это в свою очередь ведет к увеличению прибыли предприятия или фирмы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Задание  на курсовой проект 

Спроектировать  неоднородную сеть ЭВМ по данным соответствующего варианта. В проекте необходимо принять и обосновать архитектуру сети, принять реальные системы в узлах сети. Рассчитать производительность каналов и соединительной аппаратуры или устройств, рассчитать показатели:

• стоимость
• производительность
• надежность
• безопасность

 

Спроектировать 2 варианта сети. Принять наилучший  из них по указанным критериям  и параметрам.  

Данные по заданию:  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Описание  локально-вычислительной  сети

      Данная локальная сеть разрабатывается для Call-центра МТС.

Call-центр  — это современный и удобный  метод связи с клиентами, call-центр  позволит всегда знать мнение потребителей, что так важно для надёжной компании. В тоже время задача эта не из лёгких: для грамотной консультации клиентов сотрудники центра должны иметь хорошую подготовку. Только квалифицированные операторы смогут не только решить проблемы клиента, но и заинтересовать его новыми продуктами и услугами.

   Для повышения эффективности оказываемых  услуг необходимо наличие высокоскоростного  Интернета и грамотно построенной  локальной сети внутри организации.

   Разрабатываемая локальная сеть будет использоваться для обеспечения доступа к сети Internet, хранения на общем сервере большого количества документации.

   Локальная сеть будет состоять из 46 АРМ, разделенных на 2 сегмента, а также одного общего сервера. Сегментация сети необходима, так как организация занимает двухэтажное здание. Сервер будет находиться на втором этаже.

   Соединительные  сетевые провода будут располагаться  в специальных технологических  каналах под искусственным напольным  покрытием, такой метод прокладки  кабеля увеличивает длину между  рабочей станцией и коммутатором, однако в целях безопасности такое решение является оптимальным. 

3.Топология  сети

Вычислительная  сеть состоит из вычислительных машин  и сети передачи данных (сети связи). Вычислительная сеть классифицируются по геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительная сеть, широкомасштабная сеть, региональная сеть, локальная сеть. Требования, предъявляемые к вычислительной сети в данной прикладной области, определяют географические масштабы ВС и скорости передачи данных.

Шина

Топология типа шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. В сети с топологией «шина» (рис.1.) компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов.

                  

                                

Рис.1. Топология «Шина»

Достоинства

• Небольшое время установки сети;
• Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
• Простота настройки;
• Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети.

Недостатки

• Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
• Сложная локализация неисправностей;
• С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

 
 
 

Звезда

Звезда́ — базовая топология компьютерной сети (рис.2), в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу ,образуя физический сегмент сети.

                        

                              Рис.2. Топология «Звезда» 

Достоинства

• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
• Хорошая масштабируемость сети;
• Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
• Высокая производительность сети;
• Гибкие возможности администрирования.

Недостатки

• Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;
• Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
• Конечное число рабочих станций , т.е. число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

 

Кольцо

При кольцевой  топологии (рис.3.) сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо. 

                        .

Рис.3.  Топология «Кольцо» 

Ячеистая

Ячеистая топология — базовая полносвязная топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими другими рабочими станциями этой же сети (рис.4.).

                       

Рис.4. Ячеистая топология.

Достоинства

• надёжность, при обрыве кабеля у компьютера в сети остаётся достаточно путей соединения.

Недостатки

• большая стоимость установки;
• сложность настройки и эксплуатации.

 

При разработке сети была выбрана топология «звезда» ввиду простой реализации и высокой надежности (к каждому компьютеру идет отдельный кабель).

Вариант 1:Fast Ethernet с использованием 2 коммутаторов.  

 

Рис. 5. Топология Fast Ethernet с использованием 2 коммутаторов

                     В каждом сегменте по: 9АРМ – 0.2, 14АРМ – 1.2.

9*0.2+14*1.2 = 1.8+16.8 = 18.6Мбит/с

1комутатор: 18.6Мбит/с – нагрузка со всех АРМ в сегменте;

                      1.8Мбит/с (10%) – нагрузка с сервера;

                      9.3Мбит/с (50%) – нагрузка со 2го коммутатора ;

                     3.7 Мбит/с (20%) – нагрузка с Интернета;

2комутатор: 18.6Мбит/с – нагрузка со всех АРМ в сегменте;

                      3.7Мбит/с (20%) – нагрузка с сервера;

                      9.3Мбит/с (50%) – нагрузка со 1го коммутатора;

                     5.6 Мбит/с (30%) – нагрузка с Интернета;

Интернет:    5.6 Мбит/с (30%) – нагрузка с 2х коммутаторов;

                     ( с 1го: 1.8Мбит/с (10%), со 2го: 3.7 Мбит/с (20%));

                     1.8Мбит/с (10%) – нагрузка с сервера;

Сервер:       9.3Мбит/с (50%) – нагрузка  2х коммутаторов;

                    ( с 1го: 1.8Мбит/с (10%), со 2го: 3.7 Мбит/с (20%));

                    1.8Мбит/с (10%) – нагрузка с Интернета.

Т.к. коммутатор поддерживает информацию до 100Мбит/c, то эта нагрузка подходит для данной схемы.  

Вариант 2: Fast Ethernet с использованием 1 маршрутизатора и 2 коммутаторов.  

Рис. 6. Топология Fast Ethernet с использованием 1 маршрутизатора и 2 коммутаторов. 

     

   Схема локальной сети 

   Ниже  представлена схема расположения компьютеров и протяжки кабелей по этажам. 

Рис. 7. Схема расположения компьютеров и прокладки кабеля на 1 этаже. 

 

Рис.8. Схема расположения компьютеров и прокладки кабеля на 2 этаже. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.Обоснование выбора технологии

  Для выбора технологии рассмотрим таблицу сравнений технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet (таблица 1).

Таблица 1.

   Характеристики технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet  

    Весьма  существенным преимуществом различных  вариантов Ethernet является обратная совместимость, которая позволяет использовать их совместно в одной сети, в ряде случаев даже не изменяя существующую кабельную систему.

    Эта технология очень сильно распространена и используется в большинстве  локальных сетей. Она удовлетворяет  нашим потребностям, поэтому мы будем  использовать именно её. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.Протоколы

  Современные сети построены по многоуровневому принципу. Чтобы организовать связь двух компьютеров, требуется сначала создать свод правил их взаимодействия, определить язык их общения, т.е. определить, что означают посылаемые ими сигналы и т.д. Эти правила и определения называются протоколами. Для работы сетей необходимо запастись множеством различных протоколов: например, управляющих физической связью, установлением связи по сети, доступом к различным ресурсам и т.д.

  Модель OSI

Модель OSI (рис. 9.) – это эталонная модель представления семи уровней взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, которая указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Каждый уровень имеет дело с совершенно определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

      Рис. 9. Схема передачи сообщения в модели OSI 

Физический  уровень (Physical layer) - самый нижний уровень модели, включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Детально описывает, например, напряжения, частоты, природу передающей среды. Этому уровню вменяется в обязанность поддержание связи и приём-передача битового потока. Безошибочность желательна, но не требуется.

Канальный уровень (Data Link layer) - обеспечивает безошибочную передачу блоков данных (называемых на этом уровне кадрами (frame)) через уровень 1, который при передаче может искажать данные. Этот уровень должен определять начало и конец кадра в битовом потоке, формировать из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности кадров, включать процедуру проверки наличия ошибок и их исправления.

Сетевой уровень (Network layer) - этот уровень пользуется возможностями, предоставляемыми ему уровнем 2, для обеспечения связи любых двух точек в сети. Любых, необязательно смежных. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может иметь много линий связи, или по множеству совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т.е. определения пути, по которому следует пересылать данные.

Транспортный  уровень (Transport layer) - 4-й уровень модели, регламентирует пересылку данных между процессами, выполняемыми на компьютерах сети. Завершает организацию передачи данных: контролирует на сквозной основе поток данных, проходящий по маршруту, определённому третьим уровнем: правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, их комплектность, сохранность, порядок следования. Собирает информацию из блоков в её прежний вид.

Сеансовый уровень (Session layer) - Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. 

Уровень представления (Presentation layer) - этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации, т.е. здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении передаваемую информацию. Здесь решаются такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных и т.д.

Прикладной  уровень (Application layer) - верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удалённый терминальный доступ, электронная передача сообщений, справочная служба и управление сетью. 
 

Семиуровневая модель OSI является теоретической, и  содержит ряд недоработок. Реальные сетевые протоколы вынуждены отклоняться от неё, обеспечивая непредусмотренные возможности, поэтому привязка некоторых из них к уровням OSI является несколько условной. 

Основными сетевыми протоколами являются:  
- NetBEUI  
- NWLink (IPX/SPX)  
- TCP/IP 

  Стек  протоколов TCP/IP

  TCP/IP - это средство для обмена информацией  между компьютерами, объединенными  в сеть. Не имеет значения, составляют  ли они часть одной и той  же сети или подключены к  отдельным сетям. Не играет  роли и то, что один из них  может быть компьютером Cray, а другой Macintosh. TCP/IP - это не зависящий от платформы стандарт, который перекидывает мосты через пропасть, лежащую между разнородными компьютерами, операционными системами и сетями. Это протокол, который глобально управляет Internet, и в значительной мере благодаря сети TCP/IP завоевал свою популярность. 

NWLink (IPX/SPX) 

  Протокол NWLink поддерживает два интерфейса прикладного  программирования (API): NetBIOS и Windows Sockets. Эти интерфейсы позволяют обеспечить связь компьютеров под управлением Windows между собой, а также с серверами NetWare.

  Протокол IPX предназначен для передачи дейтограмм в системах, неориентированных на соединение, он обеспечивает связь между NetWare серверами и конечными станциями.

  SPX (Sequence Packet eXchange) и его усовершенствованная модификация SPX II представляют собой транспортные протоколы 7-уровневой модели ISO. Это протокол гарантирует доставку пакета и использует технику скользящего окна (отдаленный аналог протокола TCP). В случае потери или ошибки пакет пересылается повторно, число повторений задается программно. 

  NetBEUI

  NetBEUI  -  это  протокол,  дополняющий  спецификацию  интеpфейса  NetBIOS, используемую  сетевой операционной системой. NetBEUI фоpмализует кадp тpанспоpтного  уpовня, не стандаpтизованный в  NetBIOS. Он  не  соответствует какому-то  конкpетному  уpовню модели OSI, а охватывает тpанспоpтный  уpовень,  сетевой уpовень и подуpовень LLC канального уpовня. NetBEUI  взаимодействует напpямую  с NDIS  уpовня  MAC. Таким обpазом это не маpшpутизиpуемый пpотокол. 
 
 
 
 
 
 
 
 

6.Аппаратное обеспечение сети

6.1.Рабочии станции

  Рабочая станция  — комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения определенного круга задач.

Рабочая станция как место работы специалиста  представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройства ввода-вывода, отделённые и часто удалённые от управляющего компьютера), набор необходимого ПО, по необходимости дополняемые вспомогательным оборудованием: печатающее устройство, внешнее устройство хранения данных на магнитных и/или оптических носителях, сканер штрих-кода и пр..

Компьютеры в  локальной сети подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных, создают документы, делают расчёты). Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные.  

  6.2.Основные группы кабелей, используемые в локальных сетях 

На сегодняшний  день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Они выступают  в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Существуют различные  типы кабелей, которые удовлетворяют  потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

Выделяют три  основные группы кабелей:

• коаксиальный кабель;
• витая пара:
• оптоволоконный кабель.

 
 
 
 

   Коаксиальный кабель

  Самый простой коаксиальный кабель состоит  из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоем металлической оплетки. Некоторые типы коаксиальных кабелей покрывает металлическая сетка – экран (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

  Существует  два типа коаксиальных кабелей:

• тонкий коаксиальный кабель;
• толстый коаксиальный кабель.

  Тонкий  коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0.25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети.

  Толстый (thick) коаксиальный кабель – относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet – популярной сетевой архитектуре. Толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер (transceiver).  
 
 

   Витая пара 

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. 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 при передаче дифференциальных сигналов. 

Оптоволоконный  кабель

   Оптоволокно имеет отличные характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; устойчивость к электромагнитным помехам; может передавать голос, видеоизображения и данные. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо большей полосой пропускания, чем коаксиальный кабель, а стоимость сети получится не намного дороже, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

   В оптоволоконном кабеле используется  свет, а не электричество. Волокно  применяется в качестве световода  и позволяет передавать сигналы  на большие расстояния и с большой  скоростью. 

6.3.Коммутационное оборудование

Повторитель (англ. repeater) - предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путем повторения электрического сигнала "один в один". Бывают однопортовые повторители и многопортовые.

   Мост (от англ. bridge - мост) - является средством передачи кадров между двумя (и более) логически разнородными сегментами. По логике работы является частным случаем коммутатора. Скорость обычно 10 Мбит/с (для Fast Ethernet чаще используются коммутаторы).

   Концентратор  или хаб (от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Хаб является частным случаем концентратора.

   Коммутатор  или switch (от англ. — переключатель) — Это устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.