Проектирование ЛВС в предприятии

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

 

Карагандинский государственный  технический университет

 

 

Кафедра             ТСС 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине:Основы построения и САПР сетей телекоммуникаций

Тем:                        Проектирование ЛВС в предприятии____________                                                                                                                                                                                                                                   

 

 

 

 

 

Руководитель: Белик Г.А.

^{(оценка)}                

Члены комиссии:          ^{(подпись, дата)}

Мехтиев А.Д. Студент: гр.      РЭТ-09- 3 

Белик Г.А.                      Трофимов В.А.  

Кшалова А.А.                            

^{(подпись, дата)}

 

2012

 
КАРАГАНДИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технологии  и системы связи»

 

                                                                                 Утверждаю

Зав.кафедрой  Мехтиев А.Д.                                                                                          «____»___________2012г.

Задание №1

на курсовой проект (работу) по дисциплине:

                  Основы построения и САПР сетей телекоммуникаций                        _                                        

Студент: Трофимов В.А.  Группа РЭТ-09-3

Тема: Проектирование ЛВС в предприятии

Исходные данные___________________________________________________

 

 

№	Содержание пояснительной записки	Сроки выполнения	Примерный объем
1	Введение	10/03/12	2
2	Основы Frame Relay	16/03/12	8
3	Техническое задание	18/03/12	3
4	Анализ и выбор методов построения сети	20/03/12	8
5	Распределение IP-адресов	23/03/12	5
6	Выбор сетевого оборудования	6/04/12	5
7	Стоимость оборудования	10/04/12	8
8	Заключение	15/04/12	1
9	Список использованной литературы	20/04/12	1

 

Список рекомендуемой литературы:

 

1. Локальные вычислительные сети: Пособие Епанешников А.М. Епанешников В.А. Диалог-МИФИ 2005
2. Олифер В.Г., Олифер Н.А.  Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПБ: Издательство "Питер", 2000. - 672 с.
3. Барсуков В. С., Тарасов О. В. Новая информационная технология. Вычислительная техника и ее применение. 2001, №2, с. 14-16.

 

Дата выдачи задания                                       Дата защиты                             .    

Руководитель проекта       Белик Г.А.

Задание принял к исполнению_____________________________________ 

  Дата, подпись студента

 

 

Содержание

 

Введение 4

1. Основы Frame Relay 6

1.1 Топология сети Frame Relay 6

1.2 Формат кадра Frame Relay 6

1.3 Механизм управления потоками 7

1.4 Средства защиты от сбоев 8

1.5 Способы построения сети Frame Relay 9

1.6 Основные критерии выбора оборудования 10

1.7 Каналы для сетей FR 11

1.8 Концепция согласованной скорости передачи информации 11

1.9 Недостатки технологии 12

2 Техническое задание 14

3 Анализ и выбор методов построения сети 20

3.1 Выбор топологии сети 20

3.2 Выбор модели сети 23

3.3 Анализ и расчет информационных потоков 25

3.4 Выбор стандарта 28

3.5 Выбор кабельной системы 30

4 Распределение IP-адресов 33

5 Выбор сетевого оборудования 35

5.2 Выбор аппаратного обеспечения 39

5.3 Выбор сетевого программного обеспечения 41

5.4   Планирование информационной безопасности ЛВС 45

6  Стоимость оборудования 49

Заключение 51

Список использованной литературы 52

  

 

Введение

 

Передача  информации между компьютерами существует с самого момента возникновения  вычислительной техники. Она позволяет  организовать совместную работу отдельных  компьютеров, решать одну задачу с помощью  нескольких компьютеров, специализировать каждый из компьютеров на выполнении какой-то одной функции, совместно  использовать ресурсы и решать множество  других проблем. Способов и средств  обмена информацией за последнее  время предложено множество: от простейшего  переноса файлов с помощью дискеты  до всемирной компьютерной сети Internet, способной связать все компьютеры мира.

Все большие  и большие объемы клиент-серверного трафика передаются по глобальным сетям. Трафик, порождаемый клиент-серверными приложениями, написанными для локально-сетевых  сред, имеет, как правило, чрезвычайно  неравномерный характер: значительная пропускная способность требуется  в течение коротких интервалов времени. Передача такого трафика по выделенным линиям (TDM-коммутация) или по сети с временным разделением каналов не эффективна, поскольку большую часть времени доступная емкость расходуется впустую: временные слоты резервируются вне зависимости от того, передается информация или нет.

В то же время, рост компьютерных приложений, требующих высокоскоростных коммуникаций, распространение интеллектуальных ПК и рабочих станций, доступность  высокоскоростных линий передачи с  низким коэффициентом ошибок - все  это послужило причиной создания новой формы коммутации в территориальных  сетях.

Первой технологией, соединяющей  глобальные и локальные сети, была Х.25, которая сегодня постепенно отмирает. Более прогрессивными стали появившиеся в 1984 году сети Frame Relay. При их использовании данные разделяются на кадры (фреймы) разной длины передающим устройством, причем каждый кадр содержит заголовок с адресом получателя. После передачи они собираются на приемном конце. Максимальная скорость передачи данных в ранних версиях составляла 2 Мбита. Позже у некоторых вендоров появились варианты, поддерживающие скорости до 44,725 Мбит/с, но широкого распространения, в связи с появлением ATM, они не успели получить. 

 

Рисунок 1 - Схема сети Frame Relay

 
Как видно из рисунка 1, для каждого типа трафика может задаваться свой виртуальный канал (PVC), и соответственно может быть организована своя топология соединений. Скорость регулируется параметрами CIR (минимальная информационная скорость) и AR (скорость физического канала). Для соединения узлов Frame Relay обычно используется сеть SDH, а для организации каналов менее чем Е1 - мультиплексоры TDM. На практике скорости более 128 кбит используются редко - более быстрое оборудование для соединения на "последней миле" появилось совсем недавно и успело устареть до своего широкого внедрения.   К достоинствам технологии можно отнести высокий уровень защиты данных, что в совокупности с прозрачность FR для протоколов более высокого уровня снискало ему популярность в кругах распределенных банковских и корпоративных сетей.

Основными требованиями к такой технологии являются:

• высокая скорость:
• низкие задержки;
• разделение портов и разделение полосы пропускания на основе виртуальных каналов.

TDM-коммутация каналов обладает первыми двумя характеристиками. X.25-коммутация пакетов - последними двумя.

Трансляция  кадров, разработанная, как новая форма коммутации пакетов, как утверждается, обладает всеми четырьмя характеристиками. Эта новая технология носит название FRAME RELAY (FR).

Следует отметить, что новая технология имеет  сильную коммерческую сторону, о  чем говорит все более повышающееся количество поставщиков и пользователей  услуг FR. Очевидно, что накоплен не малый опыт и в области сервиса услуг FR.Термин "Frame Relay" еще не нашел устойчивого русского аналога. С точки зрения принадлежности этого метода ко множеству способов коммутации можно было бы использовать словосочетание "коммутация кадров". Вместе с тем другой вариант - "трансляция кадров" - подчеркивает особенности архитектуры, направленные на ускорение обработки в узлах.

 

1. Основы Frame Relay

1.1 Топология сети Frame Relay

 

Соединения  FR функционируют на канальном уровне - второй уровень модели OSI, используя общую (public), частную (private) или гибридную (hybrid) среду передачи.

Сеть  FR состоит из переключателей (switches) FR, объединенных цифровой средой передачи. Конечное оборудование, к примеру, маршрутизаторы, связываются через FR сеть в одном или нескольких направлениях. В стандартной терминологии, переключатели FR принадлежат к классу устройств DCE (Data Communications Equipment), а конечное оборудование пользователя - к классу DTE (Data Terminal Equipment).

DTE объединяются по спецификациям протокола FR UNI (FR User-to-Network Interface). Переключатель FR, представляющий UNI, читает адреса приходящих кадров и маршрутизирует в соответствующем направлении.

Физически сети FR образуют ячеистую структуру коммутаторов. Протокол FR может интегрироваться c многими протоколами, такими как ATM, X.25, IP, SNA, IPX и. т.д. .

FR позволяет передавать кадры размером до 4096 байт, а этого достаточно для пакетов Ethernet и Token Ring, максимальная длина которых составляет 1500 и 4096 байт соответственно. Благодаря этому FR не предусматривает накладные расходы на сегментацию и сборку.

 

1.2 Формат кадра Frame Relay

 

Для транспортировки  по сети FR, данные сегментируются в кадры Один или несколько однобайтовых флагов служат для разделения кадров.

Кадр  имеет различную длину, а заголовок  коммутируемого кадра содержит 10-битовый  номер, идентификатор соединения канала данных (Data Link Connection Identifier - DLCI).

Приведем  назначение полей заголовка кадра  FR:

DLCI - идентификатор соединения;

C/R - поле прикладного назначения, не используется протоколом FR и передается по сети прозрачно;

EA - определяет 2-х, 3-х или 4-х байтовое поле адреса;

FECN - информирует узел назначения о заторе;

BECN - информирует узел-источник о заторе;

DE - идентифицирует кадры, которые могут быть сброшены в случае затора.

Роль  идентификатора соединения DLCI:

Каждое  соединение PVC имеет 10-битовый идентификатор, включаемый в заголовок кадра FR, называемый DLCI. Это число присваивается порту узла FR. При установке PVC, соединению назначается один уникальный номер DLCI для порта-источника и другой для порта назначения (удаленного порта). DLCI присваиваются только конечным точкам PVC - сеть FR автоматически назначает DLCI внутренним узлам передачи.

Таким образом сфера действия DLCI ограничивается только локальным участком сети, что позволяет сети поддерживать большое число виртуальных каналов. Благодаря этому разные маршрутизаторы в сети могут повторно использовать тот же самый DLCI; это позволяет сети использовать большее число виртуальных каналов. Таблицы перекрестных соединений (Cross-Сonnect Tables), распространяемые между всеми коммутаторами FR в сети, устанавливают соответствие между входящими и исходящими DLCI.

Используя DLCI, DCE направляет данные от DTE через сеть в следующей последовательности:

FR DTE инкапсулирует пришедший пакет или кадр в FR-кадр. DTE задает корректный DLCI-адрес, который берется из специальной таблицы рандеву (look-up table), в которой определено соответствие между локальным адресом пакета и соответствующим номером DLCI.

DCE проверяет целостность кадра, используя контрольную последовательность FCS и в случае обнаружения ошибки сбрасывает кадр.

DCE ищет номер DLCI в таблице перекрестных соединений (Cross-Connect Table) и, в случае если для указанного DLCI не определена связь кадр сбрасывается.

DCE отправляет кадр к узлу назначения, через выталкивание кадра в порт, специфицированный в таблице перекрестных ссылок.

Эти шаги представляют интерес и будут  рассмотрены подробнее в соответствующих  разделах.

 

1.3 Механизм управления потоками

 

Технология  FR имеет специальный механизм управления потоками, позволяющий обеспечивать более гибкое мультиплексирование разнородного трафика.

Управление  потоком - это процедура регулирования скорости, с которой маршрутизатор подает пакеты на коммутатор. Если принимающий коммутатор не в состоянии принять еще какие-либо пакеты (например, из-за перегрузки), то при помощи данного протокола можно потребовать приостановить отправку пакетов с маршрутизатора и, после разгрузки, продолжить ее. Этот процесс гарантирует, что принимающему коммутатору не надо отбраковывать кадры. FR не поддерживает этот протокол в полной мере; если у коммутатора FR не достаточно буферного пространства для приема поступающих кадров, то он отбраковывает кадры с установленным флагом DE - разрешение на отбраковк. Однако, маршрутизатор может инициализировать процедуру восстановления данных, что может привести к еще большему затору.

Решение этой проблемы возлагается частично на протоколы верхлежащего уровня, например, - TCP/IP, который поддерживает некоторую степень механизма управления потоками, а также на использование битов FECN, BECN - флагов явного извещения о перегрузке в прямом и обратном направлениях (см. рис.4), причем последние являются особенностями FR.

Информационные  биты FECN и BECN выставляются в момент попадания кадра в затор трафика. Маршрутизаторы с интерфейсом FR могут расшифровать значения этих битов и активизировать управление потоком на базе протокола верхлежащего уровня, например, - TCP/IP.

Надо  отметить, что представленный механизм не вписался бы в концепцию регламентирования  пропускной способности сети, поддерживаемую FR, без введения соглашения о согласованной скорости передачи информации (Committed Information Rate, CIR).

 

1.4 Средства защиты от сбоев

 

Осуществление соединения по глобальной сети связано  с некоторой неопределенностью, т.к вы не владеете этой сетью и, таким образом, не имеете контроля над трактами. В подобных ситуациях соединения по глобальной сети, должны быть чрезвычайно отказоустойчивы. FR отвечает этому требованию благодаря обеспечению динамической ремаршрутизации в случае отказа PVC.

Физически сети FR образуют ячеистую структуру коммутаторов (см. рис.1 и рис.2). Одно из преимуществ такой ячеистой конфигурации состоит в том, что она обеспечивает определенную степень отказоустойчивости. Если из-за выхода из строя какого либо узла PVC становится недоступным, то соседний коммутатор перенаправит соединение по альтернативному информационному каналу. В результате характеристики передачи лишь несколько ухудшатся. Кроме того, благодаря такой ячеистой конфигурации коммутаторы могут направлять кадры в обход других коммутаторов, если те испытывают значительную перегрузку.

Для защиты от сбоев на уровне узла операторы  или администраторы FR предлагают две опции: запасные и резервные PVC. В случае запасного соединения (standby PVC) PVC устанавливается и активизируется в запасном узле; этот канал имеет существенно меньшую скорость CIR, чем основное PVC. Если вдруг узел пострадает от землетрясения или пожара, то запасное PVC будет активизировано практически немедленно.

В случае резервного соединения (backup PVC) PVC устанавливается на запасной площадке, но не активизируется. Если функционирование основного узла невозможно, PVC будет активизировано. Запасное PVC подходит для наиважнейших приложений благодаря тому, что его емкость может быть временно увеличена для предоставления более высокой пропускной способности; администратору сети достаточно только программного вмешательства в конфигурацию сети и будет предоставлена дополнительная пропускная способность до тех пор, пока основной канал не будет восстановлен.

Описанный подход FR к защите от сбоев более гибок и менее дорогостоящ, нежели у TDM. В случае TDM вы должны будете иметь несколько запасных выделенных линий. Такая конфигурация и дорога и сложна. После аварий администратору придется переконфигурировать все оборудование, в том числе маршрутизаторы и CSU/DSU.

 

1.5 Способы построения сети Frame Relay

 

Услуги  FR предлагают все больше и больше телекоммуникационных компаний во всем мире. Как правило, они извлекают максимальную пользу из этой технологии путем интегрированной передачи по сети FR данных, трафика ЛВС, речи и факсов. При построении корпоративной сети на базе технологии FR, как правило, рассматриваются три основных варианта ее организации.

Частная сеть на базе выделенных линий. Компания арендует линии связи и приобретает необходимое оборудование (коммутаторы, маршрутизаторы или мультиплексоры). Построенная на их базе сеть является собственностью фирмы и находится под ее полным контролем.

Виртуальная частная сеть. Фирма покупает услуги сетей FR у телекоммуникационных компаний. При этом она либо приобретает абонентское оборудование FR вместе с услугами или независимо от них, либо арендует это оборудование у телекоммуникационного оператора. Таким образом, фирма создает частную корпоративную сеть с использованием услуг сетей FR общего пользования и осуществляет полный контроль над сетью и административное управление ею.

Соглашение  с внешней организацией о создании и управлении сетью. Существующая корпоративная сеть передается телекоммуникационной компании, которая осуществляет административное управление этой сетью в интересах фирмы-клиента, а кроме того, предоставляет услуги связи, оборудование и реализует поддержку сети. Существует ярко выраженная рыночная тенденция к таким соглашениям; на данной основе в мире функционирует 30% корпоративных сетей. Эта тенденция обусловлена как неспособностью или нежеланием многих компаний самостоятельно справляться с дорогостоящей и сложной эксплуатацией корпоративных сетей, так и глобальной экспансией телекоммуникационных операторов, которые постоянно расширяют спектр предоставляемых услуг.

 

 

 

1.6 Основные критерии выбора оборудования

 

В этом пункте приведены основные критерии выбора оборудования доступа в сети FR, которое сможет удовлетворить не только нынешние, но и будущие потребности корпоративной сети.

Универсальность решений и возможность наращивания:

• один поставщик - начиная от решения малого офиса до коммуникационной платформы для управления крупной компанией. Этим достигается сокращение расходов на приобретение оборудования и на расширение его возможностей в будущем;
• интеграция речи, данных, факсимильных сообщений и трафика ЛВС позволяет использовать максимум пропускной способности сети;
• поддержка магистрального канала с высокой пропускной способностью (от n*64 Кбит до 2 Мбит/с).

Поддержка передачи речи:

• компрессия по стандарту G.729 (рекомендован к использованию консорциумом FR Forum);
• приоритетная обработка речевых пакетов;
• поддержка интерфейсов учрежденческой АТС для нескольких каналов T1/E1;
• коммутация речи - установление связи между несколькими пунктами и автоматическая маршрутизация телефонного вызова в пределах корпоративной сети в обход учрежденческой АТС;
• использование современных технологий - буфера фазового дрожания; подавления речевых пауз и эха;
• поддержка сигнализации (QSIG, ISDN);
• широкий выбор телефонных интерфейсов (E&M, FXS, FXO).
• Поддержка передачи данных
• маршрутизация протоколов IP и IPX;
• многопротокольная поддержка SNA (RFC 1490), IP, IPX, HDLC, асинхронный X.25;
• поддержка сервисов ISDN; соединение по требованию (COD), полоса пропускания по требованию (BOD), автоматическое подключение резервного канала ISDN;
• поддержка функций брандмауэра;
• использование одного IP;
• встроенные устройства DCU/CSU для подключения к сети DDS;
• компрессия данных.

Управление.Установленные в устройстве программы-агенты SNMP и приложение сетевого администрирования должны в полной мере обеспечивать конфигурирование, диагностику и непрерывный контроль с центральной консоли управления.

Резервирование.Необходимо наличие резервных магистрального порта, модуля управления и источника питания.

 

1.7 Каналы для сетей FR

 

Как показал  опыт, в том числе российский, для этой цели могут служить следующие  каналы.

Цифровые  выделенные каналы связи. Их использование является наиболее очевидным и естественным вариантом, если есть средства на их развертывание.

Физические  линии. Если организация имеет физические (неуплотненные) линии, то при помощи соответствующих модемов (ближнего действия или HDSL) можно получить наложенные цифровые каналы со скоростью передачи до 2 Мбит/с. Без применения репитеров такие каналы обеспечивают связь на расстоянии до 16 км. Причем дальность связи обратно пропорциональна диаметру провода и скорости передачи. На оптоволокне при помощи модемов RAD можно достичь быстродействия до 38 Мбит/с (E3).

Выделенные  каналы тональной частоты (ТЧ). Многочисленные эксперименты и практическая эксплуатация сетей FR (особенно в России) подтвердили возможность использования каналов ТЧ в сетях FR. При этом необходимо применение качественных профессиональных модемов, постоянное слежение за состоянием каналов, а так же оптимизация топологии сетей. При построении сети FR на базе каналов ТЧ следует избегать топологий с большим количеством промежуточных узлов, иначе FR будет работать неэффективно.

 

1.8 Концепция согласованной скорости передачи информации

 

CIR - минимальная пропускная способность, гарантированная каждому PVC или SVC. Эта скорость (измеряется в битах в секунду) выбирается клиентом сети FR в соответствии с объемом данных, которые он собирается передавать по сети, и гарантируется она оператором сети FR или администратором. На текущий момент скорость варьируется от 16 Кбит/с до 44,8 Мбит/с. Если пакетные посылки не превосходят скорость порта подключения клиента и пропускная способность сети FR в данный момент имеет свободные ресурсы, то клиент может превысить согласованное значение CIR. Скорость, с которой клиент посылает данные при наличии достаточной пропускной способности, называется оverscription rate.

В случае перегруженности сети, коммутаторы  отбрасывают избыточные (выходящие  за пределы CIR) кадры. Поле разрешения на отбраковку (DE) в кадре FR позволяет регулировать этот процесс. Для каждого кадра, пересылаемого по сети, коммутатор FR устанавливает бит DE, если данный кадр превышает спецификацию CIR клиента. В случае затора кадры, с установленным флагом DE могут быть отбракованы.

Реально, в сетях FR, наряду с CIR используется усредненная за определенный промежуток времени Tc (скажем, за одну секунду) скорость, которую сеть "обязуется" поддерживать по соединению PVC или SVC.

Усреднение  по времени играет здесь важную роль. Предположим, что через линию  доступа с пропускной способностью 64 Кбит/с пользователь определяет одно виртуальное соединение с CIR, равной 32 Кбит/с. Это значит, что приняв, например, в первые полсекунды 32 Кбит, коммутатор вправе отвергнуть все остальные биты, пришедшие за остальные полсекунды. Поэтому вводится понятие согласованного импульсного объема передаваемой информации (Committed Burst Size - Bc) - максимального объема данных, который сеть "обязуется" передавать за время Tc. Это время вычисляют следующим образом: Tc=Bc/CIR, а по своей сути оно пропорционально неравномерности трафика.

Если  кадры не укладываются в рамки, задаваемые параметрами CIR и Bc, то они передаются с установленным битом DE. При этом часто используют еще один параметр - избыточный импульсный объем передаваемой информации (Excess Burst Size - Be). Он определяет максимальный объем данных сверх Вс (избыточные данные), который коммутатор попытается передать в течение времени Тс (см. рис 4). Вероятность доставки данных Ве, передающихся с установленным флагом DE, очевидно, ниже вероятности доставки данных Вс. Все данные, превышающие объем Ве, коммутатор отбраковывает. Как видно из рисунка 5, пропускная способность линии доступа делится на три зоны:

• согласованные данные, с гарантированной передачей;
• избыточные данные (с установленным битом DE), которые передаются в зависимости от доступных сети ресурсов;
• все данные сверх избыточных, которые коммутатор автоматически отбрасывает.

Реализация  этих правил может существенно различаться  как в оборудовании FR различных производителей, так и в сетях компаний - поставщиков услуг FR. Широко используется случай предоставления пользователю выбора только одного параметра соединения - скорости CIR. При этом граница избыточных данных передвигается "вверх" и приравнивается скорости порта доступа. Таким образом устраняется "мертвая зона", при попадании в которую данные автоматически сбрасываются.

 

1.9 Недостатки технологии

 

Основной  недостаток технологии FR следует из того, что FR является протоколом канального (второго в модели OSI) уровня. FR ‘не различает’ протоколы вышележащих уровней. Из этого вытекает множество проблем. Например, даже если в сети используется один протокол сетевого уровня, скажем IP, FR не ‘отличит’ трафик жизненно важного для работы предприятия приложения клиент-сервер от достаточно второстепенного трафика, идущего с сервера Web. Один из способов отделить эти трафики друг от друга - использовать для каждого из них свое виртуальное соединение, что, впрочем потребует дополнительных расходов на второе виртуальное соединение.

Основными недостатками технологии Frame Relay являются:

- высокая стоимость качественных  каналов связи;

- не обеспечивается достоверность  доставки кадров.

Среди прочих проблем можно назвать операции IP-мультикастинга, отсутствие широковещательного множественного доступа (Non-Broadcast Multiple Access - NBMA) и др. Большинство первых сетей Frame Relay поддерживали только службу постоянных виртуальных каналов, а служба коммутируемых виртуальных каналов стала применяться на практике только сравнительно недавно.

 

 

 

2 Техническое задание

 

Работа  банка всегда отличалась своей трудоемкостью  вследствие того, что деятельность банка связана с огромным объемом  хранимой и оперируемой информации и сложным  документооборотом. С  внедрением средств компьютерной техники  в деятельность банка его работа значительно упростилась, а во многих случаях ее выполнение значительно  убыстрилось.

Необходимо  разработать проект локальной вычислительной сети для банка. Структурная схема здания банка представлена на рисунке 2. Общая площадь, занимаемая зданием – 500 м²; рабочая – 250 м², при условии 6 м² на одно рабочее место, всего рабочих мест 32.