Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

В настоящее время наиболее распространенные технологии Ethernet: FastEthernet и GigabitEthernet, они соответственно поддерживают скорость передачи данных 100 и 1000 Мбит/с.

СОДЕРЖАНИЕ

введение

Подготовка квалифицированных специалистов длительна и сложна. Обучение в средней школе и затем в вузе занимает почти треть продолжительности жизни человека. К тому же в современном информационном обществе знания очень быстро теряют свою актуальность. И для того чтобы, специалисту идти в ногу со временем, ему необходимо непрерывно повышать свою компетентность. Поэтому в наше время основная задача среднего и высшего этапов образования состоит не в том, чтобы сообщить как можно больший объем знаний, а в том, чтобы научить эти знания добывать самостоятельно и творчески применять для получения нового знания. На практике это возможно лишь с внедрением в образовательный процесс современных информационных технологий, ориентированных на учебный процесс.

В образовательных учреждениях, информатизации учебного процесса способствуют следующие предпосылки:

Во-первых, растет популярность приложений WorldWideWeb и количество электронных банков информации, которые становятся достоянием каждого человека.

Во-вторых, новые сетевые приложения становятся более требовательными в отношении полосы пропускания - входят в практику приложения Internet, ориентированные на мультимедиа и видеоконференцсвязь, когда одновременно открывается очень большое количество сессий передачи данных.

В-третьих, применение локальной сети необходимо в связи с переходом на новые федеральные государственные образовательные стандарты.

1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ существующих решений для построения сети

Любое сетевое устройство, маршрутизатор, коммутатор, сетевая карта рабочей станции или сервера для своей работы используют сетевую модель OSI, состоящую из семи уровней. Уровни располагаются снизу вверх, на первом, самом низком уровне расположен физический уровень, на седьмом, высшем уровне расположен уровень приложений или прикладной.

В зависимости от используемого оборудования, будут использованы либо физический и канальный – коммутаторы, либо физический, канальный и сетевой – сложные коммутаторы, маршрутизаторы. Существуют мультиуровневые устройства, способные работать на 4 уровне, но в данном дипломном проекте они рассматриваться не будут, из-за специфики применения.

В таблице 1.1 показана сетевая модель OSI с указанием функции на каждом уровне. Высший уровень 7 - прикладной, 6- представительский, 5 – сеансовый, 4 – транспортный, 3 – сетевой, 2 – канальный, самый низший уровень 1 – физический.

Сетевая модель OSI – абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Предлагает взгляд на компьютерную сеть с точки зрения измерений. Каждое измерение обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

Как видно в таблице 1.1 аппаратные сетевые устройства не работают с данными, так как анализ данных требует большой вычислительной способности, дать которую, процессор аппарата не способен.

Таблица 1.1- Сетевая модель OSI

Мы должны понимать, что, если кадры и пакеты имеют ограниченный размер и для их обработки процессор может применять аппаратный алгоритм обработки. То для обработки данных, которые имеют произвольный размер метод обработки только программный, с выделением под это больше оперативной памяти и ресурсов центрального процессора.

Начнём с аппаратных устройств 3 уровня, к которым относятся маршрутизаторы и коммутаторы 3 уровня, которые тоже могут маршрутизировать трафик.

Маршрутиза́тор (router) –сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

Существует 2 вида маршрутизаторов: программный и аппаратный (программно-аппаратный). В первом случае он является частью операционной системы одного из компьютеров сети, во втором случае – специальным вычислительным устройством.

Аппаратный маршрутизатор – специализированное устройство, собранное на узкоспециализированном процессоре RISC или ARM, объединяющее в отдельном корпусе множество маршрутизирующих модулей.

Разделим на 4 уровня работу маршрутизатора:

1) уровень интерфейсов;

2) уровень сетевого протокола;

3) канальный уровень;

4) уровень протоколов маршрутизации.

Уровень интерфейсов (нижний уровень) обеспечивает физический интерфейс со средой передачи данных. Для этого маршрутизатор должен иметь до нескольких десятков разъемов соответствующих типов. Часть интерфейсов используется для подключения к локальной сети, часть – к глобальным сетям. Самой важной характеристикой для потребителя является перечень поддерживаемых маршрутизатором физических интерфейсов (портов). В зависимости от выбранной конфигурации каждый порт поддерживает определенный вид протокола передачи данных. Каждый порт маршрутизатора является конечной точкой подсети, поэтому ему присваивается два типа адресов – локальный и сетевой.

Уровень сетевого протокола реализуется с помощью специального модуля, который вычисляет контрольную сумму пакета, время жизни пакета в сети, отбрасывает поврежденные пакеты. В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизатор имеет функцию фильтрации трафика, т.е. он способен обрабатывать и анализировать отдельные поля пакетов. Для управления этой функцией он оснащается пользовательским интерфейсом, с помощью которого можно без проблем задавать правила фильтрации.

Второй задачей уровня сетевого протокола является обслуживание очередей пакетов, если скорость их обработки меньше скорости поступления. При этом после достижения очереди определенной критической величины, вновь поступающие пакеты отбрасываются.

Третьей и основной задачей сетевого уровня является определение маршрута пакета. Из поля адреса назначения пакета извлекается номер сети, затем маршрутизатор по нему определяет сетевой адрес следующего маршрутизатора и идентификатор своего порта, через который необходимо передать данный пакет. Если этот номер отсутствует, то пакет отбрасывается. Для передачи пакета другому маршрутизатору необходимо перевести его сетевой адрес в локальный, используя специальную таблицу соответствия.

Четвертой функцией сетевого уровня является фрагментация пакетов, если у них не совпадают максимально допустимые значения длины поля данных кадра.

На канальном уровне производится упаковка пакета в кадр соответствующего формата с записью локального адреса следующего маршрутизатора. После этого кадр отправляется в сеть.

С помощью протоколов маршрутизации производится построение таблиц маршрутизации в автоматическом режиме. Эти протоколы не следует путать с сетевыми т.к. они собирают и передают только служебную информацию (в частности об изменениях в сети). В качестве транспорта используются обычные сетевые протоколы.

На основе карт маршрутизации определяется наикратчайший путь до конечного адреса.

В отличие от коммутаторов и мостов, в таблицах маршрутизации записываются номера подсетей, а не MAC-адреса. Вторым отличием является активный обмен с другими маршрутизаторами информацией о топологии связей в подсетях, их пропускная способность и состояние каналов.

К современному маршрутизатору предъявляются следующие требования:

1) скорость работы;

2) функциональность.

Функциональность характеризуется набором поддерживаемых сетевых протоколов, протоколов маршрутизации, портов. Она достигается с помощью использования модульной конструкции, когда в одно шасси устанавливается несколько блоков с портами определенного типа.

Требование скорости работы маршрутизатора особенно важно в современных условиях, когда суммарная скорость движения пакетов может достигать нескольких терабит в секунду. С учетом этого требования маршрутизаторы могут строится:

а) однопроцессорными, когда каждый протокол реализуется с помощью специального программного модуля;

б) многопроцессорными, когда каждый порт имеет свой специальный процессор. При этом для нескольких портов может использоваться и общий специализированный процессор. Такая узкая специализация позволяет существенно увеличить скорость работы маршрутизатора.

Программный маршрутизатор – это рабочая станция или выделенный сервер, имеющий несколько сетевых интерфейсов и снабженный специальным программным обеспечением, настроенным на маршрутизацию.

Под специальным программным обеспечением может выступать ОС на ядре Linux, ОС WINDOWS или ОС FreeBSD, у которой в базовой установке уже заложен функционал маршрутизации.

У каждого из этих видов есть свои характерные преимущества и недостатки. Аппаратные роутеры принято считать более надежным решением, но как показывает практика при наличие прямых рук любая техника работает как надо.

Программные маршрутизаторы обладают более гибким функционалом. Набор функций зависит от программы, количество портов для подключения сетей от количества сетевых карт. Программные маршрутизаторы чаще всего используются как максимально гибкое решение за меньшую стоимость. Понадобится лишь старый компьютер с необходимым количеством сетевых плат. В качестве программной начинки используются всевозможные варианты Linux'a, в т.ч. компактные версии, специально адаптированные для создания программных маршрутизаторов. В последнем случае для компьютера даже жесткий диск не понадобится. Достаточно иметь привод CD-ROM и USB-флешку для хранения файла конфигурации. Сама система загружается с CD-диска, затем подгружает конфигурацию со сменного носителя.

Благодаря программной реализации и мощности центрального процессора, программные маршрутизаторы могут работать вплоть до 7 уровня модели OSI. Как пример, использование антивирусных программ проверяющих проходящий трафик, или блокировка поступающих к клиенту файлов, фильтруя по расширению и размеру.

У каждой реализации маршрутизаторов есть свои плюсы и минусы.

Аппаратные маршрутизаторы:

Плюсы:

- Настройки для удобства могут производятся через web консоль, настройка таким образом значительно ускоряет ввод оборудование в эксплуатацию;

- Специально разработанные внутренние протоколы, позволяющие 2 устройствам одного бренда, получить большую производительность сети;

- Использование специализированных процессоров, позволяющих аппаратно управлять сетевой маршрутизацией;

- Аппаратные устройства имеют все требуемые сертификаты и допуски для предъявления контролирующим органам;

- Компоненты устройства подобраны с учётом их полной совместимости;

- Большая сфера применения;

- Для некоторых устройств пожизненная гарантия;

- Низкое энергопотребление.

Минусы:

- Цена устройств может быть очень высокой;

- Каждое аппаратное устройство имеет предел масштабируемости, после которого нужно покупать устройство классом выше;

- При подключении к устройствам другого бренда теряется часть функционала;

- Необходимость иметь аналогичное устройство про запас, так как если оборудование выйдет из строя, производитель сможет прислать оборудование на замену в течении 1-2 недель;

- Нет возможности работать выше 3 уровня сетевой модели;

Программные маршрутизаторы:

Плюсы:

- Цена устройства в несколько раз может быть ниже при сравнении с аппаратным устройством аналогичной производительности;

- Производительность системы можно легко увеличить с помощью замены комплектующих (добавление оперативной памяти, более производительный процессор или сетевая карта с большей скоростью);

- Благодаря программной реализации доступны все 7 уровней сетевой модели для обработки и фильтрации;

- При использовании специализированного ПО, возможность реализации балансировки по входящим интернет-каналам;

- Возможность использования средств шифрования и туннелирования, доступных только для компьютеров;

- При выходе из строя устройства, его замена проходит с минимальными задержками;

Минусы:

- Для достижения стабильности работы необходима тщательная подборка комплектующих на совместимость;

- Трудность при прохождении специальной сертификации из-за используемых комплектующих внутри компьютера;

- Из-за специфики ОС, программные маршрутизаторы больше подвержены системным сбоям;

- На настройку и запуск оборудования требуется намного больше времени;

- Для реализации специфичного протокола, требуются глубокие знания ОС и языков программирования;

- Большее энергопотребление.

1.2 Требование к информационной системе

Локальная вычислительная сеть должна включать следующие компоненты:

- информационная кабельная подсистема с пропускной способность не менее 100 Мб/с;

- активное оборудование (коммутаторы, маршрутизаторы).

Информационная кабельная подсистема должна строиться в соответствии с требованиями стандарта ISO/IEC 11801 Class D, категория 5е.

Общее количество точек – 120.

Максимальная длина кабеля от информационного порта RJ45 до коммутационной панели не должна превышать 90 м.

Локальная вычислительная сеть в целом должна соответствовать категории не ниже 5Е, все комплектующие (кабель, розетки, коммутационные панели, соединительные шнуры) должны соответствовать категории не ниже 5е.

Для создания локальной вычислительной сети необходимо использовать только высококачественные компоненты, которые прошли стопроцентное тестирование в соответствии с требованиями ISO 9001.

Все кабельные системы локальной вычислительной сети должны быть выполнены с учётом требований по физической защите трасс от повреждения включающих:

- в кабель-каналах;

- крепление кабеля по всей трассе с помощью специальных стяжек по всей длине.

Все порты RJ-45 расположенные на коммутационной панели в коммутационном шкафу должны быть промаркированы таким способом, что бы их можно было однозначно идентифицировать. Маркировка должна быть выполнена типографским способом или при помощи принтера.

Оборудование должно иметь возможность для установки в 19'' коммутационный шкаф.

Число портов активного оборудования должно обеспечивать функционирование всех офисных помещений и иметь дополнительный запас не менее 10%.

Серверное помещение, оснащается телекоммуникационным шкафом не менее 10U. К данному шкафу подводятся кабеля вертикальных и горизонтальных кабельных систем. Так же в нем должно быть установлено активное оборудование. В шкафу необходимо придерживаться следующего расположения. Сверху вниз: медное активное оборудование, источники бесперебойного питания.

Система электропитания рабочих мест ЛВС представляет собой выделенную распределительную электрическую сеть 380/220В, 50Гц, которая подключается к общей системе электроснабжения здания в центральном распределительном устройстве.

Оборудование в составе локальной вычислительной сети должно обеспечивать постоянство физических характеристик канала между портом активного оборудования и абонентским оборудованием вне зависимости от трассы коммутации на панелях переключения распределительных узлов.

Используемые в локальной вычислительной сети оборудование и материалы не должны допускать изменений физико-химических параметров в результате воздействия окружающей среды в течение всего гарантийного срока эксплуатации при условии соблюдения заданных производителем условий эксплуатации.

В случае выхода из строя любого из каналов должна обеспечиваться возможность перехода на использование альтернативного канала.

Используемое оборудование и материалы не должны допускать возможности нанесения вреда здоровью или поражения персонала электрическим током, или электромагнитными излучениями при условии соблюдения правил эксплуатации оборудования.

Применить унифицированные типы кабелей и разъемов в рамках рабочих мест, горизонтальной подсистемы, подсистем внутренних магистралей, а также распределительных узлов, вне зависимости от типов подключаемого абонентского оборудования и активного оборудования различных подсистем.

1.3 Технико – экономическое обоснование

В наше время компьютер стал незаменимой частью как производственной и предпринимательской сферы деятельности человека, так бытовой и сферы отдыха. Персональный компьютер открывает широкий мир возможностей. Он позволяет вести экономические расчеты, хранить результаты этих расчетов, разрабатывать новые проекты во всех отраслях производства (строительство, транспорт, торговля и др.). Огромную роль вычислительная техника оказывает на ускорение научно-технического прогресса, на развитие научных исследований, улучшение подготовки будущих специалистов.

Разработка и внедрение локальной вычислительной сети в техникуме позволит:

- объединить все отделы техникума в единую структуру;

- оперативно обмениваться информацией и сообщениями между всеми работниками, включая руководство самого учреждения.

-  проводить онлайн конференций между всеми сотрудниками и руководителями без отрыва от рабочего места;

- создавать общие ресурсы:

-  использовать общее файловое хранилище;

-  использовать общий сетевой принтер;

-  использовать один общий канал Internet;

- создавать общие сетевые информационные ресурсы (удобный доступ к необходимым специализированным программам или информации);

-  обеспечить контроль и управление политиками доступа к глобальной сети Интернет

Проанализировав все возможности, предоставляемые локальной вычислительной сетью в учреждении, можно отметить, что использование сетевых технологий крайне целесообразно и значительно упростит работу всех сотрудников, а также будет способствовать улучшению образовательного процесса и позволяет снизить затраты огромного количества времени, человеческих и экономических ресурсов.

2 ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

2.1 Планирование сети

В соответствии с заданием необходимо создать оптимальную конфигурацию ЛВС, в двух зданиях, удаленных друг от друга на 4000 м.

Локальную сеть техникума можно охарактеризовать как сложную, что определяется факторами:

- большим числом компьютеров (во всех учебных и административных кабинетах) – 93шт;

- камер – 18 шт;

- сетевых принтеров – 5 шт;

- серверов – 4 шт;

- разнообразием прикладных задач, которые потребуется решать пользователям. В связи с этим, разработка ЛВС является актуальной и практически значимой задачей.

В общей сложности мной было выделено 12 подсетей. Сформированные подсети с выделенными IP – адресами представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Организация IP – подсетей и назначение IP адресов

Продолжение таблицы 2.1

Продолжение таблицы 2.1

Продолжение таблицы 2.1

2.2 Расчет минимальной пропускной способности вычислительной сети

При расчете электронной почты будем отталкиваться от максимального значения задержки отправки сообщения – предположим, 1 секунды будет достаточно, чтобы пользователю было комфортно. Далее нужно оценить средний объем отправляемого сообщения. Предположим, что в пиках активности почтовые сообщения часто будут содержать различные вложения, поэтому для нашего примера средний размер сообщения (V) возьмем 500 кбайт. И наконец, последний параметр, который нам необходимо выбрать, максимальное число сотрудников, которые одновременно отправляют сообщения. Предположим, во время авралов 40% сотрудников одновременно нажмут кнопку "Отправить" в почтовом клиенте. Тогда требуемую максимальную пропускную способность (S_с) для трафика электронной почты можно рассчитать по формуле 2.1.

                                         (2.1)

где S_с - максимальная пропускная способность;

V - средний размер сообщения;     

K_c–количество ПК, одновременно отправляющих сообщения;

T - максимальное значение задержки отправки сообщения.

По формуле 2.1 получаем:

(500 кбайт х 47 хоста)/1 с = 23500 кбайт/с или 183.59 Мбит/с. Отсюда сразу можно сделать вывод, что для соединения почтового сервера с сетью необходимо использовать канал GigabitEthernet.

Трафик видеонаблюдения рассчитывается довольно просто и точно. В нашем случае мы используем кодек – Н.264, соответственно видеокамеры передают потоки по 3.69 Мбит/с каждая. Требуемая пропускная способность будет равна сумме скоростей всех видеопотоков и рассчитывается по формуле 2.2.

                                  (2.2)

где S_k - пропускная способность;

S_p – скорость потока;

K_k – количество камер.

Тогда по формуле 2.2 получаем:

3.69 Мбит/с ×18 камер = 66.42 Мбит/с.

С учетом 25% запаса на непредвиденные изменения интенсивности движения перед видеокамерами, общий поток равен:

66.42 Мбит/с × 1.25 = 83.025 Мбит/с.

В итоге осталось сложить полученные пиковые значения для каждого из сетевых сервисов:

183.59 Мбит/с + 83.025Мбит/с ≈ 266.62 Мбит/с.

Это и будет требуемая пропускная способность в ядре сети. При проектировании следует также предусмотреть и возможность масштабирования, чтобы каналы связи могли, как можно дольше обслуживать трафик разрастающейся сети. В нашем примере будет достаточно использования GigabitEthernet, чтобы удовлетворить требованиям сервисов и одновременно иметь возможность беспрепятственно развивать сеть, подключая большее количество узлов.

2.3 Выбор стандарта подключения оборудования, обеспечивающего нужную пропускную способность сети

При выборе среды передачи данных необходимо руководствоваться принципами действительной необходимости. Это означает, что не стоит подходить к выбору параметров «чем больше, тем лучше». Чаще всего данный принцип будет абсолютно не оправдан во всех аспектах - начиная от загруженности кабельной сист