Разработка проекта по созданию локальной вычислительной сети

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью курсового проектирования является разработка проекта по созданию локальной вычислительной сети здания в соответствии с приведенным техническим заданием.

Заданием предусмотрен расчёт локальной сети 3-х этажного здания, в котором находятся 7 фирм с числом сотрудников от 40 до 73 человек. Техническим заданием также предусмотрено определённое количество серверов баз данных, приложений, удалённого доступа. В соответствии с заданием необходимо предусмотреть организацию телефонной связи (5 телефонных линий) и выход в сеть Internet.

В результате разработки проекта  необходимо составить план здания со схемой проектируемой сети, выполнить расчёт технических характеристик спроектированной сети, распределить адресное пространство между всеми фирмами, расположенными в здании. На основании полученных характеристик необходимо выбрать активное и пассивное сетевое оборудование, обеспечивающее качественную работу сети и её масштабируемость с минимально возможными экономическими затратами.

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

В результате разработки курсового  проекта необходимо спроектировать и рассчитать основные параметры компьютерной сети компании.

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

1. количество этажей в здании (номера этажей – 1, 3, 5);
2. количество фирм в здании ;
3. количество сотрудников в фирме ;
4. количество городских телефонных линий ;
5. фирмы занимают помещения на разных этажах;
6. допустимо использовать оборудование, поддерживающее протоколы 802.1p и 802.1q;
7. количество серверов в каждой фирме:

- СУБД –  ;

- WEB + mail – ;

- IP-PBX (сервер IP-телефонии) – ;

- файл-сервер – ;

- сервер удалённого доступа  –  ;

8. серверы расположены в отдельных помещениях;
9. трафик между фирмами отсутствует;
10. стоимость оборудования сети (без стоимости компьютеров) должна быть минимально возможной при условии обеспечения её корректности и масштабируемости;
11. для LAN выделены внутренние IP-адреса сетей класса С.

 

Планы помещений, размещения рабочих мест и условные обозначения  на плане приведены в Приложении I.

 

 

1. ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ LAN

1. Анализ технического задания

 

В соответствии с техническим  заданием и представленным планом здания выберем технологию проектируемой  ЛВС.

1. В качестве топологии проектируемой ЛВС выберем топологию «звезда» с центром в информационном узле на 1-ом этаже, а также узлами на 3-ем и 5-ом этажах. Выбор размещения узлов на каждом этаже обусловлен не столько количеством пользователей на каждом из этажей, сколько тем фактом, что размещение компьютеров через этаж заметно увеличивает длину кабельных трасс до единого информационного центра.
2. Серверные помещения, в которых установлены сервера и сетевое оборудование, разместим по одному на этаж. При выборе учитывалась удаленность каждого клиентского компьютера от данного узла.
3. В качестве технологии используем технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.
4. В качестве магистралей выберем кабель типа «витая пара» категории 5e (CAT5e), обеспечивающий скорость передачи данных до 1 Гбит/с.

Перед тем, как приступить непосредственно к реализации сети, рассчитаем нагрузку на сеть, используя созданный план сети, и в соответствии с этим выберем все необходимое оборудование, которое будет наиболее оптимальным по соотношению цены и качества в условиях данной сети.

2. Обзор литературы

 

Приведём основные теоретические  сведения о проектировании локальных  вычислительных сетей.

Локальная вычислительная сеть, ЛВС (Local Area Network, LAN ) – это группа связанных между собой компьютеров, серверов, принтеров, расположенных в пределах здания, офиса или комнаты. Локальная сеть  дает возможность получать совместный доступ к общим папкам, файлам, оборудованию, различным программам и т.д.

Использование ресурсов локальной сети дает возможность существенно снизить финансовые затраты предприятия, повысить уровень безопасности хранения важных данных, сократить временные затраты сотрудников компании на решение различного рода задач, а также повышение общей эффективности работы.

Локальная сеть состоит из следующего оборудования и технологий:

- концентраторы (HUB) – соединяет сетевые кабели и обеспечивает взаимодействие между подключенными к ним устройствами (компьютеры, периферийное оборудование и т.д.);

- управляемый коммутатор – концентратор, который предоставляет возможности начального администрирования конфигурации локальной сети;

- файл-сервер – один компьютер локальной сети, предоставляющий дисковое пространство для хранения информации с возможностью непрерывного доступа к ней пользователям;

- сервер авторизации и доступа – основной сервер локальной сети, на котором происходит регистрация всех пользователей сети и организация доступа к ресурсам. Сервер выполняет следующие задачи: хранение используемых данных, распределение доступа к ресурсам, обеспечение работы выхода в сеть Интернет, защита сети от внешних вторжений.

Все компьютеры в локальной  сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение  узлов к сети называется  физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

В сети, построенной по топологии типа «звезда», каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к центральному узлу (концентратору или коммутатору). Центральный узел обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.

Весь обмен информацией  идет исключительно через центральный  узел, на который, таким образом, ложится очень большая нагрузка, поэтому он не может выполнять других функций, кроме передачи данных в сети.

Звезда  может носить название активной или  истинной звезды. Существует также  топология, называемая пассивной звездой, которая имеет лишь физическую топологию  «звезда», а логическую – «шина».

В центре сети с данной топологией помещается концентратор (повторитель). Он восстанавливает приходящие сигналы  и пересылает их в другие линии  связи. Хотя схема прокладки кабелей  подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а  центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в  этом случае обязательно требуется  еще и концентратор.

Преимущества сетей топологии  «звезда»:

• легко подключить новый ПК;
• имеется возможность централизованного управления;
• сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии  «звезда»:

• отказ центрального узла влияет на работу всей сети;
• большой расход кабеля.

Кабель UTP САТ5е (полоса частот 125 МГц) – это 4-х парный неэкранированный кабель типа «витая пара», который благодаря высокой скорости передачи (до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4-х пар), является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях.

В настоящее  время наиболее распространённые технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, как и более ранняя Ethernet используют в работе топологию звезда.

Ethernet – пакетная технология передачи данных локальных компьютерных сетей. Стандартами Ethernet определены проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI. Ethernet специфицирован стандартами IEEE группы 802.3.

Технологии  Fast Ethernet и Gigabit Ethernet – технологии передачи данных, которые позволяют удовлетворить потребности в высокоскоростной передаче данных в локальной сети при относительно низких затратах на телекоммуникационное оборудование. Совместимость оборудования Fast Ethernet с технологиями предыдущих поколений (Ethernet) позволяет сохранить работоспособность созданной ранее телекоммуникационной инфраструктуры.

VoIP (Voice-over-IP — IP-телефония) – технология пакетной передачи речевого сигнала по сети Интернет или по любым другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передается в цифровом виде и, как правило, перед передачей сжимается для того, чтобы удалить избыточность, свойственную человеческой речи.

 

1.3 Определение нагрузки на сеть

 

Нагрузка на сеть – это  объём данных, реально передаваемый по сети в единицу времени:

 

, (1)

 

где D – суммарный объём данных, переданный за время t.

Нагрузку на сеть также  можно определить, исходя из объёма данных в единицу времени  , приходящийся на одну рабочую станцию:

 

, (2)

 

где n – число компьютеров в сети.

Расчет  нагрузки на один компьютер в сети осуществляется по формуле:

 

, (3)

 

где D – суммарный объём данных, переданный за время t одной рабочей станцией.

При значениях D =10 МБ, t = 60 секунд, тогда .

Тогда нагрузка на сеть составляет: .

 

1.4 Определение пропускной способности сети

 

Пропускная способность С – это максимально возможная для данной сети скорость передачи данных, которая определяется битовой скоростью и некоторыми другими ограничивающими факторами (длительность интервалов между передаваемыми блоками данных, объем 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.

С для стандарта 100BASE-TX составляет 100 Мбит/с = 12,5 МБ/с.

 

1.5 Определение коэффициента использования сети

 

Коэффициент использования  сети равен отношению нагрузки на сеть к пропускной способности. Коэффициент  использования сети рассчитывается по формуле:

 

, (4)

 

Подставив данные, получим h = 69,87/12.5 = 5,5896.

Несмотря на то, что скорость передачи данных в сети определенной технологии всегда одна и та же, производительность сети уменьшается с увеличением  объема передаваемых данных. Во-первых, объем 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 достается  из-за особенностей работы механизма  доступа к общей среде передачи данных. После определенного 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 задается предельное значение коэффициента использования сети, при котором  сеть будет быстро реагировать на обращения пользователей.

 

1.6   Логическая схема  сети

 

В результате анализа технического задания, принятой топологии и размещения оборудования по этажам здания логическая схема сети будет представлять собой сеть типа звезда и представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

2. ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ LAN

 

2.1 Выбор типов спецификаций физической среды

 

В качестве среды передачи  для построения локальной сети выбрана  медная неэкранированная «витая пара» категории 5е, которая позволяет строить локальные сети с длиной сегмента до 100 метров по технологии 100Base-TX и дальнейшее расширение до скоростей 1 Гбит/с по технологии 1000Base-T без перекладывания кабельной инфраструктуры. По международному стандарту ISO/IEC 11801 на горизонтальную подсистему структурированной кабельной системы приходится 90 метров, а остальные 10 метров распределяются на патч-корды подсистемы оборудования и подсистемы рабочего места. Патч-корды – это вид коммутационного оборудования, представляющий собой коммутационные шнуры. Патч-корд является одной из составных частей структурированной кабельной системы, представляющий собой электрический или оптоволоконный кабель для подключения одного электрического устройства к другому или к пассивному оборудованию передачи сигнала.