Проектирование компьютерных сетей

к курсовому проекту по курсу: «Проектирование компьютерных сетей» Тема проекта: «Проектирование распределенной информационно-вычислительной сети для заданной зоны проектирования» разработала: Головко О.Н. студентка гр. ВД-39 проверил: доцент Поленов М.Ю. Таганрог Содержание 1. ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ

ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 1. Основные теоретические положения и общая методика проектирования РИВС 2. Метод коммутации пакетов – вариант виртуального канала 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС 1. Анализ технического задания на проектирование РИВС. Проектирование региональных вертикальных сетей 3.2.

Проектирование межрегиональной горизонтальной сети 3. Карта РИВС 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИВС 5. ВЫВОД 6. ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ Целью данного курсового проекта является приобретение практических навыков в проектировании

компьютерных сетей различного масштаба и определении их основных параметров. Фамилия: Golovko Группа: ВЗ-63 Произвести синтез СПД с вертикальными связями для 11 регионов: Общее количество городов: 168 Регион N 1 содержит 19 городов Регион N 2 содержит 18 городов Название города долгота широта трафик Название города долгота широта трафик Тума 40.63 55.22 44

Иркутск 635 Казанская 38 Инаригда 28 Гусь-Железный 27 Ербогачен 24 Касимов 41.83 54.90 35 Аян 10 Голованово 18 Перевоз 19 Касимов 204 Витим 37 Елатьма 31 Кропоткин 38 Мурмино 42.40 54.82 33

Бодайбо 118 Кадом 26 Мама 12 Пителино 21 Магистральный 14 Ижевское 17 Осиновка 84 Сасово 57 Бирюсинск 79 Шилово 83 Алзамай 76 Чучково 19 Жигалово 23 Солотча 41.60 54.25 37

Алыкджер 38 Рыбное 82 Зима 314 Рязань 503 Залари 71 Спаск-Рязанский 38 Усолье-Сибирское 509 Михайлов 93 Регион N 3 содержит 17 городов. Регион N 4 содержит 8 городов Брянск 34.03 53.28 868

Туманово 25 Дубровка 20 Верхнеднепровски 105 Старь 12 Дорогобуж 21 Жуковка 73 Угра 26 Фокино 103 Смоленск 651 Клетня 146 Хиславичи 40 Белые Берега 143 Екимовичи 49 Карачев 34.87 53.13 91

Рославль 160 Уноча 114 Клинцы 261 Регион N 5 содержит 7 городов. Новозыбков 236 Иванофранковск 370 Климово 123 Калуш 281 Стародуб 126 Долина 103 Трубчевск 50 Перегинское 24.08 48.85 83

Навля 78 Надворное 140 Локоть 93 Коломыя 157 Севск 43 Яремчя 15 Регион N 6 содержит 16 городов Регион N 7 содержит 10 городов. Название города долгота широта трафик Название города долгота широта трафик Днепропетровск 856 Луцк 25.22 50.72 756

Павлоград 764 КаменьКаширский 26 Синельниково 223 Ратно 32 Васильковка 143 Любомль 45 Покровское 29 Маневичи 23 Магдалиновка 39 Ковель 166 Новомосковск 328 Владимир-Волынский 24.27 50.87 58

Пятихатки 87 Нововолынск 179 Желтые Воды 166 Рожище 126 Софиевка 41 Киверцы 63 Кривой Рог 787 Орджоникидзе 316 Регион N 9 содержит 21 город Марганец 253 Название города долгота широта трафик

Никополь 480 Тугур 24 Апостолово 116 Маго 19 Николаевка 37 НиколаевскАмуре 336 Оглонги 12 Регион N 8 содержит 15 городов Бурукан 40 Название города долгота широта трафик Гуга 22 Запорожье 878 Богородское 140.28 52.50 26

Вольнянск 132 Софийск 30 Орехов 120 Лазарев 30 Гуляйполе 79 Усть-Умальта 32 Пологи 99 Березовый 17 Куйбышево 20 Мариинское 38 Каменка-Днепровская 123 Циммермановка 139.17 51.33 34

Черниговка 71 Чегдомын 66 Михайловка 128 Согда 18 Токмак 197 Тырма 37 Мелитополь 556 Новоильиновка 43 Бердянск 689 Комсомольск-на-Амур 764 Приморск 115 Амурск 102 Приазовское 35.77 46.77 45

Талакан 17 Акимовка 104 Облучье 144 Регион N 10 содержит 18 городов Регион N 11 содержит 19 городов Название города долгота широта трафик Название города долгота широта трафик Болхов 21 Вологда 582 Мценск 348 Красавино 124 Хотынец 24 Великий

Устюг 166 Маслово 17 Вытерга 122 Новосило 15 Верховажье 13 Корышкино 10 Никонова Гора 13 Орел 557 Липин Бор 16 Зелегощь 37 Белозерск 142 Хомутово 46 Харовск 90 Верховье 36.78 52.75 29

Шуйское 40.92 59.28 30 Кромы 35.70 52.67 20 Тотьма 42.77 60.00 25 Дмитровск-Орловский 35.05 52.43 15 Никольск 45.73 59.55 29 Змиевка 36.28 52.62 40 Кирилов 38.33 59.82 26 Глазуновка 36.22 52.43 29 Бабаево 35.73 59.37 81 Малоархнгельск 36.43 52.40 27 Череповец 37.78 59.18 694 Ливны 37.60 52.40 221 Сокол 40.18 59.55 327

Колпны 37.02 52.17 48 Грязовец 40.37 58.92 110 Долгое 37.45 52.03 38 Вожега 40.18 60.45 38 Рослятино 44.43 59.73 39 Синтезировать СПД c горизонтальными связями для городов, полученных в результате выполнения предыдущих этапов. Топология проектируемой сети: ОПТИМАЛЬНАЯ Критерий синтеза СПД для минимизации: общая стоимость сети Зависимость стоимости каналов от длины и пропускной способности

Пропускная Cпособност (бод) Длина(км) 100 600 1200 3000 4000 5000 6000 7000 8000 300 31.54 94.61 157.68 189.22 220.75 252.29 283.82 315.36 357.70 368.83 368.83 600 39.42 118.26 197.10 236.52 275.94 315.36 354.78 394.20 447.12 461.04 461.04 900 49.93 149.80 249.66 299.59 349.52 399.46 449.39 499.32 566.35 583.98 583.98 1200 68.33 204.98 341.64 409.97 478.30 546.62 614.95 683.28 775.01 799.14 799.14 2400 89.35 268.06 446.76 536.11 625.46 714.82 804.17 893.52 1013.47 1045.02 1045.02 4800 118.26 354.78 591.30 709.56 827.82 946.08 1064.34 1182.60 1341.36 1383.12 1383.12 9600 152.42 457.27 762.12 914.54 1066.97 1219.39 1371.82 1524.24 1728.86 1782.69 1782.69 12000 183.96 551.88 919.80 1103.76 1287.72 1471.68 1655.64 1839.60 2086.56 2151.52 2151.52 24000 226.01 678.02 1130.04 1356.05 1582.06 1808.06 2034.07 2260.08 2563.49 2643.30 2643.30 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 2.1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС Для проектирования РИВС вначале необходимо произвести ее топологический синтез, а именно: определить число узлов сети и способы их связи между собой и источниками информации, параметры и места размещения каналов связи, концентраторов данных и т.п.

Синтез топологической структуры крупномасштабных РИВС сопряжен с рядом проблем, связанных с ограниченными возможностями используемой вычислительной техники, большими размерностями характеристик потоков информации, координат оконечных пунктов сети, многоэкстремальностью решаемой задачи, несовершенностью используемых методов оптимизации. Перечисленные проблемы вызывают необходимость использования декомпозиционного подхода, позволяющего свести решение сложной задачи к ряду более простых.

В практике проектирования общая задача синтеза топологической структуры сети разбивается на ряд подзадач. Решение этих задач, в совокупности составляющих общую задачу синтеза осуществляется с помощью эвристических методов. Для организации целенаправленного топологического синтеза РИВС используется 3х уровневая архитектура и 3 уровня проектирования: - «вертикальный», на котором проектируется региональные вертикальные СПД; - «вертикально-горизонтальный», на котором проектируются вертикально-

горизонтальные СПД; - «горизонтальный», на котором проектируется горизонтальная СПД. В соответствии с используемыми уровнями выделяют следующие этапы проектирования. 1й этап. Все исходное множество городов-узлов, подлежащих объединению в единую РИВС подвергаются процедуре регионально-территориальной декомпозиции, в результате которой определяется совокупность регионов, входящих в проектируемую сеть.

Процесс декомпозиции осуществляется на основе анализа матрицы расстояний и трафиков. Результатом данного этапа является совокупность регионов и множества городов, входящих в каждый регион. 2й этап. Производится определение статуса каждого региона путем анализа матрицы тяготения передачи информации для входящих в него городов. 3й этап. Первоначально для каждого полученного региона выбирается звездообразная топология в качестве начальной. Затем для всех регионов решаются соответствующие задачи.

4й этап. Решается задача горизонтального синтеза – проектируется горизонтальная СПД. В качестве исходных данных для нее выступают узлы-центры вертикальных и вертикально-горизонтальных СПД, определенных на предыдущем этапе. Результатом является топологическая структура горизонтальной СПД. 5й этап. Объединение результатов предыдущих этапов в результате чего синтезируется общая топологическая структура РИВС. 6й этап. Определение основных интегральных характеристик результирующей сети и формирование

таблиц маршрутизации для передачи сообщений. 2.2. МЕТОД КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ – ВАРИАНТ ВИРТУАЛЬНОГО КАНАЛА. Сети с коммутацией пакетов были разработаны правительством США в 70-е годы для обеспечения надежной цифровой передачи данных по телефонным линиям. Коммутация пакетов представляет собой метод доставки сообщений, при котором данные помещаются в небольших пакетах. Пакеты могут передаваться в место назначения по различным маршрутам сети коммутации пакетов.

Разные пакеты сообщения могут иметь различные маршруты. В маршрутизации трафика важно достичь наилучшего маршрута и скорейшей доставки. Коммутация пакетов обеспечивает наилучший способ совместного использования коммуникационных линий для передачи пакетов данных. Сети коммутации пакетов предлагают такие фирмы как AT&T, Tymenet, Telnet, CompuServe, GE, Sprint и

Infonet Services. Некоторые компании предлагают международные услуги. Телефонные компании часто имеют свои средства коммутации пакетов, которые вы можете использовать для объединения локальных сетей. Подобные линии являются виртуальными. Как уже говорилось, виртуальная линия выглядит для пользователя как выделенная линия, связывающая системы. Реально передача осуществляется путем разбиения информации на пакеты и передачи ее по высокоскоростной

линии наряду с другими пакетами. На приемном конце ваши пакеты отделяются от других пакетов, принадлежащих другим пользователям, реассемблируются и обрабатываются. Сеть коммутации пакетов обычно имеет много узлов и обеспечивает альтернативные и резервные маршруты. Для доставки пакетов используется два метода: старый, X.25, обеспечивающий высокий уровень проверки на ошибки, и новый, метод переключения окна, использующий

современные более надежные цифровые телефонные системы. Он позволяет уменьшить объем проверки ошибок и увеличить пропускную способность. Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты, которые представляют собой элементы сообщений, но снабженные заголовком и имеющие фиксированную и постоянную длину. Пакеты, также как и сообщения, передаются по маршруту от начального абонента к конечному.

Разница заключается в том, что сообщение передается не целиком, а отдельными пакетами. На практике оказалось, что время доставки одного сообщения по способу коммутации пакетов является наименьшим. Исключение составляет тот случай, когда скоммутируемый канал используется длительное время для передачи последовательности сообщений, поэтому в вычислительных сетях способ коммутации пакетов является основным. Во многих случаях этот способ является наиболее эффективным.

Во-первых, ускоряется передача данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможна параллельная передача пакетов одного сообщения на разных участках сети; во-вторых, при появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего длинного сообщения. Кроме того, ограничение сверху на размер пакета позволяет обойтись меньшим объемом буферной памяти в промежуточных узлах на маршрутах передачи данных в сети.

Коммутация пакетов отличается от коммутации каналов тем, что передача данных происходит по виртуальным каналам. По запросу в сети общего пользования происходит выделение определенной полосы. Между двумя пунктами, обменивающимися данными через сеть с пакетной коммутацией, нет прямой физической связи. В виртуальном канале на каждый вызов устанавливается определенный маршрут и все пакеты данного сеанса проходят через сеть по этому маршруту. Передаваемые данные разбиваются на короткие пакеты, которые

затем передаются по сети. В месте назначения эти пакеты вновь собираются в исходном формате. Вот некоторые преимущества коммутации пакетов: - более высокая эффективность каналов связи, так как длинные транспортные каналы динамически распределяются между многими вызовами и пользователями; - Эффективное управление нагрузкой - буферизация в сети дает возможность выдерживать временные пики нагрузки без блокирования; - Преобразование скорости передачи данных - обмен данными может протекать между пользователями,

работающими с разными скоростями передач; - Уменьшение затрат за счет того, что сетевые ресурсы распределяются между большим количеством пользователей В свою очередь при использовании коммутации пакетов применяется 2 способа передачи данных: дейтаграммный и виртуальный. При виртуальном способе передача данных происходит в виде последовательностей, связанных в цепочки пакетов, естественном порядке по устанавливаемому маршруту.

При этом в отличие от коммутации каналов линии связи могут разделяться многими сообщениями, когда попеременно по каналу передаются пакеты разных сообщений (это так называемый режим временного мультиплексирования, иначе TDM - Time Division Method), или задерживаться в промежуточных буферах. Предусматривается контроль правильности передачи данных путем посылки от получателя к отправителю подтверждающего сообщения - положительной квитанции. Этот контроль возможен как во всех промежуточных узлах маршрута,

так и только в конечном узле. Он может осуществляться старт-стопным способом, при котором отправитель до тех пор не передает следующий пакет, пока не получит подтверждения о правильной передаче предыдущего пакета, или способом передачи "в окне". Окно может включать N пакетов, и возможны задержки в получении подтверждений на протяжении окна. Так, если произошла ошибка при передаче, т.е. отправитель получает отрицательную квитанцию относительно

пакета с номером K, то нужна повторная передача и она начинается с пакета K Например, в сетях можно использовать переменный размер окна. Так, в соответствии с рекомендацией документа RFC-793 время ожидания подтверждений вычисляется по формуле T ож = 2*Tср, где Tср := 0,9*Tср + 0,1*Ti, Tср - усредненное значение времени прохода пакета до получателя и обратно, Ti - результат очередного измерения этого времени.

Основное свойство виртуального канала - это сохранение порядка поступления пакетов. Это означает, что отсутствие одного пакета в пункте назначения исключает возможность поступления всех следующих пакетов. Организация виртуального канала между двумя пользователями равносильно выделению им дуплексного канала связи, по которому данные передаются в их естественной последовательности. Виртуальный канал сохраняет все преимущества способа - “коммутация пакетов” в отношении скорости передачи

данных и мультиплексирования, но добавляет к ним еще одно свойство, а именно - сохраняет естественную последовательность данных. Виртуальный канал - логическое, протокольно-независимое соединение, устанавливаемое в сети пакетной коммутации по протоколу Frame Relay, между двумя оконечными устройствами, обеспечивающими пользовательский интерфейс Ethernet по стандарту 10BaseT и характеризующееся следующими параметрами: • пропускная способность; • среда передачи на абонентской субмагистрали.

Пользовательский интерфейс Ethernet образуется на выходе маршрутизатора Cisco 1601, подключенного к выделенному каналу с соответствующей пропускной способностью к центру пакетной коммутации по стыку V.35. Виртуальные каналы могут использоваться для соединения территориально разнесенных объектов как по схеме точка - точка, так и по схеме мультиточка или звезда. Виртуальные каналы сети пакетной коммутации, построенной на базе сети

SDH и вторичной сети выделенных каналов. Эффективный способ соединения географически удаленных локальных вычислительных сетей. Frame Relay совместим со всеми протоколами, наиболее часто используемыми в ЛВС (TCP, Novell IPX, DECNET или NETBIOS). Этот протокол обеспечивает эффективную работу по каналам связи высокого качества. Позволяет эффективно передавать неравномерно распределенный по времени трафик. Обеспечивает малое время задержки при передаче информации через сеть.

В отличие от вторичной сети выделенных каналов, для организации нового соединения нет необходимости устанавливать дополнительную аппаратуру. В стоимость услуги также входит установка модема для оптической или медной линии и маршрутизатора с портом 10-BaseT для подключения локальной сети клиента При централизованной маршрутизация в сети виртуальных каналов отправитель в адресат устанавливают виртуальный канал и маршрут между ними фиксируется на время сеанса связи.

Решение об изменении маршрута между данной парой отправитель-адресат может приниматься только до начала сеанса связи. Непосредственной причиной перегрузок в сети связи является чрезмерная загруженность каналов связи. Поэтому заполняются буфера сетевых процессов (СП) в узлах, возникают блокировки. Было предложено использовать измеренную интенсивность потоков в каналах в качестве основного параметра системы управления потоками, которая объединяет функции маршрутизации пакетов и ограничения нагрузки

в сети связи. В этом случае для каждого канала устанавливают пороговые значения интенсивности потоков и различают несколько состояний каналов, например: • нормальное, когда интенсивность потока в канале не превосходит 70% теоретически возможной; • предупреждающее - 70-80%; • тревожное - более 80%. Узлы сети обмениваются маршрутными таблицами, отражающими состояния каналов для каждого узла-адресата, что позволяет в каждом узле принимать решения по управлению потоками

в зависимости от состояний канатов. Возможны различные варианты таких алгоритмов управления потоками. Например, когда в узле выходящий канал выбранного маршрута находится в предупреждающем состоянии, то пакет ставится в очередь к этому каналу, как при нормальных условиях, а отправителю посылается блокирующее сообщение, предписывающее ограничить поток. Если канал находится в тревожном состоянии, то пакет отбрасывается. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. РЕЗУЛЬТАТЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС. 3.1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ Проектирование распределенной вычислительной сети для региональных вертикальных связей проводилось в 11 регионах. Каждый регион был оптимизирован в соответствии с заданием в программе NET-PRO. При детализации этапа проектирования вертикальной сети передачи данных использовались все вертикальные регионы, а при горизонтальной сети передачи данных осуществлялся анализ всех возможных топологий.

Главными критериями при проектировании были выбор оптимальной проектируемой топологии и с критерием оптимизации по общей стоимости сети, при этом максимальное время задержки составляет не более 14сек а среднее время задержки не превышает 1сек. Это достигалось увеличением числа переприемов между абонентскими пунктами. В результате выяснилось, что самым оптимальной получается звездообразная структура, а самой не выгодной кольцевая, так как в ней даже не удалось избавиться от «плохих маршрутов».