Проектирование локальной вычислительной сети предприятия

Содержание ВВЕДЕНИЕ 1. Теоретический раздел 1.1 Адресация пакетов в локальных вычислительных сетях 1.2 Коммутирующие концентраторы в локальных вычислительных сетях 2. Аналитический раздел 2.1 Выбор размера сети и ее структуры 2.2 Оценка конфигурации сети 2.2 Выбор необходимого оборудования 2.2 Моделирование сети в среде NetCracker 17 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20 Список использованной литературы

21 ОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ» Специальность 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» КУРСОВО

Й ПРОЕКТ по дисциплине Сетевые технологии На тему: Проектирование локальной вычислительной сети предприятия Вариант №14 Выполнил: Студент АСОУ-230102 ВЛЕПИ ИМЯ (шифр) (подпись) Проверил: к.т.н зав. каф. АСУ Бережной В.В. доцент (подпись) г. Ставрополь 2013г. ЗАДАНИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И

НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ» в г. Ставрополе КАФЕДРА «АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ» СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» ГРУППА АСОУ-091 ЗАДАНИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ СТУДЕНТ ВЛЕПИ ИМЯ 1. Тема проекта Проектирование локальной сети предприятия 2. Срок сдачи студентом законченного проекта: 23 апреля 3. Исходные данные по проекту № задания: 14 Скорость передачи информации: 100 Мбит/с¬¬¬¬ Число зданий предприятия: 2 Расстояния между зданиями: 80 м Число этажей в каждом здании пред

приятия (число подразделений): 3 Число комнат на каждом этаже (число рабочих групп в каждом подразделении): 6 Число компьютеров в каждой комнате (в каждой рабочей группе): 4. Содержание разделов курсового проекта (наименование разделов) Введение Теоретический раздел Аналитический раздел Заключение Список использованной литературы 5. Дата выдачи задания 6 февраля 2013 Руководитель курсового проекта: Бережной В.В. ( ) (подпись) Студент: ВЛЕПИ ИМЯ ( ) (подпись) ВВЕДЕНИЕ Редкий серьезный деловой человек, п

рофессиональный программист или системный оператор не может представить себе полноценную работу без использования такого мощного, оперативного и удобного сочетания как обычная телефонная линия, модем и компьютерная сеть. Сейчас, в условиях многократно возрастающих каждый год информационных потоков, уже практически невозможно вообразить четкое взаимодействие банковских структур, торговых и посреднических фирм, государственных учреждений и других организаций без современной вычислительной техники и компьютерных сетей. В противном

случае пришлось бы содержать гигантский штат обработчиков бумажных документов и курьеров, причем надежность и быстрота функционирования такой системы все равно была бы значительно ниже предоставляемой модемной связью и компьютерными сетями. Результатом эволюции компьютерных технологий явились вычислительные сети. Вычислительная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. В основе любой сети лежит аппаратный слой, который включает компьютеры различных классов. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.

Второй слой составляет разнообразное сетевое оборудование, необходимое для создания локально-вычислительных сетей, и коммуникационное оборудование для связи с глобальными сетями. Третьим слоем являются операционные системы, которые составляют программную основу сети. При построении сетевой структуры важно учитывать насколько эффективно данная операционная система может взаимодействовать с другими операционными системами сети, насколько она способна обеспечить без

опасность и защиту данных и т. д. Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных и др. Важно знать совместимость различных сетевых приложений. В настоящее время использование вычислительных сетей даёт предприятию многочисленные возможности. Конечной целью использования вычислительных сетей на предприятии является повышение эффективности его

работы, которое может выражаться, например, в увеличении прибыли предприятия. Концептуальным преимуществом распределённых систем и, следовательно, сетей перед централизованными системами является их способность выполнять параллельные вычисления, что увеличивает производительность. Следующее преимущество – это совместное использование пользователями данных и устройств: цветных принтеров, графопостроителей, модемов, оптических дисков. В последнее время стал преобладать другой по

будительный мотив развертывания сетей, гораздо более важный, чем экономия средств при разделении дорогостоящих ресурсов. Этим мотивом стало стремление обеспечить пользователям сети оперативный доступ к обширной корпоративной информации. Использование сети приводит к совершенствованию коммуникаций, т.е. к улучшению процесса обмена информацией и взаимодействия между сотрудниками предприятия, а также его клиентами и поставщиками. Сети снижают потребность предприятий в других формах передачи информации, таких как телефон или

обычная почта. Безусловно, вычислительные сети имеют и свои проблемы (сложности с совместимостью программного обеспечения, проблемы с транспортировкой сообщений по каналам связи с учётом обеспечения надежности и производительности), но главным доказательством эффективности является бесспорный факт их повсеместного распространения. Всё больше и больше появляются крупные сети с сотнями рабочих станций и десятками серверов. 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 1.1 Адресация пакетов в локальных вычислительных сетях

Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор или MAC-адрес), для того чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов). Первая система сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту пользователь присваивает индивидуальный адрес по порядку, к примеру, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на

плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства: 2n > Nmax где n – количество разрядов адреса, а Nmax – максимально возможное количество абонентов в сети. Например, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес (обычно 1111 11) отводится для широковещательной передачи, то есть он используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно. Именно такой подход применен в известной сети Arcnet. Достоинства данного подхо

да – малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток – трудоемкость задания адресов и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес). Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети. Второй подход к адресации был разработан международной организацией IEEE, занимающейся стандартизацией сетей. Именно он используется в большинстве сетей и рекомендован для новых разработок.

Идея этого подхода состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено. С

тем чтобы распределить возможные диапазоны адресов между многочисленными изготовителями сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса (рис. 1.1.1): Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) – организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из зарегистрированных производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить

16 миллионов сетевых адаптеров. Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) – организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI, это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей.

Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) – универсально управляемый адрес или IEEE-адрес. Два старших разряда адреса управляющие, они определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими ра

зрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко. Рис. 1.1.1 Структура 48-битного стандартного MAC-адреса Для широковещательной передачи (то есть передачи все

м абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов. Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки – высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе тр

ебуют уже 96 битов пакета или 12 байт). Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим. В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов

и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним. 1.2 Коммутирующие концентраторы в локальных вычислительных сетях Сетевой коммутатор — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на о

снове сетевого уровня служат маршрутизаторы. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимост

и (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Принцип работы состоит в том , что коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив

MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со временем коммутатор строит та

блицу для всех активных MAC-адресов, в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса. Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи. 1.С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

2.Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок. 3.Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные — по технологии cut-through). Задержка,

связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора. 2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 2.1 Выбор размера сети и ее структуры Под размером сети в данном случае понимается как количество объединяемых в сеть компьютеров, так и рас¬стояния между ними. Под структурой сети понимается способ разделения сети на части (сегменты), а также способ соединения этих се

г¬ментов между собой. Предприятие состоит из 2 зданий, каждое из которых занимает 3 этажа по 6 комнат, каждый этаж представляет собой отдельное подразделение, в каждом из которых по 6 рабочих групп. В этом случае можно построить сеть следующим образом (Рисунок 2.1.1). Рисунок 2.1.1 – Структура сети одного здания (С – серверы подразделений, К – концентраторы, Ком – коммутаторы) Рабочие группы занимают по 1 комнате, их компьютеры (13 в каждой) объединены между со

бой концентраторами. Подразделения занимают один этаж и включают в себя 6 рабочих групп и сервер подразделения, они объединены коммутатором, для связи с другими подразделениями также используется коммутатор. Общая сеть предприятия, включающего 2 однотипных здания с вышеуказанной структурой, объединена двуточечным соединением напрямую. В данной ситуации области коллизий (зоны конфликта) сети будут включать в себя сегменты, расположенные в комнатах каждой рабочей группы, и сегмент, связывающий концентрат

ор рабочей группы с коммутатором подразделения. Широковещательные области будут включать в себя все сегменты сети каждого подразделения, сегмент, связывающий два коммутатора, и сегмент, связывающий коммутатор, соединяющий этажи здания, с коммутатором предприятия. 2.2 Оценка конфигурации сети При выборе конфигурации сети FastEthernet, состоящей из сегментов различных типов, возникает много вопросов, связанных прежде всего с максимально допустимым размером (диам

етром) сети и максимально возможным числом различных элементов. Сеть будет работоспособной только в том случае, если максимальная задержка распространения сигнала в ней не превысит предельной величины. Для получения сложной конфигурации сети FastEthernet из отдельных сегментов были использованы концентраторы двух типов:  репитерные концентраторы, которые представляют собой набор репитеров и никак логически не разделяют сегменты, подключенные к ним; &#61

607; коммутаторы, которые передают информацию между сегментами, но не передают конфликты с сегмента на сегмент. Таким образом, применение репитерного концентратора не разделяет зону конфликта, в то вре¬мя как каждый коммутирующий концентратор делит зону конфликта на части. В случае коммутатора оценивать ра¬ботоспособность надо для каждой части сети отдельно, а в случае репитерных концентраторов надо оценивать ра¬ботоспособность всей сети в целом. Для определения работоспособности

сети FastEthernet стандарт IEEE 802.3 предлагает две модели, называемые TransmissionSystemModel 1 и TransmissionSystemModel 2. При этом первая модель основана на нескольких несложных правилах, а вто¬рая использует систему точных расчетов. Первая модель ис¬ходит из того, что все компоненты сети (в частности, ка¬бели) имеют наихудшие из возможных временные характеристики, поэтому она всегда дает результат со зна¬чительным запасом. Во второй модели можно использовать реальные вре

менные характеристики кабелей, поэтому ее применение позволяет иногда преодолеть жесткие ограни¬чения модели 1. Расчет по модели 1 Сеть максимальной конфигурации для витой пары показана на рисунке 2.2.1. Рисунок 2.2.1 – Максимальная конфигурация сети Fast Ethernet для витой пары Все проведенные провода удовлетворяют требованием по длине, то есть при витой паре 100BaseTX не более 100 метров на сегмент. Так же было выполнено требование по максимальной длине кабеля

на этаже в 70 метров. Расчет по модели 2 Вторая модель основана на вычислении суммарного двойного времени прохождения сигнала по сети. Для вычисления полного двойного (кругового) времени прохождения для сегмента сети необходимо умножить длину сегмента на величину задержки на метр, т.е. задержки сегментов, входящих в путь максимальной длины, надо просуммировать и прибавить к этой сумме величину задержки для приемопередающих узлов двух абонентов и величины задержек для всех концентраторов, входящих в данный п

уть. Максимальный путь составляют 2 сегмента А и 2 сегмента В. Этот путь включает в себя два 10-метровых, два 35-метровых сегмента 100Base-TX категории 5. Произведем расчет работоспособности сети. 1) Для двух 10-метровых сегментов высчитываем задержку, умножая 1,112 (задержка на метр) на длину кабеля: 2 * 1,112 * 10 = 22,24 битовых интервалов. 2) Для двух 35-метровых сегментов: 2 * 1,1

12 * 35 = 77,84 битовых интервалов. 3) Берем из таблицы задержку для двух абонентов ТХ: 100 битовых интервалов. 4) Берем из таблицы величину задержки трех репитеров (концентраторов) класса I: 3 * 140 = 420 битовых интервалов. 5) Суммируем все перечисленные задержки и получаем: 22,24 + 77,84 + 100 + 420 = 620,08 битовых интервала. 620,08 больше 512, следовательно, данная сеть будет не работоспособна. Заменим концентратор коммутатором, проверим работоспособность сети.

Рисунок 2.2.1 – Максимальная конфигурация сети FastEthernet для витой пары с коммутатором Расчет по модели 1 Все проведенные провода удовлетворяют требованием по длине, то есть при витой паре 100BaseTX не более 100 метров на сегмент. Так же было выполнено требование по максимальной длине кабеля на этаже в 70 метров. Расчет по модели 2 1) Для двух 10-метровых сегментов высчитываем задержку, умножая 1,112 (задержка на метр) на длину кабеля: 2 * 1,112 * 10 = 22,24 битовых интервалов. 2)

Для двух 35-метровых сегментов: 2 * 1,112 * 35 = 77,84 битовых интервалов. 3) Берем из таблицы задержку для двух абонентов ТХ: 100 битовых интервалов. 4) Берем из таблицы величину задержки репитера (концентратора) класса I: 140 битовых интервалов. 5) Суммируем все перечисленные задержки и получаем: 22,24 + 77,84 + 100 + 140 = 340,08 битовых интервала. 340 ,08 меньше 512, следовательно, данная сеть будет абсолютно работоспособна. Так как при использовании концентратора

сеть становится неработоспособной, то оптимальным будет вариант использования коммутатора для объединения рабочих групп. 2.3 Выбор необходимого оборудования При выборе сетевого оборудования учитывается множество факторов, в том числе:  Уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;  Скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;  Топологию сети; &#6

1607; Метод управления обменом в сети;  Разрешенные типы кабеля сети, его максимальную длину, защищенность от помех;  Стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств. Таким образом, было использовано следующее оборудование: Рабочие станции – 468 шт. ThinkPad 560-91U Производитель – IB

M Процессор - Mobil Pentium II 233 МГц Сетевые карты–468 шт. DFE-500TX Производитель – D-Link Systems. Репитеры (концентраторы) – 36 шт. 10/100MB DUAL-SPEED HUB DSH-16 Производитель - D-LinkSystems Порты – 10/100BaseTX Коммутаторы подразделений –6 шт. DES-5016 Fast Ethernet/Ethernet 16-port Modular Switch Производитель - D-

LinkSystems. Порты – 100BaseTX Сервера – 6 шт. HP NetServer LH4r Производитель - HP. Процессор - Intel Pentium II Xeon, 450МГц ПО – SQL server, File server, Small office database server, e-mail server, SQL server. Витая пара 100BaseTX категории 5 – 6650 м. 2.4 Моделирование сети в среде NetCracker Согласно заданию, была смоделирована сеть в среде Net

Cracker. Общая модель предприятия включает 2 однотипных здания, подключенных двуточечным соединением (Рисунок 2.4.1). Рисунок 2.4.1 – Общая модель предприятия Каждое здание включает в себя 3 этажа, соединенных коммутатором (Рисунок 2.4.2). Рисунок 2.4.2 – Модель здания На каждом этаже расположено по 6 комнат и серверу подразделения, объединенных коммутатором подразделения (Рисунок 2.4.3). Рисунок 2.4.3 – Модель этажа здания Каждая комната представляет собой рабочую группу

из 13 компьютеров, объединенных репитерным концентратором (Рисунок 2.4.4). Рисунок 2.4.4 – Модель рабочей группы (комнаты) При запуске проекта можно увидеть, как рабочие станции обмениваются пакетами между собой и сервером (Рисунки 2.4.5-6). Рисунок 2.4.5 – Передача пакетов внутри рабочей группы Рисунок 2.4.6 – Передача пакетов внутри подразделения Кроме этого, здания предприятия также обмениваются информацией

между собой (Рисунок 2.4.7). Рисунок 2.4.7 – Передача пакетов внутри предприятия ЗАКЛЮЧЕНИЕ Появление сетевых технологий гораздо облегчает, ускоряет работу персонала, позволяет использовать единые базы данных, а также регулярно и оперативно их пополнять и обрабатывать, все это весьма важно и существенно для работы в милиции, где базы данных содержат огромные объемы информации. В идеале структура сети должна соответствовать структуре здания или комплекса зданий предприятия. Рабочие места груп¬пы сотрудников,

занимающихся одной задачей (например, бухгалтерия, отдел продаж, инженерная группа), должны располагаться в одной комнате или рядом расположенных комнатах. Тогда можно все компьютеры этих сотрудников объединить в один сегмент, в одну рабочую группу и устано¬вить вблизи их комнат сервер, с которым они будут рабо¬тать, а также концентратор или коммутатор, связывающий их компьютеры. Точно так же рабочие места сотрудников под¬разделения, занимающихся комплексом близких задач, луч¬ше расположить на одном этаже здания, что суще

ственно упростит их объединение в единый сегмент и дальнейшее администрирование этого сегмента. На этом же этаже удобно расположить коммутаторы, маршрутизаторы и серверы, с которыми работает данное подразделение. Выбор типа сети, способа соединения компьютеров в сеть зависят как от технических так и, что не маловажно, от финансовых возможностей тех, кто “строит” сеть. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Таненбаум Э. Компьютерные сети. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2009. 2.

Олифер В. Г Олифер Н. А. Компьютерные сети. Прин¬ципы, технологии, протоколы. — СПб.: Питер, 2009. 3. Пятибратов А. П Гудыно Л. П Кириченко А. А. Вы¬числительные системы, сети и телекоммуникации. — М.:Финансы и статистика, 2001. 4. Спортак М. и др. Компьютерные сети. Книга 1. — Киев:Диасофт, 1998. 5. Спортак М. и др. Компьютерные сети. Книга

2. —Киев:Диасофт, 1999.