Пример

Министерство образования Российской Федерации Омский государственный технический университет Кафедра информатики и вычислительной техники

Пояснительная записка

Тема: «Проектирование корпоративной вычислительной сети»

ВЫПОЛНИЛ студент гр. В-528,

_______ К. Ф. Плискин

РУКОВОДИТЕЛЬ

________ С. В. Девятовский

ОМСК 200x

2

Исходные данные для проектирования

Описание корпорации

1

2

3

Здания

I

II

III

Расстояния между зданиями (км)

I и III

I и II

II и III

2

2

0,03

Количество рабочих станций

200

10

100

Количество серверов

7

3

1

Описание нового сервера

Параметр

Значение

Закон распределения времени поступления данных на

Пуассоновский

сервер

Закон распределения времени обслуживания данных

Нормальный

сервером

Среднее время ответа сервера на запрос, с

0.3

Среднее количество запросов в минуту от рабочих

I

II

III

станций каждого здания

5

5

20

Задание

1.Разработать схему сети и выбрать сетевое оборудование.

2.Обосновать выбор:

топологии; способа связи;

используемых протоколов канального уровня.

3.Для сетевого протокола IP: определить класс сети, выделить подсети,

назначить маски подсетей и IP адреса устройств сети.

4.Выбрать местоположение нового сервера, минимизировав время ожидания обслуживания.

5.Определить среднее и максимальное время ответа сервера на запросы.

6.Определить стоимость затрат на приобретение сетевого оборудования.

3

1. Введение.

Самая простая сеть состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом принципе.

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и ее физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более чем из 30 компьютеров, а длина ее кабеля не превышала 185 м (600 футов). Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конфигурация подходит и сегодня. Эти сети называют локальными вычислительными сетями (ЛВС (LAN)). Такие первые типы ЛВС не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы, и сетевые программные продукты стали заполнять рынок, перед корпорациями – для сохранения конкурентоспособности – встала задача расширения сетей. Так на основе ЛВС возникли более крупные корпоративные системы.

Слово «корпорация» означает объединение предприятий работающих под централизованным управлением и решающих общие задачи. Корпорация является сложной многопрофильной структурой и вследствие этого имеет распределенную, иерархическую систему управления. Кроме того, предприятия, отделения и административные офисы, входящие в корпорацию, как правило, расположены на достаточном удалении друг от друга. Для централизованного управления таким объединением предприятий используется корпоративная сеть. Обязательными компонентами корпоративной сети (подсетями) являются ЛВС, связанные между собой.

Сети часто условно делят на три большие категории:

-глобальные сети (WAN, Wide Area Network) – протяженность может составлять тысячи километров.

-городские сети (MAN, Metropolitan Area Network) – протяженность находится в пределах от десятков до сотен километров.

-локальные сети (LAN, Local Area Network) – протяженность составляет около одного километра.

Глобальные сети позволяют организовывать взаимодействие между абонентами на

больших расстояниях. Эти сети работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации.

Городские сети позволяют взаимодействовать на территориальных образованиях меньших размеров и работают на скоростях от средних до высоких. Они меньше замедляют передачу данных, чем глобальные, но не могут обеспечить взаимодействие на больших расстояниях.

ЛВС обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная ЛВС занимает пространство в одно здание.

Механизмы передачи данных в локальных и глобальных сетях существенно отличаются. Глобальные сети ориентированны на соединение – до начала передачи данных между абонентами устанавливается соединение. В локальных сетях используются методы, не требующие предварительной установки соединения, то есть, пакет с данными посылается без подтверждения готовности получателя к обмену.

4

2. Выбор технологий для построения корпоративной сети.

Сравнение технологий и протоколов ЛВС:

1. Протоколы:
ATM:
Единица коммутации:	ячейка
Режим работы:	с установлением и без установления соединения
Гарантия доставки:	есть
Контроль трафика:	есть
Frame Relay:
Единица коммутации:	кадр
Режим работы:	с установлением соединения
Гарантия доставки:	нет
Контроль трафика:	есть
X.25:
Единица коммутации:	пакет
Режим работы:	с установлением соединения
Гарантия доставки:	есть
Контроль трафика:	есть
IP:
Единица коммутации:	пакет
Режим работы:	без установления соединения
Гарантия доставки:	нет (но потеря пакета маловероятна)
Контроль трафика:	нет

2. Технологии:
ATM:
Пропускная способность, Мбит/с:	до 600
Резервирование полосы пропускания:	есть
Стоимость:	высокая
Использование существующей кабельной системы:	есть
Максимальная длина сегмента, км:	2 (оптоволокно)
Режим полнодуплексной передачи:	есть
Fast Ethernet:
Пропускная способность, Мбит/с:	100
Резервирование полосы пропускания:	есть
Стоимость:	низкая
Использование существующей кабельной системы:	есть
Максимальная длина сегмента, км:	2 (оптоволокно)
Режим полнодуплексной передачи:	есть

5

Выделим положительные и отрицательные стороны технологий ATM и Fast Ethernet:

ATM

«+»: - Повышает управляемость сети.

-Поддерживает все стандартные кабельные системы.

-Высокая пропускная способность.

«–»: - Требует новые сетевые адаптеры для всех станций и серверов подключенных напрямую.

Fast Ethernet

«+»: - Не требует новых сетевых адаптеров.

-Конечные станции могут работать в полнодуплексном режиме.

-Позволяет устранить из сети устаревшие мосты и маршрутизаторы

-Повышает управляемость и производительность сети.

«–»: - Отсутствует контроль трафика

-Нет стандартных механизмов обеспечения качества обслуживания.

Из всего перечисленного выше видно, что технология АТМ имеет некоторые преимущества перед Ethernet, однако из-за своей сравнительно высокой стоимости пока больше подходит для организации магистрали сети, к тому же все популярные операционные системы и стеки протоколов (TCP/IP, IPX и т.д.) поддерживают Ethernet. Причинами такого господства Ethernet в сетевом мире является высокая надёжность, доступность инструментов управления, масштабируемость, высокая производительность, гибкость, низкая стоимость и лёгкость внедрения.

Поэтому реализацию данного проекта целесообразнее проводить с применением технологии Fast Ethernet.

Втехнологии Ethernet данные могут передаваться по коаксиальному или оптическому кабелю, а также через витую пару.

Стандарт Fast Ethernet определяет три модификации для работы с разными видами кабелей: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4

рассчитаны на витую пару, а 100BaseFX разработан для оптического кабеля.

Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном, на применение в магистрали сети или для организации связи удаленных объектов.

Вданном курсовом проекте будут использованы кабели по спецификациям

100BaseTX (UTP 5).

6

3. Корпоративная сеть.

Расположение зданий показано на рис. 1.1.

			Здание II
		2 км	Раб. станций: 10
			Серверов:		3
Здание I				30 м
Раб. станций: 200
Серверов:	7
			Здание III
		2 км	Раб. станций:		100
			Серверов:		1

Рис. 1.1. Схема расположения зданий

Для передачи данных между зданиями I и II предлагается использовать xDSL модемы, позволяющие передавать поток пользовательских данных в 2048 кбит/с на расстояние до 14 км. При такой скорости передачи файл размером 10 Мбайт будет передаваться около 40 секунд (без учета влияния протоколов ЛВС зданий).

Для зданий II и III предлагается Fast Ethernet, т.к. расстояние между зданиями допускает его использование.

Характеристика выбранных модемов:

Производитель:	ЗАО «НТЦ НАТЕКС» (Москва, http://www.nateks.ru)
Модель:	FG-PAM-SAN-4Eth-R
Среда передачи:	одна ненагруженная медная витая пара с волновым
	сопротивлением 135 Ом
Дальность передачи:	14 км (для скорости 2 Мбит/с, диаметр жилы 1,2 мм)
Линейное кодирование:	ТС-РАМ (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation -
	импульсная амплитудно-фазовая модуляция с
	треллис-кодированием)
Линейная скорость:	от 72 кбит/с до 2320 кбит/с
Интерфейсы:	Ethernet 10BaseT, SHDSL, RS232 (управление)
Инкапсуляция LAN-	AAL5 для АТМ поверх SHDSL
трафика:
Функции:	коммутатор или маршрутизатор

Кабель предлагается арендовать у ОАО «Электросвязь» Омской области. Использование xDSL модемов является наиболее дешевым и простым в реализации

7

решением при существующем положении на рынке коммуникационных услуг, при условии, что не требуется очень больших скоростей передачи информации (более 10 Мбит/с).

Современный тип кодирования TC-PAM обладает наилучшими на сегодняшний день характеристиками дальности и электромагнитной совместимости при работе на однопарных абонентских линиях. Суть данного метода кодировки состоит в увеличении числа уровней (кодовых состояний) с 4 (как в 2B1Q) до 16 и применении специального механизма коррекции ошибок.

Структурная схема получаемой сети представлена на рис. 1.2.

100BaseTX xDSL	выделенная линия, 2 км xDSL 100BaseTX	Сеть
модем	модем	здания II
Сеть
здания I
		100BaseTX
	Сеть
	здания III
Рис. 1.2. Структурная схема сети

8

4. Сети зданий.

Внутри каждого здания применяется сеть стандарта Fast Ethernet со скоростью передачи 10 и 100 Мбит/с. В настоящее время стоимость оборудования для скоростей 10 и 100 Мбит/с практически сравнялась, а сеть на Fast Ethernet является более перспективной с точки зрения дальнейшего увеличения числа рабочих станций. Для повышения производительности сети и для возможности одновременного независимого обращения к нескольким серверам применяются коммутаторы. К коммутаторам присоединяются концентраторы, распределенные по этажам и кабинетам здания, сервера, xDSL модемы. Рабочие станции присоединяются к концентраторам. В сети здания II рабочие станции подключаются непосредственно к коммутатору, т.к. число портов коммутатора позволяет реализовать такое решение.

Схемы ЛВС зданий приводятся в Приложении.

Характеристика коммутаторов:

Производитель:		INTEL
Модель:		InBusiness 10/100 SS101TX16EU
Кабель:		Категории 5 для портов 10/100 Мбит/с
Скорость передачи:		10 или 100 Мбит/с
Разъемы:		8 разъемов RJ-45, 1 соединительный порт
Характеристика концентраторов:
Производитель:			INTEL
Модели:			InBusiness 10/100 Fast Hub SH101TX16EU,
Базовая			SH101TX8EU
			Скорость передачи 10/100 Мбит/с с
производительность:			автоматическим согласованием
Разъемы:			Порт 10/100BASE-TX – RJ-45
Соответствие стандартам:			Ethernet (IEEE 802.3), Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
Максимальная	длина		Категория 5 экранированный или
кабеля:			неэкранированный, 100 м
Характеристика сетевых карт для рабочих станций:
Производитель:			INTEL
Модель:			EtherExpress PRO/100+ PILA 8461B
Стандарт IEEE/топология сети: 10BASE-T, 100BASE-TX
Архитектура шины:			PCI
Среда передачи:			2 витые пары категории 5
Разъемы:			RJ-45
Скорость передачи данных:			10 Мбит/с; 100 Мбит/с
Поддерживаемые стандарты			802.2 и 802.3
IEEE:
Ширина шины данных:			32 разряда
Режим обмена данными:			Bus-master DMA
Особенности:			Поддержка полнодуплексного режима,
			автосогласование 10/100 Мбит/с

	9
Характеристика сетевых карт для серверов:
Производитель:	INTEL
Модель:	EtherExpress PRO/100+ Server Adapter PILA
Стандарт IEEE/топология сети:	8470C
	10BASE-T, 100BASE-TX
Тип кабеля и разъемы:	2 витые пары категории 5; RJ-45
Тип шины:	32-bit PCI
Режим обмена данными:	Bus-master DMA
Скорость передачи данных:	10 и 100 Мбит/с
Поддерживаемые стандарты	802.2 и 802.3, 802.3ad*, виртуальные
IEEE:	локальные сети 802.1Q, управление потоками
	на основе стандарта 802.3x, 802.1p Intel®
Шифрование:	Priority Packet
	DES (56 разрядов) / 3DES (168 разрядов) (с
Особенности:	аппаратным ускорением)
	автосогласование, полнодуплексный режим,
	адаптивная балансировка нагрузки,
	вычисление контрольных сумм TCP,
	адаптивная настройка производительности,
	Fast EtherChannel*, PCI Hot Plug and Active PCI

* с соответствующим коммутатором

Для объединения сетей зданий применяется стек протоколов TCP/IP как самый распространенный и проверенный временем.

Таким образом, на участке передачи данных между зданиями наблюдается вложенность протоколов, показанная на рис. 2.1.

IP

ATM

SHDSL

Рис. 2.1. Вложенность протоколов

Максимальная скорость передачи ячеек ATM в качестве данных SHDSL – 2 Мбит/с. Заголовок ячейки ATM занимает 9.4% размера ячейки (5 из 53 байт). Заголовок IP-пакета, передаваемого в сети Ethernet занимает (в лучшем случае – при максимальной длине IPпакета в 1500 байт) 1.3%. Таким образом, примерная максимальная полезная (доступная для протоколов транспортного уровня OSI и выше) пропускная способность каналов связи между зданиями I и II равна 1.78 Мбит/с.

10

4. Распределение IP-адресов.

Маршрутизаторы внутри ЛВС используют расширенный сетевой префикс для передачи трафика индивидуальным подсетям. Понятие расширенный сетевой префикс эквивалентно понятию маски подсети.

Маска подсети, это двоичное число, содержащее единицы в тех разрядах, которые относятся к расширенному сетевому префиксу.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

- 255.0.0.0	– класс А;
- 255.255.0.0	– класс В;

- 255.255.255.0 – класс С.

Пусть сетевой адрес имеет следующий вид 192.168.0.0/22.

Для идентификации трех подсетей требуется 2 бита. Так как в зданиях суммарное количество рабочих станций равно 310 (200,10,100), то номер устройства займет 8 разрядов. Таким образом, в проектируемой ЛВС для будущего наращивания, масштабирования, будем использовать сеть класса В (из данной сети реально требуются три сети класса C).

Вкаждой подсети получается большой запас по IP-адресам устройств, кроме того, имеются средства для дополнительной подсети.

Вэтом случае расширенный сетевой префикс будет равен /22 (маска подсети

255.255.252.0).

Базовая сеть: 192.168.0.0/22.

Широковещательный адрес подсети 1: 192.168.0.255. Широковещательный адрес подсети 2: 192.168.1.255. Широковещательный адрес подсети 3: 192.168.2.255.

Втаблице даны двоичное и десятичное представление IP-адреса.

Таблица IP-адресов устройств.

Описание	Десятичный адрес
Подсеть №1	192.168.0.0/22
Устройство№1	192.168.0.1/22
Устройство№2	192.168.0.2/22
. . .	. . .
Устройство№200	192.168.0.200/22
Сервер№1	192.168.0.201/22
…	…
Сервер№7	192.168.0.207/22