Учебно-методическое пособие (Сети)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра автоматизации и информационных систем

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ НА ОСНОВЕ СТАНДАРТОВ СТРУКТУРИРОВАННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Методические указания к выполнению курсового проекта по учебной дисциплине «Инфокоммуникационные системы и сети»

Новокузнецк

2013

УДК 004.7 ББК 32.973.202

П79

Рецензент кандидат технических наук,

доцент кафедры систем информатики и управления СибГИУ М.В. Ляховец

П79 Проектирование инфокоммуникационной сети на основе стандартов структурированных кабельных систем : метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т ; сост. : А.А. Ивушкин, В.В. Грачев. – Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ, 2013. – 32 с.

Рассмотрены общие вопросы проектирования инфокоммуникационной сети на основе стандартов структурированных кабельных систем, указан перечень работ, выполняемых на каждом этапе проектирования, сформулированы требования к курсовому проекту.

Предназначены для студентов всех форм обучения направления подготовки 230400.62 Информационные системы и технологии.

2

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Курсовое проектирование – заключительный этап в изучении дисциплины «Инфокоммуникационные системы и сети». При его выполнении используются знания, полученные студентами в процессе освоения этой и смежных дисциплин, а также обширная информация, помещенная в каталогах фирм-производителей программно-аппаратных средств, справочных изданиях, специальной технической литературе, на страницах Internet.

Процесс проектирования инфокоммуникационной сети сопровождается не только аналитической работой, но выполнением большого количества сложных, громоздких и часто однообразных расчетов, что требует затрат времени и предельной собранности. Быстрое и правильное проектирование возможно при условии, что студент умеет свободно ориентироваться в различных информационных источниках и имеет необходимые знания и навыки в использовании средств вычислительной техники. Это особенно важно для решения наиболее сложных задач исследования современных инфокоммуникационных сетей.

Предлагаемая методическая работа содержит общие вопросы проектирования инфокоммуникационных сетей, а также примеры проектирования и расчета таких сетей.

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ

1.1 Основные положения

Разработка и расчет территориально распределенных и разнородных инфокоммуникационных сетей являются сравнительно сложными задачами. Их сложность объясняется, во-первых, тем, что современные сети представляют собой совокупность различных сетевых элементов и узлов, связанных между собой разнообразными связями в единую среду; во-вторых, возможностью неоднозначных решений, так как предъявляемые к сети требования могут быть выполнены самыми различными способами, при различных соотношениях параметров элементов и узлов и связей между ними; в- третьих, отсутствием универсальных методов разработки

3

инфокоммуникационных сетей и возможностью решения задач проектирования различными путями и методами.

Цель предложенного раздела – дать логическое и систематическое изложение подхода к решению задач проектирования инфокоммуникационных сетей. Предлагаемый порядок следует рассматривать как некую рекомендацию, но не как незыблемое правило. Намечается только общий подход к разработке инфокоммуникационных сетей. Детали расчета не затрагиваются, они уточняются самим проектировщиком в зависимости от типа и сложности системы, предъявляемых к ней требований и степени применимости того или иного метода к решению всех возникающих вопросов.

1.2 Особенности и этапы проектирования

Процесс проектирования может быть представлен как последовательное выполнение отдельных этапов. На каждом этапе действует обратная связь: например, информация, полученная при расчете сети и ее основных элементов, может быть использована для уточнения формулировки задачи проектирования и выбора топологии сети.

Задание на проектирование выдается заказчиком.

Вкачестве заказчика может выступать государственная организация или частная фирма, отдел энергообеспечения предприятия, отдел автоматизации и информатизации или сам проектировщик. Задание на проектирование, как правило, формулируется и оформляется

ввиде технического задания, всоответствии с ГОСТ 34.602-89 [1].

Вучебном проектировании в качестве заказчика выступает руководитель проекта – преподаватель. Задание в этом случае формулируется вследующих формах:

−в словесном изложении, при котором указывается назначение инфокоммуникационной сети и функции, выполняемые ею;

−числовыми характеристиками и параметрами функционирования сети;

−графическим изображением системы.

Особенностью работы проектировщика инфокоммуникационной сети информационно-управляющей системы является то, что он, как правило, не получает количественных характеристик, которым должна удовлетворять проектируемая инфокоммуникационная сеть, имея дело

4

по большей части с качественными показателями. А если количественные характеристики имеются, то далеко не в полном объеме. Поэтому проектировщик сам должен вникнуть в сущность технологического процесса, для управления которым создается сеть, выявить основные характеристики и показатели работы сети, сформулировать задачи проектирования.

В задании на проектирование инфокоммуникационной сети указываются следующие исходные данные:

−генеральный план расположения объектов, строительные чертежи, планы помещений, которые необходимо охватить инфокоммуникационной сетью. Примеры таких схем приведены в приложении А;

−стандарты проектирования инфокоммуникационной сети;

−набор каталогов и прайс-листов фирм-производителей сетевого, компьютерного оборудования и программного обеспечения;

−количественные показатели по числу рабочих и диспетчерских станций, серверов;

−ограничения по финансовым ресурсам, по срокам поставки оборудования и программного обеспечения, по срокам монтажа и наладки.

Кроме этого исходные данные могут дополняться требованиями, предъявляемыми к проектируемой инфокоммуникационной сети [2-4], по:

−производительности, например, время реакции сети, пропускная способность, мгновенная, средняя и максимальная пропускная способность, задержка передачи;

−надежности и безопасности, например, коэффициент готовности, сохранность данных, согласованность данных, вероятность доставки пакета без искажений, отказоустойчивость, резервирование;

−расширяемости и масштабируемости;

−прозрачности, управляемости;

−поддержке разных видов трафика.

На первом этапе проектировщик должен подробно проанализировать задание и исходные данные, выданные заказчиком, всесторонне изучить технологический процесс и объекты, для которых будет проектироваться инфокоммуникационная сеть. Особое внимание следует уделить анализу генерального плана, строительных чертежей, изучению планов помещений с указанным расположением рабочих

5

мест.

На втором этапе проектирования необходимо определить трассы и возможные способы прокладки кабеля, типы кабеля, сетевые технологии для объединения объектов информационной сети. Как правило, на этом шаге также принимается решения по структуре (топологии) информационной сети.

При выборе сетевых технологий для построения пространственно-распределенных систем проектировщик должен оценить, прежде всего, следующие параметры:

−геометрические размеры сети;

−обеспечение гарантированного времени доставки сообщений;

−достоверность и надежность передачи информации;

−удобство работы с выбранным стандартом в плане стандартизации решений и унификации оборудования;

−оптимальное соотношение «возможности/цена».

На третьем этапе осуществляется выбор необходимых компонентов информационной сети, составление конфигурации оборудования, программного обеспечения, материалов, инструментов.

На заключительном этапе составляются схемы подключения внешних проводок, кабельный журнал, спецификации программноаппаратных средств инфокоммуникационной сети.

Процесс проектирования может быть итерационным, поскольку планы и чертежи помещений не всегда учитывают «подводные камни», поджидающие на объекте – непроходимые стены, соседство неблагоприятного оборудования, кабелей и трубопроводов, требования заказчика могут дополняться и изменяться по ходу проектирования, возможны корректировки в финансировании проекта.

Решения, принимаемые на каждом из этапов проектирования, допускают множество вариантов. Часто опытные проектировщики, действуя в условиях неопределенности и недостаточности информации, подготавливают несколько вариантов эскизных проектов:

–«пессимистический» (при недостатке финансировании);

–«оптимистический» (при условии своевременного и полного финансирования);

–«базовый» (наиболее вероятный, нечто среднее между «пессимистическим» и «оптимистическим» вариантом).

В дальнейшем детально прорабатывается один изних.

При проектировании всегда следует следовать принципу

избыточности, например, брать запас по количеству рабочих мест

6

специалистов, число которых со временем может увеличиваться, запас по длине кабеля, резерв по наличию свободного места в сетевых шкафах, закладывать в спецификации запасные инструменты и принадлежности (ЗИП).

Важно учитывать не только исходные ограничения (по финансированию и срокам), но и технологические ограничения, ограничения сетевых стандартов. Например, прокладка большинства кабелей возможна при положительных температурах; ограничение по максимальной длине сегмента медного кабеля в стандарте Ethernet 100BaseT составляет 100 метров [5]; предельно допустимый радиус кривизны укладки волоконно-оптического кабеля находится в пределах 15 – 20 диаметров от внешней оболочки кабеля [6].

1.3Постановка задачи проектирования

Вобщем виде постановка задачи проектирования инфокоммуникационной сети на основе стандартов структурированных кабельных систем (СКС) может быть представлена следующим образом.

Дано.

1. Строительные чертежи, генеральный план расположения объектов, планы помещений, которые необходимо охватить инфокоммуникационной сетью.

2. Стандарты проектирования инфокоммуникационной сети:

−ISO/IEC IS 11801 – Information Technology. Generic cabling for customer premises (международный стандарт) [7];

−EIA/TIA-568В – Commercial Building Telecommunications Wiring Standard (американский стандарт) [8];

−CENELEC EN 50173 – Information Technology. Generic cabling systems (европейский стандарт) [9].

3. Набор каталогов, документации и прайс-листов фирмпроизводителей сетевого, компьютерного оборудования и программного обеспечения.

4. Количественные показатели по числу рабочих и диспетчерских станций, серверов.

Ограничения.

1. Ограничения по финансовым ресурсам.

2. Временные ограничения:

−по срокам поставки оборудования;

7

− по срокам монтажа.

Требуется.

Разработать проект инфокоммуникационной сети на основе стандартов СКС.

2 ЗАДАНИЕНАКУРСОВОЕПРОЕКТИРОВАНИЕ

2.1 Структура, задание иобъем курсового проекта

Курсовой проект по учебной дисциплине «Инфокоммуникационные системы и сети» состоит из трех частей.

Первая часть курсового проекта представляет собой анализ теоретического вопроса из предложенного списка (приложение Б). Анализ должен проводиться с привлечением, как минимум, 4 – 5 источников литературы. При этом 2 – 3 источника – это периодические издания по тематике рассматриваемого вопроса. Объем первой части – до 10 страниц.

Вторая часть курсового проекта посвящена анализу практического использования сетевых технологий, анализу функционирующих инфокоммуникационных сетей на существующих объектах. За основу предлагается взять одну-две статьи из периодических источников, описывающих конкретную информационную систему какого-либо предприятия или организации. Обязательным пунктом второй части работы является приведение структуры существующей инфокоммуникационной сети и описание ее основных элементов, используемых сетевых стандартов и технологий. Пример структуры инфокоммуникационной сети углеобогатительной фабрики приведен на рисунке В.1 приложения В. Объем второй части курсового проекта – до 5 страниц.

В третьей части курсового проекта необходимо разработать проект инфокоммуникационной сети на основе стандартов СКС в соответствии с постановкой задачи, представленной в разделе 1.3. Генеральный план расположения объектов, строительные чертежи, планы помещений, которые необходимо охватить инфокоммуникационной сетью, предоставляются преподавателем в печатном и электронном виде индивидуально и не приводятся в данных методических указаниях. Количественные показатели по числу рабочих и диспетчерских станций, серверов приведены в приложении Г.

8

2.2Краткие методические указания к выполнению курсового проекта

Вданном разделе кратко описываются основные моменты выполнения третьей части курсового проекта – «Разработка проекта инфокоммуникационной сети на основе стандартов СКС».

Третья часть курсового проекта должна содержать следующие структурные элементы:

−постановка задачи проектирования;

−структура инфокоммуникационной сети;

−конфигурации рабочих и диспетчерских станций, серверов;

−конфигурации сетевых устройств;

−схемы расположения информационных розеток в помещениях, охваченных инфокоммуникационной сетью;

−схемы расположения рабочих, диспетчерских станций, серверов, сетевого оборудования впомещениях и сетевых шкафах;

−кабельный журнал инфокоммуникационной сети;

−схема подключения внешних проводок (схема коммутации элементов инфокоммуникационной сети);

−спецификация программно-аппаратных средств инфокоммуникационной сети.

На первом этапе создания проекта инфокоммуникационной сети решается вопрос выбора ее структуры, то есть физической топологии. Наиболее часто встречающиеся топологии – это «звезда», «кольцо», «общая шина» и «смешанная», получающаяся путем комбинации нескольких топологий из первых трех. Так, в приложении В, на рисунке В.1 приведена сеть смешанной топологии, образованная комбинацией кольцевой топологии и топологии «звезда», на рисунке В.2 – сеть топологии «звезда».

Выбор топологии сети является нетривиальной задачей и в каждом конкретном случае определяется индивидуально. На выбор топологии главным образом влияет наличие кабельных эстакад в проектной строительной документации, взаимное расположение объектов – зданий, корпусов, помещений, которые необходимо охватить информационной сетью.

Если объекты расположены централизованно, например, как на рисунке А.3 приложения А, подойдет вариант с кольцевой топологией.

Ктому же кольцевая топология обеспечивает большую надежность и живучесть сети вслучае выхода из строя одного из сегментов кабеля.

9

Поясним на примере структуры инфокоммуникационной сети углеобогатительной фабрики (рисунок В.1 приложения В). В случае обрыва кабеля между административно-бытовым корпусом (АБК) и распределительным пунктом (РП) бункера породы, информационные потоки между двумя этими корпусами будут перенаправлены в обход поврежденного участка через помещение оператора компрессорной, РП склада готовой продукции и РП главного корпуса, при этом целостность сети сохранится.

Если расположение объектов таково, что из них явно выделяется один, от которого другие равно удалены, то в таком случае можно рекомендовать звездообразную топологию. Например, в структуре инфокоммуникационной сети наземного комплекса угольной шахты (рисунок В.2 приложения В) в качестве центрального элемента «звезды» будет выступать сетевой узел.

Выбранная топология сети должна четко вписываться в стандарты проектирования СКС, которые определяют не только среду передачи, параметры разъемов, линии и канала, но и предельно допустимые длины, способы подключения проводников (последовательность), топологию и функциональные элементы СКС.

На втором этапе, после выбора структуры инфокоммуникационной сети, как правило, переходят к выбору и конфигурированию сетевых узлов, как конечных, так и промежуточных.

К конечным сетевым узлам относятся источники и потребители информации. Например:

−компьютеры с сетевым интерфейсом, выступающие в роли серверов, диспетчерских ирабочих станций;

−HMI-терминалы (Human-Machine Interface Terminal);

−программируемые логические контроллеры (ПЛК);

−сетевые периферийные устройства (сетевые принтеры, сканеры, плоттеры);

−датчики пожарной сигнализации, охранной сигнализации, контроля доступа;

−камеры видеонаблюдения.

К промежуточным сетевым узлам относятся телекоммуникационные устройства, через которые конечные сетевые устройства посредством линий связи обмениваются информацией. Среди наиболее распространенных промежуточных сетевых узлов можно выделить:

10