microbik.ru
1

Министерство образования Российской Федерации
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


УТВЕРЖДАЮ

_________________ П. Орлов

«___» ____________ ______ г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине

«Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций»



Руководитель темы ______________ П. Орлов

подпись, дата
Подготовил ____________ А. Щербатюк

РЕФЕРАТ


Отчет 24 с., 3 ч., 10 рис., 5 табл.,

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ, ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ, ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ, НАГРУЗКА НА СЕТЬ, ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ, КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕТИ.

В данной работе описывается проектирование сети с нуля. Рассчитываются ее возможности. Оценивается количество необходимого оборудования и его стоимость.






СОДЕРЖАНИЕ


РЕФЕРАТ 2

СОДЕРЖАНИЕ 3

АННОТАЦИЯ 4

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 5

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 6

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ 10

КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕТИ 11

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ДВОЙНОГО ОБОРОТА PDV 18

Схема 1-го Этажа 19

Схема 3-го Этажа 20

Схема 5-го Этажа 21

Условные обозначения 22

Таблица итоговой стоимости сети: 23

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 24

АННОТАЦИЯ


Данная работа, является проектом по созданию ЛВС в соответствии с техническим заданием. В работе приведены планы этажей офисного здания с схемой проложенной сети. А так же расчет нагрузок на сеть, анализ топологии сети и выбранного оборудования.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ


Разработка структурной схемы сети офисного здания. Фирмы, снимающие помещение для офисов, являются маленькими конторами, с примитивной ЛВС, используемой только для выхода в Интернет и IP телефонии.

Целью проекта является разработать структурную схему локальной вычислительной сети, при следующих заданных условиях:

  1. Количество этажей в здании: 3 (1,3,5 этажи);

  2. Количество фирм в здании: 7

  3. Количество сотрудников в фирме: 40-73;

  4. Количество подразделений: 3-7;

  5. Количество городских телефонных линий – 5;

  6. Фирмы занимают помещения на разных этажах;

  7. Допустимо использовать оборудование поддерживающее протоколы 802.1P и 802.1Q;

  8. Сервера в каждой фирме: СУБД, WEB+mail, IP-PBX(Сервер IP-телефонии), файл-сервер, сервер удаленного доступа;

  9. Сервера расположены в отдельных помещениях;

  10. Трафик между фирмами отсутствует;

  11. Стоимость оборудования сети (без стоимости компьютеров) должна быть минимально возможной при условии обеспечения её корректности и масштабируемости;

  12. Для ЛВС выделены внутренние IP – адреса сетей класса С.

Использовать спецификацию 100BASE-TX. Физической средой передачи служит витая пара.

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ


Для создания ЛВС здания необходимо в первую очередь подробно исследовать план здания, сделать выводы о возможностях прокладки сети и так же необходимо учесть конечную цель данной сети.

Выводы на основе поставленного ТЗ:

  1. Топология проектируемой ЛВС – звезда с центром в информационном узле на 1 этаже и узлами на 1, 3 и 5 этажах.

  2. Выбраны помещения (серверные), в которых установлены сервера и сетевое оборудование. При выборе учитывалась удаленность каждого клиентского компьютера от данного узла. Для нормальной работы сети она не должны превышать 100м.

  3. В магистралях применяется кабель типа «витая пара» категории 5e, обеспечивающий скорость передачи данных в магистралях, связывающих узловые управляемые коммутаторы, составляет 100 Мб/с (100BASE-TX).

  4. Исходя из того, что по ТЗ здание использует только 4 внешних телефонных линий при 7 фирмах, был сделан вывод о том, что трафик между фирмами должен присутствовать, для обеспечения IP телефонии. Голосовой шлюз для всех фирм используется один, расположенный в информационном узле.

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

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ



Приступая к решению задач, поставленных в данной работе, следует ознакомиться с теорией, непосредственно касающейся этой темы.

Локальная вычислительная сеть, ЛВС (Local Area Network, LAN ) — компьютерная сеть , покрывающая относительно небольшую территорию, такую как дом, офис, или небольшую группу зданий, например, институт. Компьютеры могут соединяться по различным протоколам, таким как Wi-Fi или Ethernet.
Звезда́ — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу. Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.
Достоинства

  • Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; Хорошая масштабируемость сети;

  • Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

  • Высокая производительность сети;

  • Гибкие возможности администрирования .

Недостатки

  • Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;

  • Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

  • Конечное число рабочих станций, т.е. число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Применение

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель - витая пара.
Технология Ethernet:

Достигшая к настоящему времени состояния массовой доступности технология передачи данных Fast Ethernet позволяет обеспечить 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. Одновременно обеспечивается масштабируемость решения, которая может быть достигнута последующим переходом к перспективным технологиям GigabitEthernet , 10 GigabitEthernet (10GE).

VoIP (Voice-over-IP — IP-телефония) — система связи, обеспечивающая передачу речевого сигнала по сети Интернет или по любым другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передается в цифровом виде и, как правило, перед передачей преобразовывается (сжимается) с тем, чтобы удалить избыточность, свойственную человеческой речи.

FXO (Foreign Exchange Office) — голосовой интерфейс, эмулирующий расширение интерфейса PABX(PBX), для подключения телефонной станции к мультиплексору. Проще говоря, FXO называется любой разъем устройства телефонии, который замыкает цепь приходящего к нему двужильного провода. Если на другом конце провода находится устройство с FXS-разъемом, которое подает переменное напряжение на жилы провода, то цепь замыкается и по ней начинает идти переменный ток - т.е. связь установлена, устройства начинают обмениваться информацией (порт для подключения телефонных линий).

РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА СЕТЬ

Нагрузка на сеть это объем данных, реально передаваемый по сети в единицу времени.

Расчет нагрузки на сеть осуществляется по формуле:

V = nvi где n – число компьютеров в сети, vi – нагрузка на один компьютер в сети.

Расчет нагрузки на один компьютер в сети осуществляется по формуле:

Vi = D/t, где D – количество переданных данных, t – время, за которое были переданы данные.

В данном случае: D = 2 Mb, t = 60 секунд, тогда v = 2/60 = 0,03 Mb/сек.

Для компьютеров рассмотренных фирм 4Mb/сек достаточная и даже довольно большая скорость, тк Интернет в них используется в основном для, просмотра web-сайтов и общения. При необходимости эту скорость можно сократить.

Тогда нагрузка на сеть составляет:

V = 350*0.03 = 10.5 Mb/сек.






ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ


Пропускная способность vmax 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.

vmax, для стандарта 100BASE-TX составляет 100 Mbit/сек = 12.5Mb/сек.








КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕТИ


Коэффициент использования сети равен отношению нагрузки на сеть к пропускной способности. Коэффициент использования сети рассчитывается по формуле:  = V/ vmax .

Подставив данные, получим:

 = 10.5/12.5 = 0.84

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.
ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЛВС


ОБОРУДОВАНИЕ ЛВС

Оборудование ЛВС выбиралось исходя из наилучшего соотношения цена/качество.

После рассмотрения нескольких вариантов, выбор был сделан в пользу оборудования

D-Link. Т.к данное оборудование удовлетворяет требованиям, поставленным перед ЛВС, и имеет хорошее качество при не дорогой цене.

D-Link DES-3550: 14500 руб.

D-Link DI1750: 20 000 руб.

D-Link DVG-6008S: 10500 руб.

D-Link DPH-100H: 3000 руб.

Realtek RTL8139D 110 руб.

Выбор типов (спецификаций) физической среды передачи данных.

Сетевой кабель - физическая среда передачи данных.

Для построения ЛВС использовался кабель – неэкранированная витая пара категории 5e.

Технические характеристики кабеля приведены в Таблице 3.

Кабель отвечает всем требованиям технологии спецификации 100Base-TX.

Достигшая к настоящему времени состояния массовой доступности технология передачи данных Fast Ethernet позволяет обеспечить 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. Одновременно обеспечивается масштабируемость решения, которая может быть достигнута последующим переходом к перспективным технологиям GigabitEthernet , 10 GigabitEthernet (10GE). Повышение скорости локальных сетей и внедрение в них развитых функций управления приоритетом и качеством сервиса делает их идеальной средой для интегрированной передачи всех видов информации.

Выбор коммуникационного (структурообразующего) оборудования ЛВС

При построении сети использовалось следующее активное оборудование:

1. Роутеры D-Link DI-1750

2. Коммутатор D-Link DES-3550

3. Сетевые адаптеры Realtek RTL8139 Family PCI Fast Ethernet Adapter и встроенные сетевые адаптары.

4. Голосовые шлюзы D-Link DVG-7044S

5. IP-телефоны D-Link DPH-100H

Итого: D-Link DES-3500G 15 шт., D-Link DI-1750 8 шт., D-link DVG-6008S 1 шт., D-Link DPH-100H 320 шт., Realtek RTL8139 320 шт.
Пассивное сетевое оборудование:

Кабель UTP 4 пары кат.5e <бухта 305м> Highgates Cable : 1900 руб.

RJ-45 Коннектор Кат.5: пачка 100 шт. 150 руб.

Стяжка нейлоновая, неоткрыв. , 150мм: упаковка 100 шт.: 50 руб.

Розетка внешняя RJ-45 (экран.) кат.5e универсальная: 40 руб.

Patch Cord UTP кат.5e 3м: 30 руб.

Итого пассивного сетевого оборудования:

Кабель UTP 4 пары кат.5e 5 шт., RJ-45 Коннектор Кат.5 3 уп., Стяжка нейлоновая, неоткрыв. 5 уп, Розетка внешняя RJ-45 (экран.) кат.5e 150 шт., Patch Cord UTP кат.5e 3м 150 шт.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ




1. Маршрутизатор D-Link DI-1750

RISC Процессор

Motorola MPC860T 50MHz

Память

Flash: 8MBytes

EEPROM: 512Kbytes

SDRAM: 64MBytes

Интерфейсы

1 порт RJ-45 10/100M Fast Ethernet (IEEE 802.3/802.3u)

Вспомогательный AUX порт (RJ-45 с RS-232 интерфейсом, асинхронный DTE с полной поддержкой управления модемом)

Консольный порт (RJ-45 с RS-232 интерфейсом, асинхронный DTE, no RTS/CTS, hardware handshaking)

Слоты


2 слота с поддержкой WAN интерфейсов и голосовых карт

Размеры

445 (L) x 310 (W) x 45 (H) mm

Питание

100 ~ 240 VAC, 47 ~ 63Hz

Потребляемая мощность

Max. 50 Вт

Таблица 1

2. Коммутатор D-Link DES-3550G



Стандарты

IEEE 802.3 10Base-T Ethernet

IEEE 802.3u 100Base-TX Fast Ethernet

IEEE 802.3ab 1000Base-T Gigabit Ethernet

ANSI/IEEE 802.3

Управление потоком IEEE 802.3x



Порты

48 портов 10/100Base-TX с автоматическим определением полярности MDI/MDIX

2 гигабитных порта 10/100/1000Base-T с автоматическим определением полярности MDI/MDIX

Поддержка режима дуплекса/полудуплекса

Ethernet/Fast Ethernet: дуплекс/полудуплекс

Gigabit: дуплекс



Управление потоком


Режим полудуплекса: метод «обратного давления»

Режим дуплекса: управление потоком 802.3х



Метод коммутации


Store-and-forward

Таблица МАС-адресов

8К записей на устройство

Буфер RAM


3,2 Мбит на устройство



Питание


от 100 до 240 В переменного тока, 50/60 Гц

Внутренний универсальный источник питания


Размер


441 x 309 x 44 мм


Вес

3,7 кг



Таблица 2

3. Кабель UTP cat. 5e

Тип оболочки

стандартная (ПВХ)

Наружный диаметр оболочки

5 мм

Тип экрана

нет

Вес кабеля

40 кг/км

Диапазон рабочих температур

-15...+70

Диапазон температур монтажа

5...+40

Ключевые особенности

Категория 5е

Частота

до 125МГц

Сопротивление

100 Ом

Совместимость

RJ-45

Назначение

Кабель предназначен для использования в компьютерных сетях, в горизонтальной подсистеме структурированных кабельный систем.

Таблица 3

Голосовой шлюз D-link DVG-6008S

Телефонная книга



Сервер управления телефонной книгой, до 200 записей IAD

Поддерживаемые кодеки

G.711 a/u, G.726 (32K), G.729A, G.723.1

Интерфейсы

8 портов FXO RJ-11

4 порта 10/100BASE-TX RJ-45 LAN

1 порт 10/100BASE-TX RJ-45 WAN

Управление



Web-интерфейс и Telnet, IVR

Размеры

302 x 179 x 45 мм

Питание

100 ~ 240 VAC, 50 ~ 60Hz

Потребляемая мощность

Max. 50 Вт

Таблица 4



ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ДВОЙНОГО ОБОРОТА PDV



В сети Ethernet и ее модификациях (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) время передачи кадра минимальной длины Tmin должно быть больше PDV - времени двойного оборота сигнала:
TminPDV.
PDV складывается из задержек сигналов в кабелях и задержек, вносимых повторителями (концентраторами) и сетевыми адаптерами. Время передачи кадра минимальной длины Tmin=512 битовых интервала (без учета преамбулы)

Задержки, вносимые прохождением сигналов по каждому метру неэкранированной витой пары 5-ой категории составляют 1,112 bt. Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера TX/FX составляют 100bt.

Между двумя наиболее удаленными друг от друга узлами проектируемой сети суммарная длина сегментов составляет 95 метров. Сегменты соединены 4 -мя коммутаторами. Значит, времени двойного оборота сигнала составляет:

100+100+100+62*1,112=368,94bt. (512 368,94).

Схема 1-го Этажа



Схема 3-го Этажа




Схема 5-го Этажа




Условные обозначения







IP-PBX(Сервер IP-телефонии)



Cервер удаленного доступ



СУБД



Файл-сервер



WEB+mail



Маршрутизатор



Коммутаторы



Голосовой шлюз



Компьютер



Кабель от коммутатора к компьютеру











Таблица итоговой стоимости сети:


Устройство

Цена, руб

Количество, шт

D-Link DES-3550

14500

15

D-Link DI1750

20000

8

D-Link DVG-6008S

10500

1

D-Link DPH-100H

3000

320

Realtek RTL8139D

110

320

Кабель UTP 4 пары кат.5e <бухта 305м>

1900

5

RJ-45 Коннектор Кат.5: пачка 100 шт.

150

3

Стяжка нейлоновая, неоткрыв. , 150мм

50

20

Розетка внешняя RJ-45 (экран.) кат.5e универсальная

40

200

Patch Cord UTP кат.5e 3м

30

200

Итого

1198159 руб.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ





  1. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы 3-е изд.», М.: Питер, 2006



Москва 2008