Орлов«___» ____________ _____

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»

Вариант 18
Руководитель темы ______________ П. Орлов

подпись, дата

Подготовил ______________ А. Тереховский

РЕФЕРАТ

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

СОДЕРЖАНИЕ…………………………………………………………………………………..3

АННОТАЦИЯ……………………………………………………………………………………4

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ……………………………………………………………………5

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ………………………………………………………6

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………..7

РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА СЕТЬ………………………………………………………………...9

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ………………………………………………………9

КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕТИ………………………………………………...9

ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЛВС…………………………………………………………………11

ОБОРУДОВАНИЕ ЛВС………………………………………………………………………..12

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ …………………….................13

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ДВОЙНОГО ОБОРОТА PDV…………………….17

ТАБЛИЦА ИТОГОВОЙ СТОИМОСТИ СЕТИ………………………………………………18

ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………………………………………………………19

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………...23

АННОТАЦИЯ
В данной работе описан проект по созданию ЛВС здания в соответствии с техническим заданием. Приведены планы здания со схемой проложенной сети. Произведен расчет нагрузки на сеть, анализ топологии разработанной сети и выбранного оборудования. Таким образом, работа представляет собой подробный план по созданию сети, который полностью готов к реализации или же может служить наглядным пособием по созданию сети.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Наименование проекта: разработка структурной схемы сети офисного здания. Цель проекта: разработать структурную схему локальной вычислительной сети компании (ЛВС), при следующих заданных условиях:

Количество этажей в здании: 3 (2, 3, 5 этажи);
Количество фирм в здании: 5
Количество сотрудников в фирме: 30-80;
Количество подразделений: 3-8;
Количество городских телефонных линий – 4;
Фирмы занимают помещения на разных этажах;
Допустимо использовать оборудование поддерживающее протоколы 802.1P и 802.1Q;
Сервера в каждой фирме: СУБД, WEB+mail, IP-PBX(Сервер IP-телефонии), файл-сервер, сервер удаленного доступа;
Сервера расположены в отдельных помещениях;
Трафик между фирмами отсутствует;
Стоимость оборудования сети (без стоимости компьютеров) должна быть минимально возможной при условии обеспечения её корректности и масштабируемости;
Для ЛВС выделены внутренние IP – адреса сетей класса С.

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

Планы помещений, размещения рабочих мест и условные обозначения на плане находятся в Приложении А

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Для создания ЛВС здания необходимо в первую очередь подробно исследовать план здания и сделать выводы о возможностях прокладки сети. При анализе важно обращать внимание на размеры помещений, особенности здания. С учетом этих условий, а также исходя из предъявляемых к сети требований, складывается представление о топологии будущей сети.

Применительно к данному проекту после анализа здания и ТЗ были сделаны следующее выводы:

Топология проектируемой ЛВС – звезда с центром в информационном узле на 2 этаже и узлами на 1 и 4 этажах.
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.
В магистралях применяется кабель типа «витая пара» категории 5e (CAT5e), обеспечивающий скорость передачи данных в магистралях, связывающих узловые управляемые коммутаторы, составляет 100 Мб/с (100BASE-TX).

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.
САТ5 (полоса частот 100 МГц) — 4-х парный кабель, это и есть то, что обычно называют кабель «витая пара», благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000 Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. При прокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e (полоса частот 125 МГц), который лучше пропускает высокочастотные сигналы. Ограничение на длину кабеля между устройствами (компьютер-свитч, свитч-компьютер, свитч-свитч) 100 м. Ограничение хаб-хаб 5 м.
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 (при условии правильного проектирования)
гибкие возможности администрирования

Недостатки:

выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом
для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий
конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) 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.

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 = nv_i где n – число компьютеров в сети, v_i – нагрузка на один компьютер в сети.

Расчет нагрузки на один компьютер в сети осуществляется по формуле:

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

В данном случае: D = 3 Mb, t = 60 секунд, тогда v = 3/60 = 0.05 Mb/сек.

Тогда нагрузка на сеть составляет:

V1 = 166*0.05 = 8.3 Mb/сек.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ

Пропускная способность v_max 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.

v_max, 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:

 = 8.3/12.5 = 0.664

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 – поэтому выбор остановился на D-Link. За достаточно продолжительное время эксплуатации оборудования D-Link, оно зарекомендовало себя как довольно надёжное и недорогое решение при построении среднего размера ЛВС (до 1000 абонентов). Стоимость используемого оборудования:

D-Link DES-3550: 14500 руб.

D-Link DES-3828DC: 11 000 руб.

D-Link DFL-800: 13 000 руб.

D-Link DVG-7062S: 10000 руб.

D-Link DPH-120S: 3000 руб.

Сетевая карта D-Link 538TX 10/100 290 руб.

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

Кабель отвечает всем требованиям технологии спецификации 100Base-TX (технические характеристики приведены ниже).

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.

При построении сети использовалось следующее активное оборудование:

1. Роутеры D-Link DFL-800

2. коммутаторы D-link DES-3026

3. Сетевые адаптеры 3COM 3C905C-TX-M и встроенные сетевые адаптары.

4. Голосовые шлюзы D-Link DVG-7062S

5. IP-телефоны D-Link DPH-120S

Итого: D-Link DES-3500G 6шт., D-link DES-3026 18 шт., 3COM 3C905C-TX-M 166 шт., Роутеры D-Link DFL-800 1шт

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

1. Маршрутизатор D-Link DFL-800

Производительность маршрутизатора 150 Мбит/с

Производительность VPN 60 Мбит/с

Количество параллельных сессий 25 000

Политики 1 000

Интерфейсы

2 порта 10/100Base-TX WAN,

1 порт 10/100Base-TX DMZ3

7 портов 10/100Base-TX LAN

Консольный порт, Web-интерфейс, Поддержка Telnet, Поддержка SNMP
2. D-link DES-3026

24 x Ethernet 10/100 Мбит/сек

Поддержка работы в стеке есть

Внутренняя пропускная способность 8.8 Гбит/сек

Размер таблицы MAC адресов 8192

Статическая маршрутизация есть

Протоколы динамической маршрутизации IGMP v1

Поддержка стандартов Auto MDI/MDIX, IEEE 802.1p (Priority tags), IEEE 802.1q (VLAN), IEEE 802.1d (Spanning Tree)

3. Кабель КССПВ-5е, 52 UTP 4-cat5e

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.
4. Голосовой шлюз D-Link DVG-7062S

Сервер управления телефонной книгой, до 200 записей IAD

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

Интерфейсы

6 порта FXS c разъемом RJ-11

2 порта FXO с разъемом RJ-11

1 порт 10/100BASE-TX RJ-45 WAN

1 порт 10/100BASE-TX RJ-45 LAN с поддержкой Ethernet

Управление Web-интерфейс и Telnet, IVR

Питание 100 ~ 240 VAC, 50 ~ 60Hz

5. 3COM 3C905C-TX-M

Общие характеристики

Скорость передачи данных 10/100 Мбит/с

Интерфейс PCI 2.2, 32 бит

Стандарты 802.1p, 802.1Q VLAN

Количество разъемов RJ-45 1

Поддержка ОС Windows Me/2000/98/NT, NetWare 3.x/4.x/5 Server, OS/2.

Аппаратное шифрование нет
6. D-Link DPH-120S

Порты Ethernet

1 порт RJ-45 10/100Mбит/с для подключения в Интернет через DSL/кабельный модем или LAN, 1 порт RJ-45 10/100Mбит/с для подключения к ПК

Протоколы P, TCP, UDP, ARP, HTTP DHCP клиент DNS

Поддержка VoIP протокола SIP

Ethernet

IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet

IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet

Автосогласование ANSI/IEEE 802.3 NWay

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ДВОЙНОГО ОБОРОТА PDV

В сети Ethernet и ее модификациях (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) время передачи кадра минимальной длины T_min должно быть больше PDV - времени двойного оборота сигнала в сегменте: T_min≥PDV.

PDV складывается из задержек сигналов в кабелях и задержек, вносимых повторителями (концентраторами) и сетевыми адаптерами. Время передачи кадра минимальной длины

T_min=512 битовых интервала (без учета преамбулы)

Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются на основании данных таблицы 8, в которой учитывается удвоенное прохождение сигнала по кабелю.

Тип кабелей	Удвоенная задержка в bt на 1м	Удвоенная задержка на кабеле максимальной длины
UTP Cat 5	1,112bt	111,2 bt(100)м
Оптоволокно	1,0 bt	412 (412м)

Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера

(или порта коммутатора), берутся из таблицы 9.

Тип сетевых адаптеров	Максимальная задержка при двойном обороте
Два адаптера TX/FX	100bt
Два адаптера T4	138 bt
Один адаптер TX/FX и один Т4	127 bt

Между двумя наиболее удаленными друг от друга узлами имеется следующая картина:

user 1  57 м  коммутатор  32 м user 2

При подсчёте PDV имеем: 100+100+100+98,968=398,968 (bt).

T_min ≥ PDV

512 ≥ 398,968

Таблица итоговой стоимости сети:

Устройство	Цена, руб	Количество, шт
Коммутатор D-link DES-3026	4 568 руб	18
Роутер D-Link DFL-800	13 000 руб	1
Голосовой шлюз D-Link DVG-7062S	10 000 руб	3
IP-телефон D-Link DPH-120S	3 000 руб	18
Сетевая карта 3COM 3C905C-TX-M	327	166
Кабель UTP 4 пары кат.5e <бухта 305м>	1 900 руб	7
RJ-45 Коннектор Кат.5: пачка 100 шт.	150 руб	6
Итого:		247 706 руб.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

План 2 этажа

На втором этаже находятся одна фирма и роутер через который происходит подключение к Интернет всех 5ти фирм. В каждом подразделении находится по одному IP-телефону. Для простоты изображения шнур от каждого компьютера до коммутатора изображен в виде одного толстого кабеля

План 3 этажа

На третьем этаже находятся 2 фирмы. В каждом подразделении находится по одному IP-телефону. Для простоты изображения шнур от каждого компьютера до коммутатора изображен в виде одного толстого кабеля

План 5 этажа

На четвёртом этаже находятся 2 фирмы. В каждом подразделении находится по одному IP-телефону. Для простоты изображения шнур от каждого компьютера до коммутатора изображен в виде одного толстого кабеля

Условные обозначения: