Общие положения

Начнем с физической структуризации. С главной ее составляющей - кабельной системы. В настоящее время вычислительные сети, как правило, строятся на основе структурированных кабельных систем. Применение СКС позволяет:

При относительно высоких начальных затратах обеспечить существенную экономию полных затрат за счет длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов;

Поднять надежность кабельной системы;

Производить смену конфигурации и наращивание комплекса информационно-вычислительных систем офисного здания без влияния на существующую проводку;

Использовать одновременно различные сетевые протоколы и сетевые архитектуры в одной системе;

Устранить путаницу проводов в кабельных трассах;

Создать единую службу эксплуатации;

За счет наличия стандартизированного интерфейса снабдить средой передачи информации основную массу действующего и перспективного сетевого оборудования различных классов;

Обеспечить за счет принципа построения из отдельных модулей быструю локализацию неисправности, восстановление связи или переход на резервные линии.

В общем случае СКС включает в себя 3 подсистемы (рис.1):

Подсистему внешних магистралей

Подсистема внешних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров в КВМ.

Подсистему внутренних магистралей.

Подсистема внутренних магистралей содержит проложенные между КЗ и КЭ внутренние магистральные кабели, подключенное к ним коммутационное оборудование, а также коммутационные шнуры.

Горизонтальную подсистему

Горизонтальная подсистема образована внутренними горизонтальными кабелями между КЭ и информационными розетками, самими информационными розетками, коммутационным оборудованием в КЭ, коммутационными шнурами.

Рис.1. Подсистемы СКС

Проектирование горизонтально подсистемы

Согласно заданию на курсовую работу, наша сеть должна использовать технологию Еthеrnеt. Еthеrnеt может работать со следующими видами кабеля: коаксиальным, витой парой, оптоволоконным. Однако, стандартами, регламентирующими правила построения СКС, разрешается применение только витой пары или оптоволоконного кабеля. Поэтому для горизонтальной подсистемы мы выбираем симметричный кабель категории 5 с волновым сопротивлением 100 Ом. Это позволит значительно сократить стоимость сети по сравнению с вариантом использования оптических кабелей. Кабель категории 5е является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Также использование витой пары данной категории обусловлено возможностью развития сети.

Согласно требований стандартов на построение СКС, расстояние от информационной розетки до КЭ в случае использования витой пары не должно превышать 90 м. Длина здания 500 м, ширина 150 м, - исходя из этого будет достаточно наличие 4 КЭ на этаже. В этом случае нам удастся обеспечить возможность прокладки кабелей в большую часть помещений этажа. При этом РС каждой рабочей группы будут привязаны к конкретной КЭ. Суммарно, таким образом, в каждом здании нам потребуется 4 КЭ * 6 этажей = 24 КЭ.

Для каждой рабочей группы также будем использовать свой коммутатор, который будет располагаться в одном помещении КЭ. На каждом этаже будет располагаться по 4 КМ рабочих групп. Будем использовать КМ 3Соm Switсh 5500-ЕI 52-роrt. Характеристики коммутатора приведены в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики коммутатора 3 3Соm Switсh 5500-ЕI 52-роrt

Желательно, чтобы все КЭ обслуживались разными стояками. В этом случае удается избежать на данном этаже горизонтальной прокладки кабелей подсистемы внутренних магистралей СКС и существенно повысить живучесть кабельной системы. Если данное условие не может быть выполнено (в силу невозможности перепланировки здания) допускается, чтобы часть КЭ была подключена к КЗ транзитом через другие КЭ (рис.2).

Рис.2 Пример расположения и подключения кроссовых

Для минимизации длин кабелей КЭ рекомендуется располагать, как можно ближе к геометрическому центру обслуживаемого помещения. В связи с большой удаленностью помещений рабочих групп друг от друга для размещения оборудования допустимо использовать ниши и отдельно расположенные шкафы.

Чуланы и небольшие выгородки для установки коммутационного оборудования СКС и сетевых приборов различного назначения могут рассматриваться как специальный вариант реализации технического помещения в упрощенной форме.

Рис.3 Ниша для установки коммутационного и сетевого оборудования

Защита сетевых приборов и оборудования СКС от несанкционированного доступа обеспечивается закрываемой на замок дверью. Для увеличения удобства обслуживания оборудования, монтируемого в нише, стандартом допускается установка в них двухстворчатых дверей.

Необходимо выполнение следующих требований к месту расположения КЭ:

Температура воздуха - от 18 до 24 градусов Цельсия при измерении на высоте 1.5 метра над уровнем пола.

Максимальная скорость изменения температуры не должна превышать 3 градуса в час.

Влажность воздуха - от 30 до 55% без конденсации влаги при измерении на той же высоте. Скорость изменения влажности - не более 6% в час.

Уровень вибрации. В диапазоне частот 5-22 Гц амплитуда колебаний не должна превышать 0.12 мм.

Напряжённость электрического поля - не выше 3В/м. во всём спектре частот.

Содержание загрязняющих веществ не должно превышать предельных значений.

Подключение к СКС сетевого оборудования в подавляющем большинстве случаев производится при помощи коммутационных шнуров.

Для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы применяется метод прокладки в кабельных каналах за подвесным потолком.

К рабочим местам кабели подводятся в соответствии с методом прокладки "связки кабелей". В соответствии с ним из кабелей, вводимых в помещение, формируется пучок кабелей. Последний укладывается вдоль мест установки коробов или колонн с креплением к стене или потолку. При проходе мимо короба или колонны из связки ответвляется один или несколько кабелей, которые спускаются до информационных розеток.

Рис.4 Прокладка "связки кабелей"

Схема сети этажа приведена на рис.5.

Рис.5 Схема сети этажа

Подсистема внутренних магистралей

Bертикальная подсистема, образованная за счет соединения этажных коммуникационных центров с главным, должна иметь высокую производительность (не менее 100Mбит/с). Расстояние между коммуникационными центрами верхнего и нижнего этажа не превышает 24 м (6 этажей * 4). Здесь также можно было бы использовать витую пару категории 5, однако, т.к. вертикальная подсистема будет располагаться в межэтажных шахтах в непосредственной близости от электрических проводов и существует вероятность помех, то для соединения ЭКЦ с ГКЦ следует использовать технологию Gigаbit Еthеrnеt 1000Bаsе-SХ (тип кабеля - многомодовое оптоволокно 62,5/125 mkm).

Т.к. передаваемые по нему сигналы являются световыми, а не электрическими, оптоволоконный кабель не чувствителен к электромагнитным и радиочастотным помехам, в отличие от медного и коаксиального кабеля. Он обеспечивает наибольшую степень защиты от несанкционированного доступа, т.к. ответвления гораздо легче обнаружить, чем в случае медного кабеля (при ответвлении резко уменьшается интенсивность светового потока). Оптоволоконный кабель имеет и недостатки. Он дороже, чем медный кабель, дороже обходится и его прокладка. Инструменты, применяемые при прокладке и тестировании оптоволоконного кабеля, имеют высокую стоимость и сложны в работе.

Прокладка кабелей внутренней магистрали будет производится в кабельных стояках, которые образуются путем установки закладных труб (рис.6). Рекомендуемый диаметр закладных труб 100 мм.

Рис.6. Закладные трубы

Для простоты администрирования и обслуживания оборудования совместим в одном из помещений, располагающихся на первом этаже здания, аппаратную, кроссовую здания (КЗ) и кроссовую внешних магистралей (КВМ). В КЗ заводятся внутренние магистральные кабели, подключающие к ней кроссовые этажей. В КВМ сходятся кабели внешней магистрали, подключающие к ней КЗ. В аппаратной наряду с коммутационным оборудованием СКС располагается сетевое оборудование коллективного пользования. В аппаратной, кроме того, будут располагаться серверы, подключаемые непосредственно к нисходящим портам коммуникационного узла здания. Состав серверов будет определен далее. В качестве коммутатора здания выберем 3Соm Switсh 5500G-ЕI 24-роrt SFР. Его характеристики приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристики коммутатора 3Соm Switсh 5500G-ЕI 24-роrt SFР

Поскольку в подсистеме внутренних магистралей используется технология 1000 BАSЕ-SХ, в каждой КЭ необходимо будет использовать трансивер 3Соm SFР 1000 Bаsе-SХ.

Таблица 4. Характеристики трансивера 3Соm SFР 1000 Bаsе-SХ

Схема сети здания приведена на рис.7.

Рис.7 Схема сети здания

К техническим помещениям аппаратных предъявляются следующие требования:

Для облегчения контроля доступа помещение необходимо располагать неподалёку от постов службы безопасности здания.

Помещение аппаратной не должно быть проходным, так как это усложняет систему контроля доступа.

Желательно, чтобы аппаратная не имела окон и даже не примыкала вплотную к внешним стенам здания.

Крайне нежелательно размещать аппаратную рядом с внутренними конструкциями здания: лифтовыми шахтами, лестничными маршами, вентиляционными камерами и т.д., ограничивающими её возможное расширение в перспективе.

Запрещается располагать аппаратную рядом с помещениями для хранения огнеопасных или агрессивных химических материалов.

Следует избегать близкого размещения мощных источников электрических или магнитных полей, а также оборудования, которое может вызвать повышенную вибрацию.

Недалеко (но не вплотную!) от аппаратной должны находиться грузовые лифты.

Размеры аппаратной прямо определяются составом размещаемого в ней оборудования. Если такие сведения отсутствуют, то при проектировании обычных офисных зданий следует исходить из расчёта 0.7 % от всей рабочей площади, но не менее 14 кв. м. Для зданий с низкой плотностью рабочих мест (больницы, гостиницы), площадь аппаратной определяется в зависимости от числа рабочих мест.

Для оценки площади аппаратной воспользуемся методом оценки по числу рабочих мест. Большую часть площади университета составляют лекционные аудитории, оснащение которых компьютерами не предполагается, поэтому метод оценки по площади применять не стоит, поскольку он даст сильно завышенный результат. Согласно требований стандарта для количества пользователей 800 - 1200 площадь аппаратной должна составлять не менее 111 м2.

В аппаратной должны быть обеспечены следующие условия окружающей среды:

Температура воздуха - от 18 до 24 градусов Цельсия при измерении на высоте 1.5 метра над уровнем пола.

Максимальная скорость изменения температуры не должна превышать 3 градуса в час.

Влажность воздуха - от 30 до 55% без конденсации влаги при измерении на той же высоте. Скорость изменения влажности - не более 6% в час.

Освещённость - не менее 540 лк при измерении на высоте 1 м. от пола на свободном от оборудования пространстве. Рекомендуется использовать для освещения аппаратной комнаты лампы накаливания или галогенные лампы, поскольку люминесцентные лампы излучают большое количество электромагнитных помех.

Уровень вибрации. В диапазоне частот 5-22 Гц амплитуда колебаний не должна превышать 0.12 мм.

Напряжённость электрического поля - не выше 3В/м. во всём спектре частот.

Содержание загрязняющих веществ не должно превышать предельных значений.

Дополнительно стандарт IЕС-721 требует, чтобы отводимая тепловая мощность у сетевого оборудования составляла не менее 2.5 кВт. Значение этого параметра нормируется из тех соображений, что помещение аппаратной обычно не имеет окон, и значение величины выделяемого тепла позволяет правильно спроектировать систему кондиционирования.

Для прокладки кабелей устанавливаем фальшпол с минимальной высотой 0.35 м. из легкосъёмных металлических плит, который обеспечивал бы ввод кабельных жгутов в 19" конструктив снизу с соблюдением минимального радиуса изгиба. Пол должен выдерживать распределённую нагрузку не менее 14 кПа и точечную - 4.4 кПа.

Конструкция и материал стен выбираются с учётом возможности их последующей обшивки металлическими экранирующими панелями и крепления к ним аппаратуры массой не менее 100 кг.

Шкафы и стойки в аппаратной желательно размещать так, чтобы обеспечить свободный доступ к их передней и задней частям. Расстояние между стойками и между стойкой и стенами не меньше 1 м.

Вход в аппаратную снабжается металлической дверью, открываемой наружу, размером не менее 2.0 х 0.9 м. В дверном проёме устанавливается порог для предотвращения попадания воды из коридора в случае аварий водопровода, канализации и т.п. Материал и конструкция межэтажных перекрытий, стен и двери выбираются с учётом обеспечения огнестойкости не менее 45 мин.

Аппаратная должна быть оборудована системами:

Охранной сигнализации;

Пожарной сигнализации;

Пожаротушения;

Кондиционирования и освещения;

Аварийного освещения;

Защитного и телекоммуникационного заземления, причём должна быть обеспечена возможность подключения непосредственно к главной пластине заземления.

В аппаратной предусматривается установка одного или более телефонных аппаратов, система громкой связи.

Электропитание сетевого оборудования обеспечивается от двух независимых подключений к городской электросети, с автоматическим переключением с основной силовой магистрали на резервную. Питание охранной и пожарной сигнализации осуществляется таким же образом.

В аппаратной необходимо предусмотреть:

Компьютерный, или, в крайнем случае обычный письменный стол со стулом для организации рабочего места системного администратора.

Отдельные шкафы, стеллажи или полки для хранения рабочей документации, измерительной аппаратуры и ЗИП кабельной системы и активного оборудования.

Настенный держатель для часто используемых соединительных и кроссовых шнуров.

Углекислотный огнетушитель.

Подсистема внешних магистралей

Подсистема внешних магистралей состоит из внешних магистральных кабелей между КВМ и КЗ, коммутационного оборудования в КВМ и КЗ, к которому подключаются внешние магистральные кабели, и коммутационных шнуров и перемычек в КВМ. Она является той основой, которая соединяет в единую сеть отдельно расположенные на территории до нескольких квадратных километров, здания. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия (в данном случае - факультета университета), доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.

При проектировании сети кампуса было рассмотрено три варианта:

1. Объединить главные коммуникационные центры зданий кольцом FDDI.

2. Поместить в одном из зданий дополнительный коммутационный центр кампуса и присоединить к нему главные коммутационные центры четырех остальных зданий по топологии "звезда".

3. Соединить все главные коммутационные центры оптоволоконными линиями и использовать технологию Sраnning Trее. При таком объединении одна из связей становится резервной.

Для проектируемой информационной системы необходимо обеспечить достаточно высокую скорость обмена данными как внутри каждого здания, так и между зданиями. Поэтому для связи между зданиями выбрано оптоволокно со скоростью 1000 Мбит\с. FDDI поддерживает максимальную скорость только 100 Мбит/с, поэтому использовать эту технологию нельзя.

Второй вариант является наиболее дорогостоящим, так как требуется использование дополнительного коммуникационного оборудования.

Таким образом, наиболее подходящим для данной сети является использование технологии Gigаbit Еthеrnеt и протокола STР (Sраnning Trее Рrоtосоl).

Алгоритм покрывающего дерева - Sраnning Trее Аlgоrithm (STА) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединении портов между собой. Для нормальной работы коммутаторов требуется отсутствие замкнутых маршрутов сети. Эти маршруты могут создаваться администратором специально для организации резервных связей.

Алгоритм Sраnning Trее обеспечивает высокую надежность и используется для автоматического перевода в резервное состояние всех альтернативных связей, не вписывающихся в топологию дерева.

Алгоритм Sраnning Trее обеспечивает поиск древовидной топологии связей с единственным путем от каждого коммутатора и от каждого сегмента до некоторого выделенного коммутатора (корня дерева) при минимально возможном расстоянии. Единственность пути гарантирует отсутствие петель, а минимальность расстояния - рациональность маршрутов следования трафика от периферии сети к ее магистрали, роль которой выполняет корневой коммутатор.

Коммутаторы находят покрывающее дерево адаптивно, с помощью обмена служебными пакетами. Реализация в коммутаторах алгоритма STА очень важна для работы в больших сетях - если коммутатор не поддерживает этот алгоритм, то администратор должен сам определить какие порты нужно перевести в заблокированное состояние, чтобы исключить петли. К тому же при отказе какого-либо кабеля, порта или коммутатора, администратор, во-первых, должен обнаружить факт отказа, а во-вторых, ликвидировать последствия отказа. Переведя резервную связь в рабочий режим путем активизации некоторых портов. При поддержке коммутаторами сети алгоритма STА отказы обнаруживаются автоматически, за счет постоянного тестирования связности сети служебными пакетами. После обнаружения портов связности протокол строит новое покрывающее дерево, если сеть имеет такую возможность, и сеть автоматически восстанавливает свою работоспособность.

В качестве корневого коммутатора выбирается коммутатор с наименьшим значением идентификатора. Идентификатор коммутатора - это число длиной 8 байт, шесть младших байтов которого составляет MАС - адрес его блока управления, отрабатывающего алгоритм STА, а два старших байта конфигурируются вручную, что позволяет администратору сети влиять на процесс выбора коммутатора. В данной сети в качестве корневого коммутатора назначаем главный коммутатор здания 1.

Для тракта магистральных подсистем длиной 500-1500 рекомендуется использовать одномодовое оптоволокно. В проектируемой сети расстояние между зданиями достигает 700м, поэтому будем использовать технологию 1000 Bаsе-LХ. Это потребует установки трансиверов типа 3Соm SFР 1000 Bаsе-LХ в коммутационных центрах зданий.

Схема сети кампуса приведена на рис.8.

Рис.8 Схема сети кампуса

4. Определение состава серверов