Система передачи информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система передачи информации предприятия «Минские тепловые сети»

Введение

В настоящее время существует множество технологий, с помощью которых возможна организация системы передачи данных. В качестве среды передачи могут использоваться как различные кабельные системы (витая пара, тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель, волоконно-оптические линии связи и т.д.), так и воздушная среда (технологии Wi-Fi, Bluetooth, по инфракрасному каналу).

Широкомасштабное использование волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) началось примерно 40 лет назад, когда прогресс в технологии изготовления волокна позволил строить линии большой протяженности. Сейчас объемы инсталляций ВОЛС значительно возросли. В межрегиональном масштабе следует выделить строительство волоконно-оптических сетей синхронной цифровой иерархии (SDH). Стремительно входят в нашу жизнь волоконно-оптические интерфейсы в локальных и региональных сетях Ethernet, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM.

В настоящее время по всему миру поставщики услуг связи прокладывают за год десятки тысяч километров волоконно-оптических кабелей под землей, по дну океанов, рек, на ЛЭП, в тоннелях и коллекторах. Множество компаний, в том числе крупнейшие: IBM, Lucent Technologies, Nortel, Corning, Alcoa Fujikura, Siemens, Pirelli ведут интенсивные исследования в области волоконно-оптических технологий. К числу наиболее прогрессивных можно отнести технологию сверхплотного волнового мультиплексирования по длине волны DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), позволяющую значительно увеличить пропускную способность существующих волоконно-оптических магистралей.

Область возможных применений ВОЛС весьма широка - от линии городской и сельской связи и бортовых комплексов (самолеты, ракеты, корабли) до систем связи на большие расстояния с высокой информационной емкостью. На основе оптической волоконной связи могут быть созданы принципиально новые системы передачи информации. На базе ВОЛС развивается единая интегральная сеть многоцелевого назначения. Весьма перспективно применение волоконно-оптических систем в кабельном телевидении, которое обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания абонентов.

Использование оптоволоконных линий связи имеет свои преимущества.

1. Невосприимчивость к помехам и наводкам, что обеспечивает устойчивую работу даже в высоком электромагнитном поле.

2. Отсутствие электропроводности для оптического кабеля.

3. Отсутствие перекрёстных и взаимных помех, что повышает качество передачи данных.

4. Возможность прокладки на большие расстояния.

5. Наибольшая полоса пропускания из всех возможных сред передачи.

6. Низкие потери, волоконно-оптические кабели позволяют передавать сигналы на большие расстояния без использования маршрутных усилителей или репитеров.

7. Заменой оконечного оборудования, анне самих кабелей, волоконно-оптические сети можно модернизировать для передачи большего объёма информации.

8. Длительный срок службы.

1. Обзор существующих принципов построения сетей передачи данных

1.1 Технология построения сетей передачи данных

Передача информации между компьютерами существует с самого момента возникновения вычислительной техники. Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, решать одну задачу с помощью нескольких компьютеров, специализировать каждый из компьютеров на выполнение какой-то одной функции, совместно использовать ресурсы и решать множество других проблем.

В настоящее время широкое распространение получил такой способ обмена информацией между компьютерами как организация системы передачи данных на основе локальной вычислительной сети (корпоративной сети предприятия).

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляют собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, таких как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. Локальная сеть обычно ограничена территориально одним или несколькими близко расположенными зданиями.

Отличительными признаками локальной вычислительной сети являются.

- Высокая скорость передачи данных, большая пропускная способность.

- Низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи). Допустимая вероятность ошибок передач составляет 10^-7 -10^-8 [1].

- Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом.

- Ограниченное, точно определённое число компьютеров, подключаемых к сети.

ЛВС классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

- территориальные - охватывающие значительное географическое пространство;

- среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы;

- региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);

- локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1…2 км);

- корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина). Это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet [2].

В зависимости от типа топологии различают:

- шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);

- кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;

- звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов;

- иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.

 

а) б) в)

г)

а) - шинная, б) - кольцевая, в) - звёздная, г) - иерархическая

Рисунок 1.1 - Сетевые топологии

В зависимости от способа управления различают сети.

- «Клиент/сервер» - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент / сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах.

- Одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

В зависимости от метода доступа различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Англоязычное название метода - Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA).

Протокол CSMA/CD воплотил в себе идеи вышеперечисленных алгоритмов и добавил важный элемент - разрешение коллизий. Поскольку коллизия разрушает все передаваемые в момент ее возникновения кадры, то и нет смысла станциям продолжать дальнейшую передачу своих кадров, так как они (станции) обнаружили коллизии. В противном случае, значительной была бы потеря времени при передаче длинных кадров. Поэтому для своевременного обнаружения коллизии станция прослушивает среду на всем протяжении собственной передачи.

Основные правила алгоритма CSMA/CD для передающей станции.

Станция, собирающаяся передавать, прослушивает среду, и передает, если среда свободна. В противном случае (т.е. если среда занята), переходит к шагу 2. При передаче нескольких кадров подряд станция выдерживает определённую паузу между посылками кадров - межкадровый интервал, причем после каждой такой паузы перед отправкой следующего кадра станция вновь прослушивает среду (возвращение на начало шага 1).

Если среда занята, станция продолжает прослушивать среду до тех пор, пока среда не станет свободной, и затем сразу же начинает передачу.

Каждая станция, ведущая передачу, прослушивает среду, и, в случае обнаружения коллизии не прекращает сразу же передачу, а сначала передает короткий специальный сигнал коллизии - jam-сигнал, информируя другие станции о коллизии, и прекращает передачу.

После передачи jam-сигнала станция замолкает и ждет некоторое произвольное время в соответствии с правилом бинарной экспоненциальной задержки, а затем возвращается к шагу 1 [3].

Межкадровый интервал IFG (interframe gap) составляет 9,6 мкс, (12 байт). С одной стороны, он необходим для того, чтобы принимающая станция могла корректно завершить прием кадра. Кроме этого, если бы станция передавала кадры непрерывно, она бы полностью захватила канал и, тем самым, лишила другие станции возможности передачи.

Jam-сигнал (jamming - дословно глушение). Передача jam-сигнала гарантирует, что ни один кадр не будет потерян, так как все узлы, которые передавали кадры до возникновения коллизии, приняв jam-сигнал, прервут свои передачи и замолкнут в ожидании новой попытки передать кадры. Jam-сигнал должен быть достаточной длины, чтобы он дошел до самых удаленных станций коллизионного домена с учетом дополнительной задержки SF (safety margin) на возможных повторителях.

Коллизионный домен (collision domain) - множество всех станций в сети, одновременная передача любой пары из которых приводит к коллизии.

На рисунке 1.2 проиллюстрирован процесс обнаружения коллизии применительно к топологии «шина».

Рисунок 1.2 - Обнаружение коллизии в шине при использовании схемы CSMA/CD стандарта Ethernet

В момент времени t0 узел А начинает передачу, естественно прослушивая свой же передаваемый сигнал. В момент времени t1, когда кадр почти дошел до узла B, этот узел, не зная о том, что уже идёт передача, сам начинает передавать. В момент времени t2=t1+, узел В обнаруживает коллизию (увеличивается постоянная составляющая электрического сигнала в прослушиваемой линии). После этого узел В передаёт jam-сигнал и прекращает передачу. В момент времени t3 сигнал коллизии доходит до узла А, после чего А также передаёт jam-сигнал и прекращает передачу.

По стандарту Ethernet узел не может передавать очень короткие кадры, или, иными словами, вести очень короткие передачи. Даже если поле данных заполнено не до конца, то появляется специальное дополнительное поле, удлиняющее кадр до минимальной длины 64 байта без учета преамбулы.

Время канала ST (slot time) - это минимальное время, в течение которого узел обязан вести передачу, занимать канал. Это соответствует передаче кадра минимально допустимого размера, принятого стандартом Ethernet IEEE 802.3. Время канала связано с максимально допустимым расстоянием между узлами сети - диаметром коллизионного домена.

Допустим, что в приведенном выше примере реализуется наихудший сценарий, когда станции А и В удалены друг от друга на максимальное расстояние. Время распространения сигнала от А до В обозначим через tp. Узел А начинает передавать в нулевой момент времени. Узел В начинает передавать в момент времени t1 = tp + и обнаруживает коллизию спустя интервал после начала своей передачи. Узел А обнаруживает коллизию в момент времени t3 = 2tp - . Для того, чтобы кадр, испущенный А, не был потерян, необходимо, чтобы узел А не прекращал вести передачу к этому моменту, так как тогда, обнаружив коллизию, узел А будет знать, что его кадр не дошел, и попытается передавать его повторно. В противном случае кадр будет потерян. Максимальное время, спустя которое с момента начала передачи узел А еще может обнаружить коллизию, равно 2tp - это время называется задержкой на двойном пробеге RTD (round-trip delay). В более общем случае, RTD определяет суммарную задержку, связанную как с задержкой из-за конечной длины сегментов, так и с задержкой, возникающей при обработке кадров на физическом уровне промежуточных повторителей и оконечных узлов сети. Далее удобно использовать также другую единицу измерения времени: битовое время BT (bit time). Время 1 BT соответствует времени, необходимому для передачи одного бита, т.е. 0,1 мкс при скорости 10 Мбит/с.

Стандартом Ethernet регламентированы следующие правила обнаружения коллизий конечным узлом сети:

узел А должен обнаружить коллизию до того, как передаст свой 512-й бит, включая биты преамбулы;

узел А должен прекратить передачу раньше, чем будет передан кадр минимальной длины - передано 576 бит (512 бит после ограничителя начала кадров SFD);

перекрытие между передачами узлов А и В-битовый интервал, начиная с момента передачи первого бита преамбулы узлом А и заканчивая приемом узлом А последнего бита, испущенного узлом В, - должно быть меньше, чем 575 BT.

Последнее условие для сети Ethernet является наиболее важным, поскольку, его выполнение ведет к выполнению и первых двух. Это третье условие задает ограничение на диаметр сети. Применительно к задержке на двойном пробеге RTD третье условие можно сформулировать в виде: RTD < 575 BT [4].

При передаче больших кадров, например 1500 байт, коллизия, если она вообще возникнет, обнаруживается практически в самом начале передачи, не позднее первых 64 переданных байт (если коллизия не возникла в это время, то позже она уже не возникнет, поскольку все станции прослушивают линию и, «слыша» передачу будут молчать). Так как jam-сигнал значительно короче полного размера кадра, то при использовании алгоритма CSMA/CD количество вхолостую израсходованной емкости канала сокращается до времени, требуемого на обнаружение коллизии. Раннее обнаружение коллизий приводит к более эффективному использованию канала. Позднее обнаружение коллизий, свойственное более протяженным сетям, когда диаметр коллизионного домена составляет несколько километров, снижает эффективность работы сети. На рисунке 1.3 представлены алгоритмы приема и передачи данных в одном из узлов при помощи метода CSMA/CD.

Среди детерминированных методов преобладают маркерные методы доступа.

Маркерный метод - метод доступа к среде передачи данных в ЛВС, основанный на передаче полномочий передающей станции с помощью специального информационного объекта, называемого маркером. Под полномочием понимается право инициировать определенные действия, динамически предоставляемые объекту, например станции данных в информационной сети.

Рисунок 1.3 - Алгоритмы доступа по методу CSMA/CD

Применяется ряд разновидностей маркерных методов доступа. Например, в эстафетном методе передача маркера выполняется в порядке очередности; в способе селекторного опроса (квантированной передачи) сервер опрашивает станции и передает полномочие одной из тех станций, которые готовы к передаче. В кольцевых одноранговых сетях широко применяется тактируемый маркерный доступ, при котором маркер циркулирует по кольцу и используется станциями для передачи своих данных.

1.2 Анализ существующей сети передачи данных предприятия «Минские тепловые сети»

Заданием на дипломное проектирование является разработка системы передачи информации предприятия «Минские тепловые сети».

В настоящее время на предприятии «Минские тепловые сети» существует локальная вычислительная сеть, связывающая административный корпус со складскими помещениями, зданием отдела технадзора, зданием Мингорисполкома, а также с девятью сетевыми районами города Минска. Однако использование различных технологий в построении данных сетей (коаксиальный кабель, витая пара, по телефонному кабелю, а также услуги провайдера интернет «Белтелеком») увеличивает время на их обслуживание и ремонт.

Локальная сеть административного корпуса имеет структуру, которая не позволяет подключить новых пользователей к сети, а устаревшее сетевое оборудование делает нецелесообразным модернизацию данной сети.

В частности пропускная способность коммутаторов существующей локальной вычислительной сети предприятия «Минские тепловые сети» составляет 10 Мбит/с, что не обеспечивает потребностей предприятия.

Сервера управляющие работой сети, используют различные сетевые протоколы, часть из которых устарела и не имеет поддержки производителями современного программного обеспечения, что также свидетельствует о необходимости разработки новой сети, удовлетворяющей требованиям современных компьютерных систем.

Структурная схема существующей сети представлена на рисунке 1.4.

Как видно из рисунка к локальной вычислительной сети подключён сервер под управлением Novell NetWare 4.11, а также сервер использующий операционную систему Windows 2003.

При разработке проекта необходимо учесть что, использование серверов с различными операционными системами нецелесообразно, а также повышает стоимость закупаемого лицензионного программного обеспечения.

Связь с административными зданиями, складами, мастерскими осуществляется с использованием технологий ADSL и SDSL, используя в качестве среды передачи данных телефонный кабель, по сети Ethernet использующей в качестве среды передачи данных кабель UTP.



Рисунок 1.4 - Структурная схема сети предприятия

Связь с сетевыми районами осуществляется через VPN соединение. Функцию поставщика интернет-услуг выполняет провайдер «Белтелеком».

Связь со складами СМАТ осуществляется по тонкому коаксиальному кабелю. Скорость передачи составляет 10 ьМбит/с. Данный участок сети является наиболее скоростным.

Существующая локальная сеть административного здания объединяет 60 персональных компьютеров, что не соответствует современным потребностям предприятия.

1.3 Выводы и постановка задачи на дипломное проектирование

Целью дипломного проекта является разработка системы передачи информации предприятия «Минские тепловые сети», использование которой позволило бы сократить фонд рабочего времени требуемого на обслуживание сети, а также предусмотреть возможность подключения различных производственных объектов к спроектированной системе.

Проанализировав существующую сеть предприятия «Минские тепловые сети» было принято решения разработать проект новой системы передачи данных, в котором подключить к предприятию «Минские тепловые сети» предприятия «Минскэнерго» и «ТЭЦ-2» с использованием оптоволоконных линий связи. А также разработать проект новой локальной вычислительной сети административного здания предприятия «Минские тепловые сети» используя в качестве среды передачи данных кабель UTP категории 5E.

Таким образом, можно перечислить следующие недостатки существующей сети.

1) Несколько различных технологий передачи данных делает обслуживание сети процессом более трудоёмким, по сравнению с обслуживанием сети, разрабатываемой в данном проекте.

2) Использование устаревших технологий передачи данных, не обеспечивает передачи необходимого пользователям объёма данных.

3) Невозможность модернизации сети и подключения к ней новых объектов.

Исходя из недостатков существующей сети сформулируем требования к проектируемой системе.

1) Разработать проект локальной вычислительной сети административного здания на основе топологии «звезда» позволяющаей оперативно подключать к сети новых пользователей и отключать неиспользуемое оборудование, исключив при этом временное отключение всей сети или работающих узлов.

2) Предусмотреть возможность модернизации и расширения вычислительной сети на основе оптоволоконных линий связи, проложив тридцати двух жильный одномодовый оптоволоконный кабель на участке «Минскэнерго» - «ТЭЦ-2» - «Минские тепловые сети», что позволит в будущем подключить в системе 8 сетевых районов города Минска, складские помещения «Минских тепловых сетей», аврийно-востановительную службу используя уже проложенный кабель.

3) Использовать однотипное оборудование, что позволит наиболее оперативно обучить персонал обслуживающий систему работе с сетевым оборудованием.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1) Разработать структуру системы передачи информации.

2) Подобрать программные и аппаратные средства системы передачи информации.

3) Провести эргономическую экспертизу программного обеспечения.

4) Разработать кабельную систему волоконно-оптических линий связи.

5) Разработать кабельную систему здания.

6) Произвести настройку и тестирование кабельной системы.

2. Разработка системы передачи информации

2.1 Разработка структуры системы передачи информации

Разработка структуры системы передачи информации включает в себя две основные задачи.

1) Разработка структуры локальной вычислительной сети административного здания.

2) Разработка структуры локальной вычислительной сети, связывающей предприятия «Минскэнерго» - «ТЭЦ-2» - «Минские тепловые сети».

Выбор топологии локальной сети административного здания зависит от условий, задач и возможностей, или же определяется стандартом используемой сети [5]. Основными факторами, влияющими на выбор топологии для построения сети, являются:

- среда передачи информации (тип кабеля);

- метод доступа к среде;

- максимальная протяженность сети;

- пропускная способность сети;

- метод передачи и др.

Рассмотрим вариант построения сети: на основе технологии Fast Ethernet для административного здания и Gigabit Ethernet для соединения оптоволоконным кабелем предприятий «Минские тепловые сети», «ТЭЦ-2» и «Минскэнерго».

Данные стандарты предусматривают скорость передачи данных 100 Мбит/сек и 1000 Мбит/сек соответственно. Соединение поддерживает два вида передающей среды - неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Для описания типа передающей среды используются аббревиатуры приведённые в таблице 2.1 [6].

станция передача сеть ethernet

Таблица 2.1 - Стандарты технологии Ethernet

Название	Тип передающей среды
100Base-T	Основное название для стандарта Fast Ethernet (включает все типы передающих сред)
100Base-TX	Неэкранированная витая пара категории 5 и выше.
1000Base-LX	Многомодовый или одномодовый оптический кабель.

Для обеспечения функционирования системы передачи информации на основе стандарта 100Base - T необходимо обеспечить следующие условия.

1) Разработать проект сети на основе топологии «звезда».

2) Использовать кабель UTP 5-ой категории.

3) Максимальную длину сегмента установим в размере 100 м.

4) Использовать не более двух концентраторов при каскадировании при дальнейшей модернизации сети.

Исходя из условий, обеспечивающих функционирование стандарта Fast Ethernet 100Base-T устанавливаем требования для активного и пассивного сетевого оборудования.

- Исходя из количества персональных компьютеров (152 штуки) для подключения к сети необходимо установить 4 коммутатора, поддерживающих технологию передачи данных Fast Ethernet 100Base-T по 48 портов каждый, а также по 2 портов поддерживающих технологию передачи 1000Base-T для подключения серверов.

- Каждый порт коммутатора соединить с отдельной розеткой RJ-45, установленной на рабочем месте.

- Предусмотреть возможность монтажа коммутатора в телекоммуникационный шкаф.

Таблица 2.2 - Расстояния между предприятиями

Расстояние oт «ТЭЦ-2»	Административное здание
	По колодцам теплоцентрали (метров)	Допуск на разводку кабеля по зданиям (метров)	Итого (метров)
«МТС»	560	+70	630
«Минскэнерго»	480	+70	550
Всего:	1040	+140	1180

Как видно из таблицы 2.2, расстояния между объектами слишком велики для витой пары (физического интерфейса 100Base-TX) и, следовательно, для соединения этих объектов необходимо оптическое волокно.

При использовании для построения системы передачи информации двух различных передающих сред (оптический кабель и медный кабель) необходимо использовать оборудование, позволяющее переводить электрический сигнал в оптический. Для этих целей необходимо использовать SFP конвентер, а также использовать коммутатор с SFP портом.

План территории предприятия приведен на рисунке 2.1.

Исходя из изложенных требований к системе передачи информации, разработана структурная схема системы передачи информации предприятии «Минские тепловые сети», представленная на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Структурная схема системы передачи информации



Рисунок 2.1 - План расположения предприятий

2.2 Выбор и обоснование программных и аппаратных средств системы передачи информации

В качестве программных средств передачи информации в данном дипломном проекте рассмотрены операционная система, поскольку она является основой всех программных средств, а также программное обеспечение Traffic Inspector, которое позволяют администратору системы контролировать параметры связанные с расходом интернет трафика пользователями, а также подключать и отключать пользователей от системы.

Практически все современные ОС поддерживают работу в сети. Однако в качестве ОС для сервера чаще всего используются Nowell NetWare, Unix, Linux и Windows 2003 Server.

В качестве операционной системы было решено использовать Windows 2003 Datacenter Edition. Эта версия Windows 2003 является самой мощной редакцией Windows 2003 Server, она ориентирована на обеспечение максимального уровня производительности и надёжности для критически важных приложений и задач. В этой редакции отсутствуют некоторые службы, использование которых целесообразно лишь в небольших компания или группах. Также операционная система Windows является наиболее популярной операционной системой на территории СНГ, а следовательно не будет возникать проблемы связанной с обучением кадров работе на персональных компьютерах под управление незнакомой операционной системы.

В таблице 2.3 перечислены основные функциональные возможности и службы, реализованные в различных редакциях Windows Server 2003 [7]. Эту информацию нужно учитывать при выборе версии системы, наиболее подходящей для решения конкретных задач. В таблице использованы следующие обозначения: значок + означает, что данная функция или служба поддерживается полностью; значок | означает, что поддержка данной возможности ограничена, а прочерк свидетельствует о том, что указанная функция или служба вообще не поддерживается.

Таблица 2.3 - Сравнение функциональных возможностей различных редакций Windows Server 2003

Возможность или служба	Standard Edition	Enterprise Edition	Datacenter Edition	Web Edition
1	2	3	4	5
Поддержка процессоров Itanium	-	+	+	-
Active Directory	+	+	+	|
Брандмауэр Internet Connection Firewall	+	+	-	-
Службы сертификатов	|	+	+	|
Удаленное администрирование (Remote Desktop for Administration)	+	+	+	+
Terminal Server	+	+	+	-
Каталог сессий (Terminal - Server Session Directory)	-	+	+	-
Network Load Balancing (NLB)	+	+	+	+
Cluster Service	-	+	+	-
Поддержка виртуальных частных сетей (VPN)	-	+	+	|
Internet Authentication Service (IAS)	+	+	+	-
Общий доступ к Интернету (Internet Connection Sharing, ICS)	+	+	-	-
IPv6	+	+	+	+
Распределенная файловая система (Distributed File System, DPS)	+	+	+	+
Шифрующая файловая сиетема (Encrypted File System, EFS)	+	+	+	+
Теневое копирование (Shadow Copy)	+	+	+	+
Съемные носители и удаленное хранилище (Removable and Remote Storage)	|	+	+	-
Fax Service	+	+	+	-
Результирующая политика (Group Policy Results)	+	+	+	|
Удаленная установка системы (Remote OS Installation)	+	+	+	+
Службы удаленной установки (Remote Installation Services, RIS)	+	+	+	-
Internet Information Services (IIS) 6.0	+	+	+	+
Windows Media Services	+	+	+	-
NET Framework	+	+	+	+
ASP.NET	+	+	+	+
Enterprise UDDI Services	+	+	+	-

Для контроля потребляемого пользователями интернет трафика в спроектированной системе целесообразно использовать программное обеспечение Traffic inspector.

В Traffic Inspector реализовано большинство задач, возникающих при подключении к Интернет по выделенному каналу. Эти задачи можно разделить следующим образом.

- Обеспечить доступ в сеть Интернет из внутренней сети.

- Авторизация и разграничение доступа пользователей.

- Биллинг - тарификация пользователей, подсчет трафика и блокировка доступа при перерасходе.

- Обеспечить пользователей средствами экономии трафика и дать им возможность самостоятельно контролировать свою работу в Интернет.

- Сетевая защита - закрыть сервер доступа и внутреннюю сеть от несанкционированного доступа извне.

- Подробный анализ сетевого трафика, потребляемого у провайдера.

- Ограничение скорости работы пользователей или их групп.

- Отключение пользователей от сети Интернет при заражениях сетевыми вирусами.

Traffic Inspector устанавливается на сервер доступа. Для доступа в интернет из внутренней сети используется NAT Windows и прокси сервер программы Traffic Inspector. На сервере программа работает с одним внешним и одним внутренним интерфейсами. Для защиты сервера извне используется firewall - встроенный сетевой экран программы Traffic Inspector. На сервере доступа также могут быть установлены почтовый сервер или другие прокси сервера. Также внутри сети могут находиться и другие сервера, например WEB. Они могут быть опубликованы через NAT.

Серверная часть программы Traffic Inspector реализована только под платформу Windows 2000/XP/2003 (Server), клиенты же могут использовать любую операционную систему - тут ограничений нет. Система легко устанавливается, настраивается и управляется, имеются средства удаленного управления. Для настройки программы не нужны особые знания и квалификация - специалист, способный установить Windows, настроить сеть и подключиться к Интернет без проблем настроит и эту программу.

В качестве аппаратных средств системы передачи информации используются конвентеры с SFP модулями, коммутаторы Fast Ethernet, а также коммутаторы с SFP портами для подключения оптоволоконной кабельной системы.

В качестве коммутатора для оптоволоконной кабельной системы выбран коммутатор D-Link DGS-1224TP/GE.

D-Link DGS-1224TP/GE коммутатор с 20 портами 10/100/1000Base-T и 4 комбо-портами 10/100/1000BASE-T PoE/SFP. Коммутатор обеспечивает скорость Gigabit Ethernet для поддержки приложений, чувствительных к полосе пропускания, и расширение емкости сети. Данный коммутатор полностью отвечает необходимым требованиям для разрабатываемого проекта. Скорость передачи данных составляет:

1) Fast Ethernet - 100 Мбит/с;

2) Gigabit Ethernet - 2000 Мбит/с (полнодуплексный режим).

Порты для витой пары Gigabit Ethernet гарантируют подключение по существующему кабелю кат. 5 на основе витой пары. Коммутатор оснащен четырьмя комбо-портами SFP для гибкого подключения по оптике к магистралям и серверам. Кроме того позволяет подключить рабочее место к Gigabit Ethernet.

В качестве коммутаторов для локальной сети административного здания выбраны коммутаторы D-Link DES-1252.

Функциональные возможности коммутатора включают 4 порта Gigabit Ethernet, 2 из которых являются комбо-портами 1000BASE-LX/SFP.

Коммутатор DES-1252 оборудован 48 портами Fast Ethernet и 4 гигабитными портами для подключения к магистрали сети или серверам.

Скорость передачи данных составляет:

1) Fast Ethernet - 100 Мбит/с;

2) Gigabit Ethernet - 2000 Мбит/с (полнодуплексный режим).

Таким образом, использование 4-х коммутаторов DES-1252 обеспечит 192 порта для подключения пользователей локальной сети административного здания.

Для преобразования сигнала из оптического оптоволоконной сети в электрический сигнал для локальной сети административного здания применяется SFP модуль. Для данного проекта выбран SFP модуль D-Link DEM-310GT (1000Base-LX, LC). Данный SFP модуль поддерживает технологию передачи данных 1000Base-LX для одномодового оптического кабеля. Максимальное расстояние передачи 10 км. Максимальная скорость передачи данных 1,2 Гбит/с. Данный модуль имеет также дуплексный разъём для коннектора LC, что позволяет использовать один дуплексный патч-корд.

2.3 Эргономическая экспертиза программного обеспечения Traffic Inspector

Функция контроля трафика осуществляется администратором сети с помощью соответствующего программного обеспечения (ПО). Таким программным обеспечение на предприятии «Минские тепловые сети» является ПО Traffic Inspector. Таким образом, под системой «Человек - машина-среда» (СЧМС) в данном проекте выступает система «Администратор вычислительной сети - Сервер - Среда» при эксплуатации администратором ПО Traffic Inspector.

Первым этапом эргономической экспертизы является определение функций системы «Администратор вычислительной сети - Сервер - Среда».

Функции системы.

1) Обеспечение доступа в сеть Интернет из внутренней сети.

2) Авторизация пользователей сети.

3) Тарификация пользователей, подсчет трафика и блокировка доступа при перерасходе.

4) Обеспечение пользователей средствами экономии трафика и предоставление им возможности самостоятельно контролировать свою работу в Интернет.

5) Сетевая антивирусная защита сервера и пользователей.

6) Подробный анализ сетевого трафика, потребляемого у провайдера.

7) Ограничение скорости работы пользователей или их групп.

8) Отключение пользователей от сети Интернет при заражениях сетевыми вирусами.

9) Разграничение доступа пользователям сети.

10) Установка, активация и поддержание работоспособности ПО Traffic Inspector.

11) Отслеживание пользователей находящихся в сети в данный момент времени.

12) Ввод параметров новых пользователей в базу данных Traffic Inspector.

13) Составление отчётов о работе пользователей.

14) Начисление трафика пользователям.

15) Сохранение параметров системы до следующей загрузки сервера.

16) Диагностика таблиц маршрутизации.

Содержание основных функций СЧМС.

1) Обеспечение доступа в Интернет из сети предприятия пользователям данной сети, а также ограждение определённых отделов (групп) от глобальной сети (с целью обеспечения безопасности данных).

2) Сопоставление имён пользователей сети и паролей для входа в сеть.

3) Контроль трафика, т.е. скорости доступа в Интернет, а также контроль объёма полученной и отправленной информации в байтах.

4) Обеспечение пользователей приложением TrafficInspector для самостоятельного контроля сетевого трафика.

5) Сетевая защита - закрыть сервер доступа и внутреннюю сеть от несанкционированного доступа извне.

6) Анализ трафика. Отслеживание пользователей, посещающие Интернет ресурсы не связанные с рабочим (производственным процессом).

7) Ограничение скорости доступа в Интернет отдельным пользователям, отделам предприятия (группам пользователей), а также предоставление определённым группам пользователей максимальной скорости в случае необходимости.

8) Отключение пользователей от сети Интернет при заражениях сетевыми вирусами.

9) Предоставление доступа к информационным ресурсам сервера одним отделам и ограничение другим.

10) Перед началом работы с приложение необходимо установить данное приложение на сервер, на компьютеры пользователей (для самостоятельного контроля трафика)

11) Отслеживание пользователей находящихся в сети в данный момент времени с целью определения загруженности сети.

12) Ввод параметров пользователей (логин, пароль, IP/ MAC адрес и т.д.) в базу данных Traffic Inspector.

13) Составление отчётов о работе пользователей в сети, обоснование перерасхода трафика.

14) Начисление трафика пользователям и распределение его между отделами.

15) Сохранение параметров системы до следующей загрузки сервера при необходимости его перезагрузки.

16) Диагностика таблиц маршрутизации, а также отслеживание маршрутов следования пакетов данных.

Распределение функций в системе между человеком и машиной (компьютером) описано в таблице 2.3.

Таблица 2.4 - Распределение функций между администратором и сервером в проектируемой СЧМС

Название функции	Кто ее выполняет в СЧМС	Обоснование распределения функций
1	2	3
Обеспечить доступ в сеть Интернет из внутренней сети	Сервер	Функция остаётся за сервером в соответствим с назначением системы
Авторизация пользователей сети	Сервер	Сервер делает это точнее и быстрее
Тарификация (биллинг) пользователей, подсчет трафика и блокировка доступа при перерасходе.	Сервер	Сервер делает это точнее и быстрее
Обеспечить пользователей средствами экономии трафика и дать им возможность самостоятельно контролировать свою работу в Интернет	Человек (Администратор)	Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы
Защита сервера и пользователей	Сервер	Сервер делает это надёжнее
Подробный анализ сетевого трафика, потребляемого у провайдера	Человек (Администратор)	Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы
Ограничение скорости работы пользователей или групп пользователей	Сервер	Сервер делает это надёжнее и точнее
Отключение пользователей от сети Интернет при заражениях сетевыми вирусами	Сервер	Сервер делает это надёжнее и точнее
Предоставление доступа к информационным ресурсам сервера одним отделам и ограничение другим	Человек (Администратор)	Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы
Перед началом работы с приложение необходимо установить данное приложение на сервер, на компьютеры пользователей	Человек (Администратор)	Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы
Отслеживание пользователей находящихся в сети в данный момент времени с целью определения загруженности сети	Человек (Администратор)	Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы
Ввод параметров новых пользователей в базу данных Traffic Inspector	Человек (Администратор)	Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы

В результате проведенного анализа и распределения функций в проектируемой СЧМС можно сделать следующие выводы:

Проектируемая система должна состоять из двух подсистем, которыми являются подсистема «Администратор - Сервер - Среда» в режиме настройки сети и подсистема «Администратор - Сервер - Среда» в режиме функционирования сети. Структурная схема СЧКС изображена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Структурная схема СЧКС

Проектирование деятельности человека в СЧКС.

На данном этапе эргономического проектирования осуществляется разработка алгоритмов работы человека-оператора, который является пользователем в данной системе. При этом алгоритмы работы должны быть разработаны для всех человеко-машинных систем, которые создаются в процессе функционирования системы. В нашем случае необходимо разработать алгоритмы работы человека в подсистеме «Администратор - Сервер - Среда».

Разрабатываемый алгоритм должен отражать то содержание и условия деятельности человека, которые связаны с процессами информационного взаимодействия человека и техники, т.е. они должны содержать данные о средствах представления информации человеку в системе, а также данные о средствах ввода человеком управляющей информации в техническое звено системы.

Алгоритмы работы человека в подсистеме «Администратор - Сервер - Среда» в режиме настройки сети и в режиме функционирования сети представлены в таблице 2.5 и таблице 2.6. Блок схема программы, обеспечивающая работу технического звена системы изображена на рисунке 2.4.

Таблица 2.5 - Алгоритм работы человека в подсистеме «Администратор - Сервер - Среда» в режиме настройки сети при работе с ПО Traffic Inspector

Содержание операции	Обращение к СОИ	Обращение к ОУ
1	2	3
Включение ПК	Индикатор «Вкл» ПК	Кнопка «Вкл» ПК
Включение дисплея	Индикатор «Вкл» дисплея	Индикатор «Вкл» дисплея
Установка программного обеспечения Traffic Inspector	Ярлык на экране дисплея	Щелчок мышкой, ввод данных с помощью клавиатуры ПК
Регистрация ПО Traffic Inspector и сохранение полученных паролей	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой, ввод данных с помощью клавиатуры ПК
Запуск ПО Traffic Inspector	Ярлык на экране дисплея	Щелчок мышкой
Подключение ПК к Серверу и авторизация администратора	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Вход в систему (соединение с сервером)	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой, ввод данных с помощью клавиатуры ПК
Настройка конфигураций ПО	Кнопка на экране дисплея	Клавиатура ПК
Ввод в программу данных о Сервере и Локальных пользователях	Меню на экране дисплея	Клавиатура ПК
Настройка фильтров и ограничений скорости	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Составление отчёта по трафику (отчёт по сетевой статистике)	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Настройка антивирусной проверки на сервере	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Вывод таблицы маршрутизации (активных IP адресов)	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Сохранение параметров работы администратора с ПО Traffic Inspector	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Завершение работы программы	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Завершение работы ПК	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Выключение дисплея	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой

Таблица 2.6 - Алгоритм работы человека в подсистеме «Администратор - Сервер - Среда» в режиме функционирования сети при работе с ПО Traffic Inspector

Содержание операции	Обращение к СОИ	Обращение к ОУ
1	2	3
Включение ПК	Индикатор «Вкл» ПК	Кнопка «Вкл» ПК
Включение дисплея	Индикатор «Вкл» дисплея	Индикатор «Вкл» дисплея
Загрузка программы	Ярлык на экране дисплея	Щелчок мышкой
Подключение ПК к Серверу и авторизация администратора	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой, ввод данных с помощью клавиатуры ПК
Вход в систему (соединение с сермером)	Кнопка на экране дисплея	Клавиатура ПК
Просмотр сетевой статистики на текущее время	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Ввод параметров новых пользователей новых, а также отключение при необходимости	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Составление отчёта по трафику (отчёт по сетевой статистике)	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Вывод таблицы маршрутизации (активных IP адресов)	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Сохранение параметров работы администратора с ПО Traffic Inspector	Меню на экране дисплея	Щелчок мышкой
Завершение работы программы	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Завершение работы ПК	Кнопка на экране дисплея	Щелчок мышкой
Выключение дисплея	Индикатор «Выкл»	Кнопка «Вкл» дисплея

В конкретных условиях работы отдельные операции алгоритма могут не выполняться или выполняться в другой последовательности.

Блок-схема, обеспечивающая работу технического звена системы, проиллюстрирована на рисунке 2.4.

Эргономические требования к техническим средствам деятельности пользователя.

Проектируемая система не содержит оригинальных технических средств деятельности человека-оператора. Технические средства деятельности пользователя в нашей системе представляют собой сервер вычислительной сети, управляемый персональным компьютером, укомплектованным ЖКИ монитором, как средством предъявления информации, а также клавиатурой и мышкой, как средствами ввода информации. Все перечисленные средства информационного взаимодействия человека и машины в нашей системе соответствуют эргономическим требованиям, поэтому предъявлять к ним какие-то особые эргономические требования нет необходимости.



Рисунок 2.4 - Блок схема программы, обеспечивающая работу технического звена системы

Эргономические требования к программным средствам.

Требования соответствия характеристик программного средства методическому руководству и сопутствующей документации включают в себя: соответствие программного средства стандартам локальных сетей; соответствие последовательности действий, необходимых для установки программного средства, инструкции; легкость запуска; соответствие основных технических характеристик программного средства параметрам, приведенным в документации; устойчивость работы.

Требования к временным режимам работы программного средства включают в себя: время работы администратора обусловлено его опытом должно соответствовать нормам времени отведённым на выполнение конкретного действия.

Требования к общей визуальной среде на экране монитора, включают в себя: композиционную характеристику визуальной среды; динамичность визуальной среды; воздейственность визуальной среды.

Требования к цветовым характеристикам включают в себя: соответствие цветовой палитры относительной видимости предметов изображения; оптимальность контраста изображения по отношению к фону; постоянство используемых цветов; соответствие цветов устойчивым зрительным ассоциациям; яркость цветов объектов по отношению к фону; оптимальность выбора цветов для смыслового противопоставления объектов; оптимальность сочетания цвета и яркости изображения.

Требования к пространственному размещению информации на экране монитора включают в себя: соответствие форм объектов устойчивым зрительным ассоциациям; использование логических ударений; соответствие последовательности логических ударений оптимальному порядку изучения информации; соответствие полей восприятия графической информации оптимальному порядку изучения; соответствие пространственного расположения информации на экране оптимальному порядку изучения; степень засоренности поля главного объекта.

Требования к организации диалога включают в себя: высокий уровень технической подготовки администратора ВС; наличие «всплывающих подсказок»; достоверность вводимой информации; наличие инструкции или меню «Помощь», удобство работы с ней.

Требования к буквенно-цифровой символике и знакам включают в себя.

- Требования к разборчивости изображения, характеризующиеся параметрами: способ начертания (соотношение размера и яркости); толщина линии обводки.

- Требования к параметрам текста, характеризующиеся параметрами: высота знака; отношение ширины буквы, цифры к высоте; толщина линии обводки в прямом и обратном контрасте; расстояние между знаками; расстояние между строками; длина строки.

- Требования к расположению надписей, характеризующиеся параметрами: направление читаемости надписи; расположение надписи относительно обозначаемого элемента; одинаковость характера направления читаемости и расположения надписей.

- Требования к звуковому сопровождению включают в себя следующие параметры: комфортность восприятия звуковой информации; удобство настройки звуковых характеристик; зависимость максимальной разборчивости от уровня громкости; соответствие звуковой информации устойчивым звуковым ассоциациям; степень засоренности звукового сопровождения; оптимальность темпа звукового сопровождения [9].

3. Разработка кабельной системы

3.1 Разработка кабельной системы волоконно-оптических линий связи

Для оптоволоконной кабельной системы используем одномодовый подвесной самонесущий оптический кабель марки ЭКБ-ДПТ предназначенный для подвески на опорах воздушных линий связи, линий электропередач, прокладки в кабельной канализации. Максимальное допустимое расстояние между двумя опорами для данного кабеля 70 м.

1 - осевой элемент; 2 - одномодовое оптическое волокно; 3 - внутримодовый гидрофобный заполнитель; 4 - оптический модуль; 5 - гидроизоляция сердечника; 6 - промежуточная оболочка; 7 - гидроизоляция армирующего слоя; 8 - повив из арамидных нитей; 9 - защитная оболочка

Рисунок 3.1 - Оптический кабель ДПТ [10]

Данный кабель имеет 32 оптических волокна. Так как для подключения оптоволоконной сети к локальным сетям зданий необходимо по 2 оптических волокна для каждой сети (одно волокно для приёма, одно для передачи), то для трёх зданий необходимо 6 волокон. 26 волокон остаются в резерве для последующего увеличения числа подключённых объектов.

Прокладка кабеля на участке «Минскэнерго» - «ТЭЦ-2» осуществляется по колодцам кабельной канализации, а на участке «ТЭЦ-2» - «Минские тепловые сети» как и по колодцам кабельной канализации, так и по эстакаде совместно с другими коммуникациями. Кабель ДПТ предназначен для прокладки на линиях электропередач, а, следовательно, устойчив к внешним электромагнитным воздействиям.

Кабель перед прокладкой необходимо подвергнуть полной или частичной проверке. Кабели, поступившие к месту прокладки с внешними дефектами, такими как: вмятины, пережимы, обломанные концы, - подвергаются полной проверке. При полной проверке производится: внешний осмотр барабанов, проверка целостности оптических волокон путем просветки электрическим фонарем, испытания на герметичность оболочки, измерение затухания оптических волокон. Изготавливаемые в настоящее время оптические кабели имеют на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм средние значения затухания 0,3…1 дБ/км и дисперсии 0,1…0,3 нс/км*нм для градиентных волокон. В реальных оптических волокнах отклонения этих параметров увеличиваются из-за воздействия множества случайных факторов, к которым относятся: неоднородности в конструкции волокна; сторонние примеси в материале сердцевины и оболочки; отклонение профиля показателя преломления от оптимального; флуктуации микроизгибов волокон в процессе их укладки в оптический кабель и прокладки; неоднородности, возникающие в местах соединения волокон. В результате параметры передачи реальных волокон содержат случайные составляющие, абсолютные значения которых обычно невелики, но их относительные отклонения от средних значений ввиду малости последних могут иметь большие значения. Большие относительные колебания дисперсии градиентных волокон обусловлены в основном отклонениями профиля показателя преломления от оптимального. Случайные относительные колебания затухания от средних значений на строительных длинах составляют 30…50%. Отклонения дисперсии могут достигать 50…80%.