Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Пo заданию дипломного проекта требуется спроектировать локальную вычислительную сеть для БОУ «Шонгская общеобразовательная школа» с учетом стандартов построения сетей и конструкторских особенностей здания.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, объединяющую компьютеры и подключаемое к ним оборудование на ограниченной территории, обычно не больше одного предприятия или нескольких зданий. В настоящее время ЛВС стала неотъемлемым атрибутом в любых вычислительных системах, имеющих более одного компьютера.

Достоинства локальной сети - это, прежде всего, централизованное хранение данных, возможность совместной работы и быстрого обмена данными, разделяемый доступ к общим ресурсам, таким как принтеры, сеть интернет и другие.

Еще одной важной функцией локальной сети является создание отказоустойчивых систем, продолжающих функционирование при выходе из строя некоторых входящих в них элементов. В ЛВС отказоустойчивость обеспечивается путем дублирования, избыточности и гибкости работы персональных компьютеров.

Огромные возможности компьютеров по обработке информации делают их пригодными для разнообразного использования и в области образования. Они могут облегчить изучение и преподавание материала на всех уровнях - от дошкольников, овладевающих чтением, до учащихся старших классов и высших учебных заведений. Компьютеры пригодны для использования в таких областях, как история и естественные науки, профессиональная подготовка, русский язык и математика, музыка и изобразительное искусство, чтение и письмо. Компьютеры открывают новые пути в развитии различных навыков и умения решать проблемы, дают новые возможности для обучения. С помощью компьютеров можно сделать проведение уроков, упражнений, контрольных работ, а также учет успеваемости более простым и действенным. Это помогает учителям и позволяет им оставлять больше времени для занятий. Компьютеры могут сделать многие уроки интереснее и познавательней, а весь поток информации - легкодоступным.

На данный момент тема проекта является достаточно актуальной, так как разработка локальной сети - неотъемлемая стадия при проектировании любых зданий от офисов и учебных заведений до торговых центров, которые сейчас повсеместно строятся.

Согласно исходным данным, создаваемая информационно-вычислительная система здания не предназначена для передачи секретной информации. Поэтому структурированная кабельная система строится на более дешевой и менее сложной в практической реализации незащищенной элементной базе.

Решение всех поставленных задач будет выполнено с учетом всех стандартов построения кабельных систем, на основе предложенного плана учебного кабинета.

В результате выполнения дипломного проекта должна быть спроектирована локальная вычислительная сеть, являющаяся удобной в настройке, установке и использовании. А так же проведены расчёты длины кабелей, соединяющих информационные розетки, подобрано оборудование для функционирования всей системы и выбрано программное обеспечение для компьютеров.



1. Разработка технического проекта

1.1 Исходные данные

локальный сеть коммуникационный компьютерный

Для выполнения работ по созданию локальной сети и настройке оборудования для доступа обучающихся в сеть интернет, утверждены следующие требования:

- свободное подключение учащихся к ресурсам Интернет только в учебных целях;

- наличие сети Wi-Fi в кабинете информатики;

- приобретение нового компьютерного оборудования;

- наличие в сети файлового сервера;

- выбор оборудования должен быть основан на технических характеристиках, способных удовлетворить требованиям к скорости передачи данных;

- оборудование должно быть безопасно, защищено от поражения людей электрическим током. Уровень электромагнитных излучений не должен сильно влиять на обучающихся;

- удобство и простота при эксплуатации сети;

- наименьшее количество рабочих станций в кабинете должно быть более десяти;

- рабочая станция как место работы должна представлять собой полноценный стационарный или портативный компьютер;

- расположение рабочих мест должно удовлетворять требованиям стандартов размещения оборудования в учебных заведениях;

- затраты на создание локальной сети должны быть минимизированы;

- надежность локальной сети.



1.2 Выбор решений для построения сети

Любое сетевое устройство, коммутатор, маршрутизатор, сетевая карта компьютера используют для своей работы сетевую модель OSI, состоящую из семи уровней. Уровни располагаются снизу вверх, на первом, самом нижнем - расположен физический уровень, на седьмом, высшем уровне располагается прикладной уровень.

Сетевая модель OSI - абстрактная модель для коммуникаций и создания сетевых протоколов, в структуре которой, каждая часть процесса взаимодействия измеряется отдельно. Благодаря ее использованию взаимодействие программного обеспечения и сетевого оборудования становится намного проще и прозрачнее.

В таблице 1 описана сетевая модель OSI с указанием функций на каждом уровне. Уровни располагаются сверху вниз. [3]

Таблица 1 - Сетевая модель OSI

Модель OSI
Тип данных	Уровень (layer)	Функции
Данные	7. Прикладной (application)	Доступ к сетевым службам
Данные	6. Представительский (presentation)	Представление и кодирование данных
Данные	5. Сеансовый (session)	Управление сеансом связи
Сегменты	4. Транспортный (transport)	Прямая связь между конечными пунктами и надежность
Пакеты	3. Сетевой (network)	Определение маршрута и логическая адресация
Кадры	2. Канальный (data link)	Физическая адресация
Биты	1. Физический (physical)	Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными



1.3 Принципы администрирования СКС

Принципы администрирования СКС полностью определяются ее структурой. Разделяют два вида администрирования одноточечное и многоточечное.

Под многоточечным администрированием понимают управление структурированной кабельной системой, построенной на архитектуре иерархической звезды, то есть она включает в себя магистральную подсистему хотя бы одного уровня. Основным признаком этого варианта является необходимость выполнения переключения минимум двух шнуров (или элементов, их заменяющих), то есть изменения конфигурации. При использовании этого принципа обеспечивается наилучшая гибкость управления, а также увеличиваются возможности СКС при адаптации к новым приложениям.

Архитектура одноточечного администрирования используется тогда, когда требуется максимально упростить управление СКС. Основной ее признак - соединение всех информационных розеток рабочих мест с оборудованием в одном техническом помещении. Принципиально подобная архитектура может использоваться только для кабельных систем, не имеющих магистральной подсистемы. Одноточечную архитектуру предпочтительнее всего использовать в сетях с малым количеством портов.

В данном проекте магистральная подсистема не предусматривается, так как все компьютеры локальной сети и коммутационное оборудование находятся в одном кабинете, а значит, применяется архитектура одноточечного администрирования.

1.4 Обзор и выбор сетевой топологии

Сетевая топология - это способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Топологию сети обуславливают её характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на:

- состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры подключены друг к другу. Для этой цели применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Разные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Топология налагает различные условия на сеть. От нее зависти не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология определяет способ взаимодействия компьютеров в сети. Разным видам топологий соответствуют разные методы взаимодействия, и эти методы сильно влияют на сеть.

Все сети строятся на основе трёх основных топологий:

- шина;

- звезда;

- кольцо.

Если компьютеры подключаются вдоль одного кабельного сегмента, топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключаются к сегментам кабеля, которые исходят из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключаются компьютеры, замыкается в кольцо, такая топология является кольцевой.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

Топология шина

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространённым топологиям. В ней используется один кабель, именуемый сегментом или магистралью, вдоль которого подключены все компьютеры сети (рисунок 1).

Рисунок 1 - Простая сеть с топологией «шина»

В сети с топологией «шина» данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам находящимся в сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причём в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, её производительность зависит от их количества. Чем их больше, то есть чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

- характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

- частота, с которой компьютеры передают данные;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип сетевого кабеля;

- расстояние между компьютерами в сети.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выходит из строя, это не скажется на работе других рабочих станций. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

В случаях, когда в сети происходят неполадки, сами по себе компьютеры остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Достоинства топологии «шина»:

- простота настройки;

- относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;

- выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии «шина»:

- неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;

- сложность поиска неисправностей;

- низкая производительность - в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;

- плохая масштабируемость - для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

При рассмотрении данной топологии и выявлении ее недостатков видно, что для реализации проекта она не является лучшим вариантом ввиду того что для нее не совсем подходит расположение компьютеров по стандартам, а также ее низкая надежность и масштабируемость не удовлетворяют требованиям проекта.

Топология кольцо

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к замкнутому кабелю (рисунок 2). Сигналы передаются по кругу в одном направлении, проходя через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер является повторителем, усиливающим сигнал и передавая его следующему компьютеру. Поэтому, при выходе из строя одного компьютера, прекращает функционировать вся сеть.

Рисунок 2 - Простая сеть с топологией «кольцо»

Достоинства кольцевой топологии:

- простота установки;

- практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

- возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако «кольцо» имеет и существенные недостатки:

- каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля - работа всей сети останавливается;

- подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;

- сложность конфигурирования и настройки;

- сложность поиска неисправностей.

При обзоре данной топологии можно заключить, что она не подходит для реализации в проекте учебного кабинета.

Во-первых, она имеет низкую надежность. Во-вторых, чтобы она работала, все компьютеры в кабинете должны быть включены, а это требуется не всегда.

Топология звезда

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (рисунок 3). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла еще при появлении вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

Рисунок 3 - Простая сеть с топологией «звезда»



В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. В этом есть недостаток для больших сетей ввиду того что значительно увеличивается расход кабеля, так как все компьютеры подключены к центральной точке. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

Топология «звезда» является основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

- выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;

- хорошая масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;

- легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;

- высокая производительность;

- простота настройки и администрирования;

- в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, «звезда» не лишена недостатков:

- выход из строя центрального концентратора приведет к неработоспособности всей сети;

- дополнительные затраты на сетевое оборудование - устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (концентратор);

- число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.

При рассмотрении основных топологий построения кабельной системы, оценки их достоинств и недостатков, принимается решение использовать топологию «звезда». При выборе подходящего и надежного коммутатора данная топология является наилучшим решением для построения малой сети школы.



2. Выбор сетевого оборудования

Для совместной работы с файлами, необходим отдельный компьютер, выполняющий роль файлового сервера, который предназначается для хранения документации, доступ к которой обеспечен компьютерам сети. Кроме этого понадобится коммутатор, чтобы соединить несколько компьютеров в один сегмент. Далее стоит отметить, что одним из требований к ЛВС является наличие Wi-Fi. Чтобы его обеспечить, необходимо использовать Wi-Fi роутер. Кроме того для прокладки сети необходим сам кабель и розетки, а также короба, чтобы защитить провода от повреждений. Для сетевого оборудования понадобится шкаф.

Итак, для создания локальной сети потребуется следующее оборудование:

- компьютер, являющийся файловым сервером;

- коммутатор;

- Wi-Fi роутер;

- сетевой кабель;

- короба для прокладки;

- информационные розетки;

- коммутационный шкаф;

- конечное сетевое оборудование - компьютеры и ноутбуки.

2.1 Подбор маршрутизатора

Маршрутизатор (роутер) - сетевое устройство, используемое в компьютерных сетях, которое, на основании информации о топологии сети (таблицы маршрутизации) и определённых правил, принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI их получателю. Обычно применяется для связи нескольких сегментов сети.

Существует 2 вида маршрутизаторов: программный и аппаратный. В первом случае он является частью операционной системы одного из компьютеров сети, во втором случае - специальным вычислительным устройством.

Аппаратный маршрутизатор - специализированное устройство, собранное на узкоспециализированном процессоре RISC или ARM, объединяющее в отдельном корпусе множество маршрутизирующих модулей.

Программный маршрутизатор - это рабочая станция или выделенный сервер, имеющий несколько сетевых интерфейсов и снабженный специальным программным обеспечением, настроенным на маршрутизацию.

Не смотря на то, что программный маршрутизатор обладают более гибким функционалом, чем аппаратный, в данном проекте он применяться не будет, так является менее надежным и более сложным в использовании. К тому же для него пришлось бы докупать адаптер Wi-Fi. Программный маршрутизатор требует того, чтобы компьютер, на котором он установлен был включенным, а это влечет лишние затраты на электроэнергию.

В отличие от коммутаторов и мостов, в таблицах маршрутизации этих устройств записываются номера подсетей, а не MAC-адреса. Вторым отличием является активный обмен с другими маршрутизаторами информацией о топологии связей в подсетях, их пропускная способность и состояние каналов.

Основные требования, которые предъявляются к маршрутизатору в проекте - это функциональность и скорость работы.

Требование скорости работы маршрутизатора важно, так как к нему будет подключено одновременно несколько компьютеров.

Функциональность характеризуется набором поддерживаемых сетевых протоколов, протоколов маршрутизации, портов, наличие Wi-fi. Она достигается с помощью использования модульной конструкции, когда в одно шасси устанавливается несколько блоков с портами определенного типа.

Благодаря технологии Wi-Fi можно осуществляется выход с ноутбуков, КПК, сотовых телефонов и других устройств, оборудованных приемниками Wi-Fi в интернет без подключения сетевого кабеля.

Выбор маршрутизатора

Для сравнения взято три аппаратных роутера от разных фирм-производителей - D-Link, TP-Link, Asus - приблизительно равной стоимости. Данные о них приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Сравнение характеристик маршрутизаторов

Название	D-Link DIR-506L	TP-Link TL-WR940N	Asus RT-N53
Пропускная способность	150 Мбит/с	300 Мбит/с	300 Мбит/с
Защита информации	WPA и WPA2	WEP, WPA, WPA2, 802.1x	64-bit WEP, 128-bit WEP, WPA2-PSK, WPA-PSK, WPA-Enterprise, WPA2-Enterprise, WPS support
Наличие Wi-Fi	Есть	Есть	Есть
Скорость портов	10/100 Мбит/сек	100 Мбит/сек	100 Мбит/сек
Межсетевой экран (FireWall)	Нет	Есть	Есть
NAT, DHCP-сервер	Есть	Есть	Есть
Статическая маршрутизация	Нет	Есть	нет
Web-интерфейс	На основе браузера	Есть	Есть
Количество портов	1	4	4
Размеры (ШхВхГ)	102,9x79,8x22,3 мм	200x28x140 мм	172x145x60 мм
Цена	2150,00 руб.	2160,00 руб.	2800,00 руб.

По итогу сравнения выбран маршрутизатор TP-Link TL-WR940N имеющий подходящие для данной сети характеристики и сравнительно невысокую стоимость.



2.2 Подбор коммутатора

Устройство канального уровня, которое позволяют соединить несколько физических элементов ЛВС в одну общую сеть. Коммутация локальных сетей обеспечивает взаимодействие сетевых устройств по выделенной линии без возникновения коллизий, с параллельной передачей нескольких потоков данных.

Одной из главных характеристик для коммутатора является количество портов, оно определяет количество соединяемых компьютеров.

В качестве коммутационного оборудования выбирается коммутатор, а не концентратор, так как по цене они практически не различаются, но коммутаторы имеют следующие преимущества:

- повышение пропускной способности сети (коммутатор имеет способность «запоминать» адрес каждого компьютера, подключённого к его портам и действовать как регулировщик - только передавать данные на компьютер адресата и ни на какие другие, так же устраняются ненужные передачи и тем самым освобождается пропускная способность);

- коммутаторы предоставляют каждому узлу сети выделенную пропускную способность протокол.

Выбор метода коммутации

В коммутаторах локальных сетей могут быть реализованы различные методы передачи кадров.

Коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward) - коммутатор копирует весь принимаемый кадр в буфер и производит его проверку на наличие ошибок. Если кадр содержит ошибки (кадр имеет размер меньше 64 байт или больше 1518 байт или не совпадает контрольная сумма), то он отбрасывается. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор находит адрес приемника в своей таблице коммутации и определяет исходящий интерфейс. Затем, если не определены никакие фильтры, он передает этот кадр приемнику. Этот способ передачи связан с задержками - чем больше размер кадра, тем больше времени требуется на его прием и проверку на наличие ошибок.

Коммутация без буферизации (cut-through) - коммутатор локальной сети копирует во внутренние буферы только адрес приемника (первые 6 байт после префикса) и сразу начинает передавать кадр, не дожидаясь его полного приема. Это режим уменьшает задержку, но проверка на ошибки в нем не выполняется. Существует две формы коммутации без буферизации:

Коммутация с быстрой передачей (fast-forward switching) - эта форма коммутации предлагает низкую задержку за счет того, что кадр начинает передаваться немедленно, как только будет прочитан адрес назначения. Передаваемый кадр может содержать ошибки. В этом случае сетевой адаптер, которому предназначен этот кадр, отбросит его, что вызовет необходимость повторной передачи этого кадра.

Коммутация с исключением фрагментов (fragment-free switching) - коммутатор фильтрует коллизионные кадры, перед их передачей. В правильно работающей сети, коллизия может произойти во время передачи первых 64 байт. Поэтому, все кадры, с длиной больше 64 байт считаются правильными. Этот метод коммутации ждет, пока полученный кадр не будет проверен на предмет коллизии, и только после этого, начнет его передачу. Такой метод коммутации уменьшает количество пакетов передаваемых с ошибками. [3]

Для использования в небольшой школьной сети, предпочтительнее всего коммутатор с коммутацией промежуточного хранения - store-and-forward.

Выбор уровня коммутатора

Для того чтобы выбрать коммутатор, оптимально подходящий под нужды сети, нужно знать его уровень. Этот параметр определяется на основании того, какую сетевую модель OSI (передачи данных) использует устройство.

Устройства первого уровня, использующие физическую передачу данных, уже практически исчезли с рынка. Пример физического уровня - хабы, у которых информация передается сплошным потоком.

Уровень 2. К нему относятся практически все неуправляемые коммутаторы. Используется так называемая канальная сетевая модель. Устройства разделяют поступающую информацию на отдельные пакеты (кадры, фреймы), проверяют их и направляют конкретному девайсу-получателю. Основа распределения информации в коммутаторах второго уровня - MAC-адреса. Из них свитч составляет таблицу адресации, запоминая, какому порту какой MAC-адрес соответствует. IP-адреса они не понимают.

Уровень 3. Данный вид коммутатора работает с IP-адресами, и также может преобразовывать логические адреса в физические. На третьем, сетевом уровне передачи данных, работают практически все маршрутизаторы и наиболее «продвинутая» часть коммутаторов.

Уровень 4. Сетевая модель OSI, которая здесь используется, называется транспортной. Даже не все роутеры выпускаются с поддержкой этой модели. Распределение трафика происходит на интеллектуальном уровне - устройство умеет работать с приложениями и на основании заголовков пакетов с данными направлять их по нужному адресу. Кроме того, протоколы транспортного уровня, к примеру TCP, гарантируют надежность доставки пакетов, сохранение определенной последовательности их передачи и умеют оптимизировать трафик.

Так как сеть не требует специальных возможностей и для устройства не предусматривается постановка сложных задач, для реализации выбирается коммутатор второго уровня.

Выбор коммутатора для решения поставленных задач

Исходя из количества рабочих мест, коммутатор должен иметь не менее 16 портов. Проведя анализ оборудования на рынке (таблица 3) выбирается коммутатор TP-Link TL-SG3216, как лидер по соотношению цены и производительности.

Таблица 3 - Сравнительная таблица коммутаторов 2 уровня

Название	D-Link DES-3200-18/B1A	TP-Link TL-SG3216	HP 1910-16G Switch (JE005A)
Производитель	D-Link	TP-Link	HP
Количество портов	18	16	20
Скорость портов коммутатора	10/100/1000 Мбит/сек	10/100/1000 Мбит/сек	10/100/1000 Мбит/сек
Размер таблицы MAC адресов	8K	8K	8192
Размеры (ШxВxГ)	228.5x195x44 мм	440х220х44 мм	442x160x432 мм
Метод коммутации	store-and-forward	store-and-forward	store-and-forward
Цена	10 250 руб.	10 300 руб.	12 100 руб.

2.3 Файловый сервер

Файловый сервер - это выделенный компьютер, оптимизированный для выполнения файловых операций ввода-вывода и предназначенный для хранения файлов любого типа. Как правило, обладает большим объемом дискового пространства. Его наличие в сети позволяет повысить скорость обмена данными, повысить надежность хранения информации.

При выборе сервера следует обратить внимание на такие характеристики как:

- производительность процессора;

- объем оперативной памяти;

- скорость жесткого диска;

- отказоустойчивость.



2.4 Выбор стационарный компьютер

Настольный компьютер (рабочая станция), подключенный к сети, является самым универсальным узлом. Прикладное использование компьютера в сети определяется программным обеспечением и установленным дополнительным оборудованием.

Учебные компьютеры отличаются от игровых пониженной ценой за счет уменьшения возможностей компьютера. Их комплектация сбалансирована таким образом, чтобы всегда было комфортно работать с необходимыми приложениями. В качестве стационарных компьютеров будут использоваться четыре идентичных компьютера.

Так как на файловый сервер не ложиться слишком большая нагрузка, в качестве него используется компьютер с такой же производительностью, как и у рабочих станций.

2.5 Выбор портативного компьютера

По заданию технического проекта, в локальной сети присутствуют не только стационарные, но и портативные компьютеры (ноутбуки).

Так как ноутбук используется исключительно в учебных целях, высокая производительность от него не требуется. По сочетанию цены и качества прекрасно подходит ноутбук Lenovo B590.

2.6 Обзор и выбор сетевого кабеля

Для локальных сетей существует три принципиальные схемы соединения: с помощью витой пары, коаксиального или волоконно-оптического кабеля. Для передачи информации так же могут использоваться спутники, лазеры, микроволновое излучение и тому подобное, однако они выходят за область рассмотрения данного дипломного проекта, так как требуется организовать простую в реализации и эксплуатации, а также дешевую локальную сеть.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (коаксиал) - электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Состоит из двух цилиндрических проводников, соответственно вставленных один в другой (рисунок 4). Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник - медная сетка или алюминиевая фольга. Благодаря совпадению центров обоих проводов потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния и использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих других областях. [2]

Рисунок 4 - Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель не используется при построении данной локальной сети, ввиду следующих причин:

- сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано коммутатором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент;

- коаксиальный кабель менее удобен для монтажа, чем витая пара.

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель - кабель на основе оптоволокна. Оптоволокно - это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения (рисунок 12). Оптoволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна (рисунок 5). Многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно - на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение многомодовых компонентов. [2]

Рисунок 5 - Одномодовое и многомодовое оптоволокно

Не смотря на то, что оптоволокно может быть использовано не только как средство для дальней связи, но и построения компьютерной сети, использоваться при проектировании оно так же не будет, так как одна из задач - минимизация расходов на построение сети, а оптоволокно значительно дороже, чем кабель витая пара. Поэтому использовать его не целесообразно, так как в данной сети не требуются сверхбольшие скорости передачи данных.

Витая пара

Витая пара в настоящее время является самой распространённой средой передачи и представляет собой пару свитых проводов. Кабель, составленный из нескольких витых пар, как правило, покрыт жёсткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия внешней среды и механических повреждений. Изображение витой пары представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 - Кабель витая пара

В нормальных условиях витая пара поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с. Однако ряд факторов может существенно снизить скорость передачи данных, в частности, потеря данных, перекрёстное соединение и влияние электромагнитного излучения.

Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование (кабель из витых пар покрывается фольгой или оплёткой). Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его ослабление при передаче из одной точки сети в другую. Экранирование изменяет сопротивление, индуктивность и ёмкость таким образом, что линия становится склонной к потере данных. Подобные потери могут сделать витую пару нежелательной и ненадёжной средой передачи. И экранированная, и неэкранированная витая пара используется для передачи данных на несколько сотен метров.

В соответствии со спецификациями ассоциации электронной и телекоммуникационной промышленности вводится пять стандартных категорий кабеля из витых пар. При определении категорий кабеля используется только неэкранированная витая пара (UTP).

- Кабель первой категории используется для передачи голосовых данных. С начала 80-х годов кабель категории 1 используется в основном в качестве проводки телефонных линий. Кабель первой категории не сертифицирован для передачи данных любого типа и в большинстве случаев не рассматривается как среда для передачи цифровых данных, а значит для реализации проекта он не подойдет.

- Кабель второй категории используется для передачи информации со скоростью не более 4 Мбит/с. Этот тип проводки характерен для сетей устаревшей сетевой топологии, использующих протокол с передачей маркера. Кабель тактируется частотой 1 Мгц. Данная категория кабеля не может использоваться, так как не удовлетворяет требованиям проекта к скорости передачи данных.

- Кабель третьей категории в основном используется в локальных сетях с устаревшей архитектурой Ethernet 10base-T и сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с. Кабель тактируется частотой 16 МГц.

- Кабель четвёртой категории используется в качестве среды соединения сетей с кольцевой архитектурой или архитектурой 10base-T/100base-T. Кабель четвертой категории сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16Мбит/с и состоит из четырёх витых пар. Тактируется частотой 20 МГц.

- Кабель пятой категории является самой распространённой средой передачи для Ethernet. Кабель поддерживает скорость передачи данных до 100Мбит/с и используется в сетях с архитектурой 100base-T и 10base-T. Кабель тактируется частотой 100 МГц. [4]

На данный момент кабель витая пара категории 5е является наилучшим выбором для использования в локальных сетях как большого, так и малого размера. Он поддерживает наилучшую скорость передачи данных и также может использоваться в сетях с различными архитектурами. Именно поэтому он и будет использоваться при реализации проекта. Кабель имеет преимущества перед другими схемами соединения, так как обладает следующими достоинствами:

- простота монтажа;

- гибкость кабеля;

- относительно невысокая стоимость при хороших показателях пропускной способности;

- простота замены или наладки при повреждении.

В данном проекте используется кабель витая пара UTP категории 5e компании TopLan. Информация о кабеле приведена в приложении Д.

2.7 Выбор информационных розеток

Для данного проекта предусматривается по одной информационной розетке с одним розеточным модулем для каждого рабочего места с ноутбуком.

Тип розеточных модулей определяется с учетом требований по пропускной способности, конфигурации рабочего места и способа крепления. Розеточный модуль устанавливается на высоте 0,5 м от пола.

Для монтажа кабеля на рабочих местах выбраны стандартные розетки с одним разъёмом RJ-45 категории 5е.



2.8 Выбор монтажного оборудования

для коммутационного оборудования

Исходя из того, что для аппаратуры не потребуется отдельное помещение, всё оборудование монтируется в настенный коммутационный шкаф, в качестве которого используется ЦМО ШРН 9.650 со стеклянной дверью. Данный шкаф выбран, так как он хорошо подходит к габаритам оборудования, имеет невысокую стоимость, а также имеет точечный замок.

Все характеристики выбранного коммутационного шкафа приведены в приложении Е.

Кабель-канал

Для прокладки и защиты кабелей используются пластиковые короба двух видов. Для прокладки по полу применяется декоративный канал DKC СSP-№75x17 G. Для подведения кабелей по стене к коммутационному шкафу - кабель-канал DKC 01050.



3. Проектная часть

3.1 Разработка модели сети

При проектировании сети в первую очередь разрабатывается наглядная модель сети с привязкой к имеющимся планам и инженерным конструкциям. Данное действие позволяет:

- Определиться в каком месте будет установлено коммуникационное оборудование.

- Выбрать с учётом имеющихся коммуникаций наименьшее расстояние для прокладки коммуникационных кабелей.

- Учитывая масштаб плана, позволяет рассчитать приблизительную длину каждого кабельного сегмента.

Для разработки модели выбран метод имитационного моделирования, поскольку он в большей степени соответствует предъявляемым требованиям по адекватности и сложности.

В качестве программы для разработки имитационной модели сети выбрана программа Microsoft Visio.

Согласно стандарту ANSI/TIA/EIA-568-А горизонтальные трассы устанавливаются в «сухих» местах для защиты кабелей от воздействия влажности, выходящей за пределы предполагаемого рабочего диапазона. Для обеспечения наилучшей защиты, кабинет информатики располагается на втором этаже здания.

Расстояние между полом и потолком в кабинете 3 метра. Вход снабжается металлической дверью, открывающейся наружу, размер которой 20,9 м. В дверном проеме устанавливается порог для предотвращения прохождения воды из коридора в случае прорыва водопровода в ближайших помещениях. Материал и конструкция перекрытий стен и двери выбирается с учетом обеспечения огнестойкости более 45 минут.

Кабинет информатики оборудован:

- пожарной сигнализацией;

- системой заземления оборудования.

Схема кабинета информатики изображена в приложении Ж.

Для того чтобы электромагнитные излучения в наименьшей степени влияли на обучающихся, принимаются следующие решения:

- экран дисплея находился от глаз пользователя на расстоянии не ближе, чем 50-70 см;

- продолжительность работы с компьютером не превышает 2 часа.

3.2 Построение локальной сети с привязкой к плану-схеме здания

Виртуальная сеть кабинета изолирована от остальных компьютеров в школе. Все кабели укладываются в кабель-каналы и прокладываются по полу. Серверная комната для оборудования не предусматривается, так как сеть небольшая и коммуникационный шкаф установлен непосредственно в кабинете. В шкаф установлены коммутатор и маршрутизатор. В кабинете расположено шесть ноутбуков и пять компьютеров, один из которых является файл-сервером. Максимальная дальность сегментов ЛВС до коммутационного оборудования не превышает 70 метров, что соответствует требованию стандарта EIA/TIA-568-В передачи данных на скорости 100 Мбит/с.

Сеть строится по топологии «Звезда» с использованием 1 коммутатора и 1 маршрутизатора. Логическая и физическая схема построения сети изображены в приложении И.

3.3 Расчет длины кабеля

На рабочих местах с ноутбуками для удобства устанавливается внешняя компьютерная розетка. Всего устанавливается 6 розеток по количеству ноутбуков. К каждому рабочему месту от шкафа прокладывается кабель «неэкранированная витая пара категории 5e» (UTP).

Для подключения ноутбуков к розеткам используются коммутационные шнуры длиной один метр. Количество данных шнуров так же равно шести, для каждой розетки.

Прокладка кабеля выполняется по полу в кабель-каналах. Коммутационный шкаф устанавливается непосредственно в кабинете на высоте 1,5 метра от пола.

Общая длина кабеля будет равна сумме длин кабеля от каждого рабочего места до коммутационного шкафа. Так как она не может быть вычислена эмпирически ввиду малого размера сети, будет использоваться теоретический табличный способ, на основе плана кабинета. Расчет длины кабеля представлен в таблице 4. Так как метод вычисления не является точным, поэтому для каждого кабеля берется запас 0,5 м. Номера компьютеров берутся в соответствии с приложением И рисунок 2.

Таблица 4 - Расчет длины кабеля

Номер компьютера	Длина кабеля, м
N1	4
N2	N1+2,5=6,5
N3	N2+2=8,5
N4	7
N5	N4+2,5=9
N6	N5+2=11
N7	N6+1=12
N8	9
N9	N8+2,5=11
N10	N9+2=13
N11	N11+1=14
Итого:	105

При суммировании всех кабельных сегментов без учета коммутационных шнуров, длина получилась не более 105 метров. Так как кабель витая пара продаётся бухтами по 305 метров, можно вычислить нужное количество этих бухт по формуле 1:

, (1)

где - количество бухт, шт.;

- длина всего кабеля, необходимого для прокладки сети, м.;

- длина кабеля в одной бухте, м.

Подставив соответствующие значения в формулу получилось следующее выражение:

Из него следует, что для организации сети требуется 1 катушка витой пары.

3.4 Логическая организация сети

В качестве технологии доступа используется Fast Ethernet, обеспечивающий скорость обмена данными в 100 Мбит/с.

В качестве подвида данной технологии выбирается 100BASE-TX, IEEE 802.3u - развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5: CAT5e - скорость передач данных до 100 Мбит/с. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей.

3.5 Формирование адресной структуры сети

Для формирования адресного пространства данной сети выбраны IP-адреса класса С (адреса из диапазона от 192.0.0.0 до 223.255.255.0). Маска подсети имеет вид 255.255.255.0. Первые 3 байта формируют номер сети, последний байт формирует номер узла.

Имеется ряд IP-адресов, которые зарезервированы для использования только в локальных сетях. Пакеты с такими адресами не передаются маршрутизаторами Интернета. В классе С к таким IP-адресам относятся адреса от 192.168.0.0 до 192.168.255.0.

Поэтому для локальной сети школы назначаются следующие IP-адреса:

- файловый сервер - 192.168.1.1;

- точка доступа Wi-Fi - 192.168.1.5;

- учебные компьютеры в кабинете информатики имеют IP-адреса от 192.168.1.10 до 192.168.1.19.

Организация свободного подключения учащихся к ресурсам Интернет только в учебных целях в сети и используется firewall.

3.6 Рабочее место

Общие положения

Рабочими местами называют пространства в здании, где пользователи взаимодействуют с телекоммуникационными устройствами. Особенностью проектирования рабочего места является поиск наиболее удобного варианта как для работы пользователей, так и для нормального функционирования телекоммуникационного оборудования.

Компоненты рабочего места располагаются между точкой окончания горизонтальной кабельной подсистемы на телекоммуникационной розетке и активным оборудованием рабочего места. К активному оборудованию рабочего места относят электронные устройства, такие как телефонные аппараты, терминалы систем обработки данных, компьютеры и другие. Эффективность кабельной системы рабочего места оказывает значительное влияние на работу распределительной системы. Особенностью кабельной системы рабочего места является ее непостоянство и возможность довольно легко вносить в нее изменения.

К элементам рабочего места относятся:

- телекоммуникационная розетка или многопользовательская телекоммуникационная розетка;

- аппаратные кабели (шнуры);

- адаптеры, конвертеры, разветвители;

- телекоммуникационное оборудование (телефонные аппараты, компьютеры, модемы, терминалы и т.п.).

Активное телекоммуникационное оборудование и адаптеры (конвертеры, разветвители) не считаются частью телекоммуникационной кабельной системы. [7]

Телекоммуникационная розетка

Телекоммуникационные розетки служат для подключения активного телекоммуникационного оборудования пользователей на рабочих местах и являются физическим окончанием горизонтальной кабельной подсистемы.

Телекоммуникационная розетка одновременно является элементом и горизонтальной кабельной подсистемы, и рабочего места.

Телекоммуникационные розетки, используемые на рабочих местах, должны соответствовать требованиям, приведенным в ГОСТ Р 53246-2008.

Кабели горизонтальной подсистемы прокладываются на рабочие места в избыточном количестве с целью создания запаса для возможных подключений в будущем. Окончания таких кабелей укладываются в монтажных коробках розеток, закрытых глухими крышками.

Кабели горизонтальной подсистемы, проложенные до рабочих мест и не терминированные на телекоммуникационных розетках, не входят в состав СКС.

Схемы разводки телекоммуникационной розетки соответствуют стандарту Т568В.

На рисунке 7 показано назначение контактов гнезда телекоммуникационной розетки для схемы разводки Т568В. Цвета проводников приведены относительно схемы цветового кодирования 4-парного кабеля горизонтальной подсистемы.

Рисунок 7 - Назначение контактов в схеме разводки Т568В

Допускается одновременно использование в одной СКС двух схем разводки - Т568В и Т568A, но вследствие возможных ошибок при монтаже, эксплуатации и подключении активного оборудования к кабельной системе не рекомендуется, и поэтому применяться не будет. [7]

Аппаратные шнуры рабочего места

Аппаратные шнуры на основе витой пары проводников используемые для подключения активного оборудования к телекоммуникационной розетке на рабочем месте в модели канала горизонтальной кабельной подсистемы, соответствуют требованиям ГОСТ Р 53246-2008.

Кабельная система рабочего места может меняться в зависимости от конкретного приложения. Для этого используется шнур с одинаковыми коннекторами на обоих концах.

Специализированные устройства, предназначенные для поддержания работы конкретных приложений, не будут использоваться как часть горизонтальной кабельной подсистемы и, в случае необходимости применения, будут устанавливаться за пределами телекоммуникационной розетки. [7]

Места монтажа телекоммуникационных розеток

Телекоммуникационная розетка - узел, состоящий из трех элементов: установочной коробки, монтажной рамки и коннектора.

Коннектор, или модуль (розеточный модуль), представляет собой телекоммуникационное гнездо, установленное в корпус модуля или на его печатную плату и соединенное электрически с гнездом коннектора типа IDС, предназначенное для терминирования (физического окончания) кабелей горизонтальной подсистемы.

Телекоммуникационная розетка состоит из одного коннекторов, так как рассчитана на подключение портативного оборудования.

Монтажная рамка, которая часто одновременно служит и декоративной лицевой панелью, служит для монтажа модуля в установочном коробке.

Установочная коробка телекоммуникационной розетки служит местом перехода между кабелем горизонтальной подсистемы и аппаратным кабелем рабочего места. Крепится она непосредственно на периметральной трассе (кабельном коробе).

Телекоммуникационная розетка надежно закреплена на месте с помощью средств и методов, определенных инструкциями изготовителя, и обеспечивает защиту окончаний, поддержание требуемых радиусов изгиба и хранение рекомендуемого запаса кабеля горизонтальной подсистемы. [7]

Плотность монтажа розеток

Согласно нормам СанПиН, площадь рабочего места для компьютера с монитором на основе электро-лучевой трубки должна быть не менее 6м². Площадь рабочего места для компьютера с монитором на основе жидких кристаллов может быть сокращена до 4,5 м², если компьютер не имеет дополнительных периферийных устройств, время работы за ним не более 3х часов.

Так как в данной локальной вычислительной сети используются жидкокристаллические мониторы площадь рабочего места может быть сокращена до 4,5 м².

Расчет площади помещения:

, (2)

где - площадь помещения, м²

- ширина помещения, м ( = 6,3 м)

- длина помещения, м ( = 8 м)

м²

Так как площадь кабинета 50,4 м² в сети может использоваться 11 компьютеров. Расположение компьютеров удовлетворяет всем нормам СанПиН.

Правила выбора мест расположения розеток

Места расположения телекоммуникационных розеток выбираются в соответствии с планом расположения мебели в кабинете на расстоянии не более стандартной длины аппаратного шнура активного оборудования рабочего места от места его расположения.

На рабочем месте запрещена открытая прокладка (вне закрытых трасс) кабеля горизонтальной подсистемы до установочной телекоммуникационной коробки или розетки.

Розетки системы электроснабжения устанавливаются вблизи установочной коробки телекоммуникационной розетки на одной высоте в пределах 1 метра. [7]

Трассы и пространства мебели

Коэффициент заполнения мебельной трассы рассчитывается в процентах делением суммарной площади поперечного сечения кабелей на площадь поперечного сечения трассы в самом «узком» ее месте. На стадии проектирования системы мебельных трасс используется коэффициент заполнения не более 40%.

На значение коэффициента заполнения оказывают влияние такие факторы, как спиралевидное пространственное расположение кабелей в канале, места сопряжения трасс, допустимые радиусы изгиба кабелей и пространство, занимаемое розетками и коннекторами. Предпочтительным методом определения реальной емкости мебельной трассы является пробный монтаж.

Мебельные каналы, используемые для прокладки кабельных систем, обеспечивают площадь поперечного сечения не менее 10 сантиметров. Эта площадь рассчитана на использование типовых 4-парных кабелей при коэффициенте заполнения 33%.

Минимальный размер трассы определяется на основе требования к радиусу изгиба кабелей - 25 мм при максимально допустимом коэффициенте заполнения. В проекте кабель монтируется методом укладки, а не протягивания, поэтому не потребуется использование скругленных углов и поворотов. [7]

3.7 Программные средства для организации сети

В качестве операционной системы сервера используется Windows Server 2012 (рисунок 8), которая является более новой и безопасной операционной системой в семействе серверных ОС Windows, что подходит по требованиям для сервера.

Windows Server 2012 (кодовое имя «Windows Server 8») - версия серверной операционной системы от Microsoft. Принадлежит семейству ОС Microsoft Windows. Была выпущена 4 сентября 2012 года на смену Windows Server 2008 R2 как серверная версия Windows 8.

Windows Server 2012 - первая версия Windows Server начиная с Windows NT 4.0, которая не поддерживает процессоры Itanium.