Разработка мультисервисной вычислительной сети микрорайона поселка городского типа Струги Красные

Разработка мультисервисной вычислительной сети с целью предоставления услуг доступа к сети Интернет и просмотру IP-телевидения жильцам микрорайона поселка городского типа Струги Красные. Этапы внедрения локально-вычислительной сети, выбор компонентов.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 19.06.2012
Размер файла 2,7 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

  • Аннотация
  • Введение
  • Глава 1. Постановка задачи дипломного проектирования
  • 1.1 Техническое задание
  • 1.2 Анализ предпроектной ситуации
  • Глава 2. Аналитическая часть
  • 2.1 Анализ вариантов решения поставленной задачи
  • 2.2 Анализ распределенной вычислительной системы
  • 2.2.1 Расчет информационного потока от Интернет-сервера
  • 2.2.2 Расчёт информационного потока IP-телевиденья
  • 2.3 Проектирование ЛВС
  • 2.3.1 Выбор физической топологии сети
  • 2.3.2 Выбор сетевой технологии
  • 2.3.3 WiFi
  • 2.3.4 Выбор структуры сети
  • 2.3.4 Выбор архитектуры системы
  • Глава 3. Разработка компонентов вычислительной сети
  • 3.1 Выбор способа прокладки кабеля и мест размещения узлов
  • 3.1.1 Выбор мест размещения узлов
  • 3.1.2 Выбор способа подключения коммутаторов, устанавливаемых в жилых помещениях, к центральной магистрали
  • 3.2 Выбор коммутаторов
  • 3.3 Выбор SFP-трансиверов
  • 3.4 Выбор типа кабелей
  • 3.5 Выбор Wi-Fi точки доступа
  • 3.6 Выбор интернет сервера
  • 3.7 Выбор комбинированной головной станции цифрового телевидения
  • 3.8 Выбор источника бесперебойного питания
  • 3.9 Выбор коммуникационного шкафа и оптического распределительного шкафа
  • Глава 4. Имитационное моделирование работы сети
  • 4.1 Выбор системы имитационного моделирования
  • 4.2 Структурная схема
  • 4.3 Паспорта рабочих мест
  • 4.4 Таблица информационных потоков
  • 4.5 Построение модели
  • 4.6 Анализ результатов моделирования
  • Глава 5. Экономическая часть
  • 5.1 Определение затрат на создание и освоение системы
  • 5.1.1 Затраты на оплату труда
  • 5.1.2 Затраты на материальные средства
  • 5.1.3 Затраты на основные средства
  • 5.1.4 Затраты на электроэнергию
  • 5.2 Определение затрат на эксплуатацию
  • 5.3 Определение экономической эффективности проекта
  • 5.4 Определение интегрального показателя эффективности
  • 5.5 Определение срока окупаемости проекта
  • 5.6 Основные технико-экономические показатели проекта
  • Глава 6. Вопросы охраны труда и техники безопасности
  • 6.1 Общие положения
  • 6.2 Меры безопасности при работе на высоте
  • 6.3 Меры безопасности при работе с монтажными инструментами, механизмами и измерительными приборами
  • 6.4 Правила техники безопасности при производстве отдельных видов работ
  • 6.5 Организация рабочего места и создание благоприятных условий работы
  • 6.7 Требования безопасности перед, во время и по окончании работы
  • 6.7 Электробезопасность. Защитное зануление
  • Заключение
  • Список литературы

Аннотация

В данном дипломном проекте была рассмотрена задача разработки мультисервисной вычислительной сети микрорайона поселка городского типа Струги Красные. Проектируемая ЛВС предназначена в первую очередь для предоставления услуг доступа к сети интернет и просмотру IP-телевиденья жильцам микрорайона.

В ходе разработки дипломного проекта решены следующие задачи:

В первой главе определяются цели и задачи разрабатываемой ЛВС, происходит анализ требований и формируется техническое задание.

Во второй главе произведен анализ вариантов решения поставленной задачи, сделаны расчёты информационного потока с помощью математического моделирования, осуществлен выбор всех основных параметров ЛВС.

В третьей главе рассмотрены этапы внедрения локально-вычислительной сети и выбор компонентов реализации проекта на основании технического задания.

В четвёртой главе производится имитационное моделирование работы сети, на основании которого строятся выводы о правильности выбора основных параметров и сетевого оборудования.

В пятой главе производится расчет экономических показателей, стоимость проекта и сроков его окупаемости.

В шестой главе рассматривается техника безопасности при эксплуатации электронного оборудования, а также проработан вопрос обеспечения безопасных и комфортных условий труда.

Введение

На сегодняшний день в мире согласно Альманаха компьютерной промышленности существует более 650 миллионов компьютеров, и более 80 % из них объединены в различные информационно вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальной сети интернет.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е-Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Вычислительная сеть обладает возможностью распараллеливания вычислений, за счет чего достигается повышение производительности и отказоустойчивости (способности системы выполнять свои функции при отказах отдельных элементов аппаратуры и неполной доступности данных). Кроме того, распределенные системы - это:

лучшее соотношение производительность-стоимость;

совместное использование данных и устройств;

прозрачность предоставления услуг;

оперативный доступ к информации;

использование внешних данных;

интеграция информационных систем.

Главное доказательство актуальности и эффективности сетей - факт их повсеместного распространения.

Глава 1. Постановка задачи дипломного проектирования

1.1 Техническое задание

Цель: Целью данного проекта является разработка мультисервисной вычислительной сети жилого микрорайона посёлка Струги Красные.

Назначение проекта:

Данная вычислительная сеть предназначена для обеспечения пользователей бесперебойным доступом к сети интернет, к просмотру каналов цифрового телевиденья и коллективного использования информацией. Проектируемая сеть должна базироваться на передовых технологиях, быть гибкой, легко управляться и конфигурироваться, иметь модульное построение, а ее эксплуатация не должна быть связана со значительными затратами.

Требования к ЛВС:

1.1.1. Функциональные требования к разрабатываемой сети

ЛВС должна обеспечивать совместный доступ всех пользователей к сетевым ресурсам.

Таким как:

§ организация файлового обмена между пользователями;

§ организация бесперебойной трансляции IP-телевиденья;

§ организация доступа в Интернет;

§ информационная безопасность.

1.1.2. Технические требования к разрабатываемой сети

ЛВС должна обеспечивать:

§ скорость передачи сигнала цифрового телевиденья - 4,5 мегабит.

§ скорость передачи сигнала цифрового телевиденья высокого качества - 15 мегабит в секунду.

§ скорость передачи канала интернет не менее 5 мегабит в секунду;

1.1.3. Информационные требования к разрабатываемой сети

§ Информация внутри ЛВС должна быть безопасной, доставляться абоненту без потери количества и качества.

1.1.4. Требования к надежности ЛВС

§ ЛВС должна обеспечивать бесперебойную работу пользователей, неполадки или сбои сети должны быть устранены в течение суток после их возникновения.

§ Должно обеспечиваться резервное питание основного оборудования сети в случае отказа основного, а так же обеспечиваться безопасность активного оборудования в случае скачков напряжения и импульсных сетевых помех.

1.1.5. Требования к условиям эксплуатации:

окружающая температура - +5оС ? +50оС;

влажность - 20% ? 90%;

электропитание - 230В, 50 Гц от сети переменного тока.

1.1.6. Требования к структурированным кабельным системам (СКС):

СКС должна быть выполнена в соответствии с международным стандартом ISO/IEC 11801 на кабельные системы (а точнее с приложением2 от 2002 года, описывающим изменения для стандарта 1000Base-T GigabitEthernet).

1.2 Анализ предпроектной ситуации

В настоящее время развитие информационных технологий в нашей стране растёт быстрыми темпами. Но обеспечение качественным доступом к сети интернет вне городов оставляет желать лучшего. На проектируемом объекте отсутствует локально-вычислительная сеть, доступ к сети интернет осуществляется по технологии dial-up, поэтому обеспечение пользователей надёжным доступом в интернет является приоритетной задачей. В микрорайоне существует сеть кабельного телевиденья, но она не обеспечивает полного покрытия территории и не способна передавать видеосигнал высокого качества. Приём телеканалов осуществляется с помощью четырёх спутниковых тарелок. Поэтому следующей задачей проектирования является обеспечение пользователей круглосуточным доступом к IP-телевиденью.

Будем считать, что одна квартира - это один пользователь. Исходя из рисунка 1.1 имеем:

в пятиэтажных домах на три подъезда №2, №4, №6, №8, №10 по 45 пользователей.

в двухэтажных домах на два подъезда №4А и №2Апо 12 пользователей.

Таким образом, суммарное количество пользователей равно 250.

Недалеко от жилых домов находится двухэтажное здание. На первом этаже располагается магазин, а на втором студия кабельного телевиденья. В студии кабельного телевиденья будет находиться центральный узел сети и оборудование для приёма и ретрансляции цифрового спутникового телевиденья.

Общий план микрорайона представлен на рисунке 1.1 План одного из этажей одного подъезда пятиэтажных и двухэтажных жилых домов представлен на рисунке 1.2., а план второго этажа дома №12 представлен на рисунке 1.3.

мультисервисная вычислительная сеть интернет

Рис 1.1 Общая схема микрорайона.

Рис.1.2 Этажный план одного подъезда.

Рис.1.3 План второго этажа дома №12 (серверная).

Глава 2. Аналитическая часть

2.1 Анализ вариантов решения поставленной задачи

Существует два основных метода проектирования и моделирования работы ЛВС: математический и имитационный.

Математическому моделированию предшествует создание концептуальной модели, определяющий объект, цель и условия моделирования. Изучение модели, заменяющей объект исследования, и выполненные над ней операции позволяют получить информацию о реальном объекте. Математическое моделирование можно разделить на аналитическое и имитационное. При аналитическом моделировании процессы функционирования элементов системы записываются в виде алгебраических соотношений и логических условий.

Характерной чертой массового обслуживания является случайный поток заявок и случайная продолжительность времени обслуживания. Поэтому прогноз относительно единичного события может быть только вероятностным. При совместном использовании ограниченных ресурсов возникают очереди. Многообразие приложений теории массового обслуживания определяет постоянно растущий интерес к ней, а сложность возникающих задач не позволяет получить исчерпывающие решения на базе аналитических методов даже при численной реализации последних. Этот метод достаточно громоздкий и не позволяет производить оперативный анализ изменений ЛВС. В таких ситуациях прибегают к имитационному моделированию, представляющему собой незаменимый инструмент анализа эксплуатационных и многих других проблем.

При имитационном моделировании алгоритм, реализующий модель, воспроизводит процесс функционирования системы во времени и пространстве. Результаты каждого шага моделирования могут интерпретироваться как состояние системы в определенный момент времени, а метод может быть определен как наблюдение во времени за характеристиками динамической модели системы.

Существует такой метод исследования как линейное программирование, но проблемой его использования является сложное программирование для распределенных систем.

Организация расчётов эффективности вычислительных систем с использованием универсальной математической модели функционирования сети позволяет построить достаточно много вариантов. Общими требованиями к ним считаются:

однозначность отображения аппаратного состава и основных взаимосвязей технических средств;

учёт основных особенностей многопрограммных режимов функционирования сети;

отображение стохастической природы и многофазного характера процессов функционирования.

Считается, что модели такого рода можно строить с помощью аппарата теории массового обслуживания.

Имитационное моделирование позволяет производить комплексную оценку оборудования и процессов (технологий, программного обеспечения), используемых в ЛВС. При этом воспроизводятся реальные процессы в объекте, исследуются особые случаи, воспроизводятся реальные и гипотетические критические ситуации. Основное достоинство имитационного моделирования - реальная возможность проведения экспериментов с исследуемым объектом, не прибегая к физической реализации, что позволяет предсказать и предотвратить большое число неожиданных ситуаций в процессе эксплуатации, которые могли бы привести к неоправданным затратам при их устранении.

При имитационном моделировании конкретной ЛВС возможно провести:

определение минимально необходимого, но обеспечивающего потребности передачи, обработки и хранения информации оборудования в настоящее время;

оценить необходимый запас производительности оборудования, обеспечивающего возможное увеличение производственных потребностей в ближайшее время;

выбрать несколько вариантов оборудования сегментов с учетом текущих потребностей, перспективы развития на основании критерия стоимости оборудования;

проверить работу вычислительной системы.

Построение имитационной модели является необходимым этапом при проектировании любой, т.к. позволяет существенно оптимизировать расходы, точнее подобрать оборудование, сэкономить достаточное количество времени и сил.

2.2 Анализ распределенной вычислительной системы

Прежде чем преступить к построению имитационной модели требуется произвести предварительный расчет процессов, происходящих в сети. Это делается для измерения минимальной пропускной способности сети, нагрузки на сервера, и уже на основании расчетов осуществляется окончательный выбор сетевой технологии и оборудования.

Для расчета процессов, происходящих в ЛВС, существует достаточно много разных методов: аналитические, методы сетей Петри, теории массового обслуживания (теории очередей), методы Эрланга. Для расчета двух режимов (информационного потока от простого обмена файлами и от баз данных) применим метод, который разработан с использованием вышеперечисленных методов и применяется для расчета отдельных процессов.

Проектируемая локально-вычислительная сеть будет содержать 250 рабочих мест, Интернет-сервер и сервер IP-телевиденья. При расчете информационных потоков были взяты усредненные размеры запрашиваемой информации и усредненное количество обращений, что связано с неодинаковой необходимостью тех или иных рабочих станций обращаться к серверам.

2.2.1 Расчет информационного потока от Интернет-сервера

В сети Интернет основная нагрузка ложится на рабочие станции пользователей, т.к. наборы данных для обработки передаются с сервера на рабочие станции, что характеризует большое значение информационного потока. Информационный поток определяется на основе размеров файлов необходимых для выполнения этих операций.

Средние размеры передаваемой информации и количество обращений к сети Интернет взяты при отслеживании работы пользователей.

Расчет сети будем производить по следующей формуле:

где - поток информации на одного пользователя, килобит в секунду;

- размер передаваемого файла по сети, мегабайт;

- размер индексов передаваемых по сети, мегабайт;

- коэффициент для перевода мегабайт в килобит, k1 = 8192

- коэффициент для перевода часов в секунды, k1 = 3600

с - количество раз чтение/записи сутки

Во время пользования сетью Интернет будут передаваться файлы средним объёмом 4МБайт, а также индексы размером 0,5Мбайт, с периодичностью 2556 раз в сутки.

где - суммарный средний поток информации, килобит в секунду;

- поток информации на одного пользователя, килобит в секунду;

- количество пользователей сети:

=3998Ч250=999500 килобит в секунду

2.2.2 Расчёт информационного потока IP-телевиденья

При трансляции каналов цифрового телевиденья в локальную сеть, каждому каналу присваиваться уникальныйIP-адрес и они доступны для просмотра по запросу пользователя. Благодаря специальной форме широковещания, при которой сетевой пакет одновременно направляется определённому подмножеству адресатов - не одному (unicast), и не всем (broadcast), под названием multicast, который, при добавлении новых пользователей, не влечет за собой необходимое увеличение пропускной способности сети.

В проекте предусмотрено трансляция 43 каналов стандартной чёткости и 12 каналов высокой чёткости. Приём спутникового сигнала будет производиться со спутника ABS-1, спутникового оператора "Радуга ТВ". С данного спутника ведётся вещание каналов стандартной чёткости, поток информации 4500 килобит в секунду, и вещание каналов высокой чёткости, поток информации 15000 килобит в секунду. Трансляция каналов в локальную сеть будет производиться без перекодирования каналов, чтобы не избежать потери качества передаваемой картинки.

Таким образом, суммарная пропускная способность зависит от количества транслируемых каналов.

где - суммарный информационный поток цифрового телевиденья, килобит в секунду;

- информационный поток канала стандартной чёткости, 4500 килобит в секунду;

- информационный поток канала высокой чёткости, 15000 килобит в секунду;

- количество каналов стандартной чёткости;

- количество каналов высокой чёткости;

= 373500 килобит в секунду

Средний поток информации одного канала цифрового телевиденья:

где - суммарный информационный поток цифрового телефиденья, килобит в секунду;

- общее количество каналов;

= 6 790 килобит в секунду

Суммарный поток информации через центральный коммутатор:

=999500+373 500=1 373 00килобит в секунду

Суммарный поток информации через коммутатор, расположенный в жилых домах:

где - суммарный поток информации через коммутатор, килобит в секунду;

- поток информации на одного пользователя, килобит в секунду;

- средний поток информации одного канала цифрового телевиденья, килобит в секунду;

- количество пользователей, подключенных к коммутатору;

161 820 килобит в секунду

2.3 Проектирование ЛВС

При построении ЛВС в первую очередь требуется определиться с основными параметрами такими как: архитектура, физическая топология, сетевая технология, структура.

2.3.1 Выбор физической топологии сети

Топология сети определяется размещением узлов в сети и связей между ними. Из множества возможных построений выделяют следующие структуры:

1) Топология "звезда". Каждый компьютер через сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. Все сообщения проходят через центральное устройство, которое обрабатывает поступающие сообщения и направляет их к нужным или всем компьютерам. Звездообразная структура предполагает нахождение в центральном узле концентратора или коммутатора.

Достоинства "звезды":

простота периферийного оборудования;

каждый пользователь может работать независимо от остальных пользователей;

высокий уровень защиты данных;

легкое обнаружение неисправности в кабельной сети.

Недостатки "звезды":

выход из строя центрального устройства ведет к остановке всей сети;

высокая стоимость центрального устройства;

уменьшение производительности сети с увеличением числа компьютеров, подключенных к сети.

2) Топология "кольцо". Все компьютеры соединяются друг с другом в кольцо. Здесь пользователи сети равноправны. Информация по сети всегда передается в одном направлении. Кольцевая сеть требует специальных повторителей, которые, приняв информацию, передают ее дальше; копируют в свою память (буфер), если информация предназначается им; изменяют некоторые служебные разряды, если это им разрешено. Информацию из кольца удаляет тот узел, который ее послал.

Достоинства "кольца":

отсутствие дорогого центрального устройства;

легкий поиск неисправных узлов;

отсутствует проблема маршрутизации;

пропускная способность сети разделяется между всеми пользователями, поэтому все пользователи гарантированно последовательно получают доступ к сети;

простота контроля ошибок.

Недостатки "кольца":

трудно включить в сеть новые компьютеры;

каждый компьютер должен активно участвовать в пересылке информации, для этого нужны ресурсы, чтобы не было задержек в основной работе этих компьютеров;

в случае выхода из строя хотя бы одного компьютера или отрезка кабеля вся сеть парализуется.

3) Топология "общая шина". Предполагает использование одного кабеля (шины), к которому непосредственно подключаются все компьютеры сети. В данном случае кабель используется всеми станциями по очереди, т.е. шину может захватить в один момент только одна станция. Доступ к сети осуществляется путем состязания между пользователями. В сети принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать данные. Возникающие конфликты разрешаются соответствующими протоколами. Информация передается на все станции сразу.

Достоинства "общей шины":

простота построения сети;

сеть легко расширяется;

эффективно используется пропускная способность канала;

надежность выше, т.к. выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности сети в целом.

Недостатки "общей шины":

ограниченная длина шины;

нет автоматического подтверждения приема сообщений;

возможность возникновения столкновений (коллизий) на шине, когда пытаются передать информацию сразу несколько станций;

низкая защита данных;

выход из строя какого-либо отрезка кабеля ведет к нарушению работоспособности сети;

трудность нахождения места обрыва.

4) Топология "дерево". Эта структура позволяет объединить несколько сетей, в том числе с различными топологиями или разбить одну большую сеть на ряд подсетей. Разбиение на сегменты позволит выделить подсети, в пределах которых идет интенсивный обмен между станциями, разделить потоки данных и увеличить производительность сети в целом. Объединение отдельных ветвей (сетей) осуществляется с помощью устройств, называемых мостами или шлюзами. Шлюз применяется в случае соединения сетей, имеющих различную топологию и различные протоколы. Мосты объединяют сети с одинаковой топологией, но может преобразовывать протоколы. Разбиение сети на подсети осуществляется с помощью коммутаторов и маршрутизаторов.

Выбираем топологию звезда для достижения высокой производительности, легкой наращиваемости и высокого уровня защиты данных.

2.3.2 Выбор сетевой технологии

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Это некие правила работы, определяемые конкретным производителем.

Самыми популярными базовыми сетевыми технологиями являются:

1) TokenRing - технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с "маркёрным доступом". Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркёром, который перемещается вокруг кольца. Владение маркёром предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным доступом перемещаются в цикле. Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Tokenring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Максимальная скорость передачи данных равна 4,16 мегабит в секунду.

Сети TokenRingявляются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также надежность, делают сеть TokenRing идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

2) Ethernet. Основной принцип, положенный в основу Ethernet, - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. Для различных спецификаций Ethernet максимальная битовая скорость не менее 10 мегабит в секунду, максимальная длина сети - не менее 200 метров.

Технологии Fast и GigabitEthernet являются разновидностями технологии Ethernet. Все разновидности Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD (carrier-sense-multiply-accesswithcollisiondetection - метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий). Данный метод применяется в сетях с логической общей шиной, и все компьютеры имеют непосредственный доступ к общей среде, потому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать в общую среду. Работает этот метод доступа так: если узел сети хочет осуществить передачу в сеть, то он проверяет сеть на наличие в ней сигнала передачи данных других узлов. Если такового узел не обнаруживает, то он начинает процесс передачи, и в течении своей передачи узел все время ведет контроль сети на наличие появления чужих сигналов. Если два узла начинают процесс передачи одновременно, то это называется "коллизия". Когда передающий узел узнает о "коллизии", то он передает сигнал в сеть "наличие коллизии". После этого все передающие узлы прекращают передачу на отрезок времени случайного характера, носящий название "время задержки повторной передачи". После истечения этого периода происходит повторная передача, и если последующие попытки также заканчиваются неудачей, то узел повторяет их до 16 раз, после чего отказывается от передачи.

MAC-уровень Ethernet характеризуется так называемыми MAC-адресами, которыми идентифицируется каждый сетевой интерфейс узла сети. Он предоставляется каждой сетевой карте, представляет собой уникальный 6-байтовую последовательность и записывается обычно в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, например 18-А0-02-2D-BC-01. Первый бит старшего байта адреса назначения определяет, является ли адрес индивидуальным (unicast), в этом случае он равен 0, или групповым (multicast), в этом случае 1. Второй бит старшего байта адреса определяет способ назначения адреса - централизованный или локальный. Если этот бит равен 0, то адрес назначен централизованно, с помощью комитета IEEE. Комитет IEEE распределяет между производителями оборудования организационно уникальные идентификаторы (OUI), в итоге на одного производителя оборудования приходится 16 миллионов вариантов адресов для присвоения их выпускаемому оборудованию.

3) FDDI (оптоволоконный интерфейс распределенных данных). Во многом основывается на технологии TokenRing. Строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - основной способ повышения отказоустойчивости сети. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки только первичного кольца. В случае обрыва кабеля или отказа узла первичное кольцо объединяется совторичным, вновь образуя единое кольцо. Максимальная длина сети 200 км. Максимальная пропускная способность 100 Мбит/с. Для создания небольшой сети предприятия эта технология слишком дорога.

4) DOCSIS (стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю). Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с. (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

Стандарт DOCSIS 1.1 дополнительно предусматривает наличие специальных механизмов, улучшающих поддержку IP-телефонии, уменьшающих задержки при передаче речи (например, механизмы фрагментации и сборки больших пакетов, организации виртуальных каналов и задания приоритетов).

DOCSIS имеет прямую поддержку IP протокола с нефиксированной длиной пакетов, в отличие от DVR-RC, который использует ATMCelltransport для передачи IP пакетов (то есть, IP пакет сначала переводится в формат ATM, который затем передаётся по кабелю; на другой стороне производится обратный процесс).

Передача данных "сверху вниз" - к пользователю, или в Downstream-канале - выполняется передающим устройством головного оборудования, называемым CMTS - CableModemTerminationSystem; в упрощённом случае вся полоса делится между всеми пользователями, которые в данный момент принимают данные, поэтому доступная в каждый момент времени полоса для конкретного пользователя может "плавать" в широких пределах. Передача информации "снизу вверх" (в Upstream-канале) может выполняться кабельным модемом. До появления стандарта DOCSIS 3.0 полоса на одного пользователя в Downstream-канале составляла примерно не более 25 Мбит/с, в Upstream-канале - не более 10 Мбит/с. Это обусловлено невозможностью выделения всех тайм-слотов на одно абонентское устройство.

Главное отличие DOCSIS 3.0 от 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым увеличивая скорость доступа. Объединяются до 16 прямых и 8 обратных (2008 г.). Также в DOCSIS 3.0 появилась поддержка multicast, шифрования AES и др.

Если в проектируемая вычислительная сеть будет основана на технология TokenRing, то она не будет обеспечивать клиентов необходимой скоростью передачи данных, а построение сети по технологии FDDIпотребует больших материальных затрат и в пределах проектируемого микрорайона использование технологии FDDIне будет иметь смысл. Технология DOCSIS является менее затратной, так как она использует сеть кабельного телевиденья, но передача данных между пользователями обязательно требует наличия сервера, что снижает надёжность сети. Технология Ethernet предполагает подключение пользователей на высоких скоростях, не требует использования отдельного сервера для передачи данных и менее затратная, чем FDDI. Эта технология наиболее подходящая для проектируемой сети.

В настоящее время широко применяются такие варианты Ethernet как FastEthernet и GigabitEthernet, они соответственно поддерживают скорость передачи данных 100 и 1000 Мбит/с.

На физическом уровне технология Ethernet использует в качестве среды передачи коаксиальный кабель, кабель типа "витая пара" и оптическое волокно. Так как для данного проекта актуальны физические уровни Fast и GigabitEthernet, то они и будут рассмотрены.

Основой гигабитного Ethernet является стандарт IEEE 802.3z, который был утвержден в 1998 году. Именно этот стандарт смог вывести гигабитный Ethernet из серверных комнат и магистральных каналов, обеспечив его применение в тех же условиях, что и 10/100 Ethernet.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара и оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

Стоимость монтажа и обслуживания;

Скорость передачи информации;

Ограничения на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров);

Безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость и безопасность передачи данных.

По технологии 1000Base-Т для гигабитного Ethernet необходимо использовать волоконно-оптический кабель для соединения коммутаторов, расположенных в жилых домах, с центральным коммутатором, расположенным в серверной и экранированный медный кабель категории 6, который будем использоваться для соединения Wi-Fi точки доступа с коммутатором.

Для выбора среды передачи между рабочими станциями и коммутационным оборудованием, расположенным в жилых домах, будем исходить из стандарта ISO/IEC 11801: на участке "активное сетевое коммутационное оборудование - рабочая станция" выбран FastEthernet, который поддерживает длину линии связи на медном кабеле витая пара (twistedpair) категории 5 до 100 м. Кабель витая пара представляет собой скрученные витые пары, наиболее распространен вид кабеля с четырьмя парами жил. Существуют два основных вида витой пары - это неэкранированная и экранированная витая пара (UTP (unshieldedtwistedpair) и STP (shieldedtwistedpair)). Экранирование кабеля требуется при потребности в снижении электромагнитного излучения и в повышении помехозащищенности. Но на практике наиболее широко используется именно кабель UTP, ввиду его более высокого удобства и простоты при монтаже и более низкой стоимости. Категория 5 обеспечивает требуемые параметры кабеля по стандарту TIA/EIA-568-A до частоты 100 Мгц.

Для построения сети используется кабель типа UTP, соответствующий категории 5е (категория 5е - это расширенный вариант категории 5, и имеет полосу пропускания до 160 Мгц). Это сделано ввиду того, что в настоящее время на рынке сетевого оборудования кабель категории 5 уже редко встречается и признан устаревшим.

2.3.3 WiFi

В виду малого количества пользователей в жилых домах №2А и №4А

предполагается организация точки беспроводного доступа к сети, это снизит затраты на создание сети и обеспечит пользователей полным комплексом предоставляемых услуг.

Рассмотрим подробнее используемые сегодня стандарты беспроводных сетей. Существуют различные типы беспроводных сетей, отличающиеся друг от друга и радиусом действия, и поддерживаемыми скоростями соединения, и технологией кодирования данных. Наибольшее распространение получили беспроводные сети стандарта IEEE 802.11g и IEEE 802.11n.

Стандарт 802.11g является логическим развитием 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне. Кроме того, стандарт 802.11g полностью совместим с 802.11b, то есть любое устройство 802.11g должно поддерживать работу с устройствами 802.11b. В то же время, по способу кодирования 802.11g является, так сказать, гибридным, заимствуя все лучшее из стандартов 802.11b и 802.11a. Максимальная скорость передачи в стандарте 802.11g составляет 54 Мбит/с (как и в стандарте 802.11a), поэтому на сегодняшний день это наиболее перспективный стандарт беспроводной связи.

Существуют различные режимы работы беспроводных сетей, позволяющих объединять отдельные станции, имеющие беспроводные адаптеры (режим Ad-Hoc), объединять с помощью точек доступа отдельные проводные ЛВС (режимы "Point-to-point” и "Point-to-multipoint”), создавать клиентские точки и т.д. Но нас будет в первую очередь интересовать режим работы, позволяющий подключать отдельные станции через точку доступа к существующей ЛВС.

В режиме InfrastructureMode станции взаимодействуют друг с другом не напрямую, а через точку доступа (AccessPoint), которая выполняет в беспроводной сети роль своеобразного концентратора (аналогично тому, как это происходит в традиционных кабельных сетях). Рассматривают два режима взаимодействия с точками доступа - BSS (BasicServiceSet) и ESS (ExtendedServiceSet). В режиме BSS все станции связываются между собой только через точку доступа, которая может выполнять также роль моста к внешней сети. В расширенном режиме ESS существует инфраструктура нескольких сетей BSS, причём сами точки доступа взаимодействуют друг с другом, что позволяет передавать трафик от одной BSS к другой. Сами точки доступа соединяются между собой с помощью либо сегментов кабельной сети, либо радиомостов.

Этот режим работы позволяет мобильным клиентам подключаться в общую сеть, перемещаться между точками доступа без потери связи (при условии перекрытия зон действия) и обмениваться информацией друг с другом.

Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с (стандарт IEEE 802.11ac до 1.3 Гбит/с), применяя передачу данных сразу по четырем антеннам. По одной антенне - до 150 Мбит/с. Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4-2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:

- наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

- смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

- "чистом" режиме - 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).

Черновую версию стандарта 802.11n (DRAFT 2.0) поддерживают многие современные сетевые устройства. Итоговая версия стандарта (DRAFT 11.0), которая была принята 11 сентября 2009 года, обеспечивает скорость до 600 Мбит/с, Многоканальный вход/выход, известный, как MIMO и большее покрытие. На 2011 год, имеется небольшое количество устройств соответствующих финальному стандарту. Например, у компании D-LINK, основная продукция проходила стандартизацию в 2008 году. Существуют добропорядочные компании, занимающиеся перестандартизацией основной продукции. Полноценной поддержки финального стандарта стоит ожидать только от продукции 2010 года.

Ключевой компонент стандарта 802.11n под названием MIMO (MultipleInput, MultipleOutput - много входов, много выходов) предусматривает применение пространственного мультиплексирования с целью одновременной передачи нескольких информационных потоков по одному каналу, а также многолучевое отражение, которое обеспечивает доставку каждого бита информации соответствующему получателю с небольшой вероятностью влияния помех и потерь данных. Именно возможность одновременной передачи и приема данных определяет высокую пропускную способность устройств 802.11n.

Подведем краткий итог ЛВС будет организована на базе технологии GigabitEthernet с применением многомодового оптического волокна на скорости 1000 Мбит/с, технологииFastEthernet с применением c применением неэкранированной витой пары на скорости 100 Мбит/сек, а так же для подключения двух жилых домов к локально-вычислительной сети технологии WiFi стандарта 802.11n и звездообразной топологией.

2.3.4 Выбор структуры сети

Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей сети, ее устройство. Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность ее элементов и связей.

Для структур характерны следующие свойства:

1) четкая ориентация на определенный интервал времени;

2) конкретность и изменчивость;

3) непротиворечивость и согласованность с другими целями и ресурсами;

4) адресность и контролируемость.

Различные виды структур имеют специфические особенности и включают:

1) Сетевые структуры, представляющие собой декомпозицию системы во времени. Для анализа сложных сетей существует математический аппарат теории графов, прикладная теория сетевого планирования и управления, что обусловливает их широкую распространенность при представлении процессов организации производства и управления предприятиями в целом;

2) Иерархические структуры, представляющие собой декомпозицию системы в пространстве. Все вершины и связи существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь не два, а большее число уровней декомпозиции. Иерархические структуры включают:

а) Структуры типа дерева (с "сильными" связями), в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одной вершине вышележащего (и это справедливо для всех уровней иерархии);

б) Структуры со "слабыми" связями, в которых каждый элемент нижележащего уровня (один или несколько) может быть подчинен двум и более вершинам вышележащего;

3) Смешанные иерархические структуры могут иметь как вертикальные связи разной силы (управление), так и горизонтальные связи взаимодействия (координация);

4) Структуры с произвольными связями - используются на начальном этапе познания системы, когда не известен характер взаимодействий между элементами и распределение элементов по уровням иерархии;

5) Матричные структуры - соответствуют взаимоотношениям между двумя смежными уровнями иерархической структуры со "слабыми" связями. Матричные структуры могут быть и многомерными.

В данном проекте будем применять иерархическую структуру типа "дерево", так как все активное оборудование жилых домов будет подключиться к центральному коммутатору, а это не что иное, как каждый элемент нижележащего уровня подчинен одной вершине вышележащего.

2.3.4 Выбор архитектуры системы

Архитектура сети представлена в четырёх видах: терминал-сервер, одноранговая, клиент-сервер и смешанная.

В первой сети вся обработка данных осуществляется сервером. Достоинства: относительная дешевизна организации сети, удобное управление сетью. Главный недостаток - при выходе из строя серверной части сеть не работает.

Одноранговая сеть - нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций и нет единого центра для хранения данных. Сетевая операционная система распределена по рабочим станциям. Каждая станция сети может выполнять функции клиента и сервера. В одноранговых сетях дисковое пространство и файлы на любом рабочем месте могут быть общими (доступны для всех). Пользователю сети доступны все устройства, подключенные к другим станциям.

Достоинства одноранговых сетей: низкая стоимость; высокая надежность; ограничение до 10 компьютеров; отдельные ПК не зависят от выделенного сервера; нет необходимости в квалифицированном персонале (администраторе).

Недостатки одноранговых сетей: зависимость эффективности работы сети от количества станций; сложность управления сетью; сложность обеспечения защиты информации; трудности обновления и изменения программного обеспечения станций.

В сети с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных, предназначенных для использования всеми рабочими станциями, управления взаимодействием между клиентами (рабочими станциями) и ряд сервисных функций.

Сервер (объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам) - это высокопроизводительный компьютер с большим объёмом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного пользования (программ, данных и периферийного оборудования).

На сервере устанавливается сетевая операционная система, к нему подключаются все разделяемые внешние устройства - жесткие диски, принтеры и модемы. Взаимодействие между рабочими станциями в сети осуществляются через сервер.

Достоинства сети с выделенным сервером:

надежная система защиты информации;

высокое быстродействие;

отсутствие ограничений на число рабочих станций;

простота управления по сравнению с одноранговыми сетями.

Недостатки сети:

высокая стоимость;

зависимость быстродействия и надежности от работоспособности сервера;

меньшая гибкость по сравнению с одноранговыми сетями.

Согласно техническому заданию необходимо обеспечить пользователей доступом в сеть Интернет, просмотром IP-телевидения, которые работают в режиме клиент-сервер и обменом информацией между собой, который возможен только в одноранговой архитектуре. Поэтому будем использовать смешанную архитектуру.

Глава 3. Разработка компонентов вычислительной сети

Проектируемая локально-вычислительная сеть является коммерческим проектом и предполагает подключение к ней пользователей по их желанию. Канал связи для доступа в Интернет предоставляет компания "Ростелеком", для подключения к ней, необходимо построить линию связи длиной 1,5 километра. Линия связи строится на стандарте 1000BASE-LX, предусматривающая использование одномодового оптического волокна.

Передача IP-телевиденья подразумевает использование спутниковых антенн, использующих, в данное время, для трансляции кабельного телевиденья и сервера для трансляции IP-телевидения в сеть.

Центральный узел сети будет включать Интернет-сервер под управление операционной системой семейства Unix, комбинированной головной станции цифрового телевиденья и центрального коммутатора.

Данная ЛВС предполагает наличие Интернет-сервера.

Так как одновременное подключение 250 пользователей маловероятно, разобьем проект на несколько этапов:

На первом этапе предполагается, что пользователи будут подключены в локально-вычислительной сети по технологии WiFi. Для покрытия всей территории микрорайона потребуется две точки доступа WiFi. Одна из них будет расположена на центральном здании, где будет располагаться серверная, а вторая на крыше дома №4. Подключение второй точки доступа происходит с помощью многомодового оптического волокна. Такая сеть будет поддерживать бесперебойную работу 34 пользователей.

Рисунок 3.1 Первый этап. Структурная схема.

На втором этапе производиться подключение пользователей домов №4 и №6 с помощью технологии 100BASE-TX, которая предполагает использование кабеля типа "витая пара". Такая сеть будет поддерживать бесперебойную работу 124 пользователей сети.

Рисунок 3.2 Второй этап. Структурная схема.

На третьем, и окончательном этапе производится подключение пользователей домов №10, №8 и №2 с помощью технологии 100BASE-TX, которая предполагает использование кабеля типа "витая пара". А точка доступа, которая была расположена на центральном здании, должна быть перенесена на жилой дом №2 для обеспечения доступа к сети жилого дома №2А. Такая сеть будет поддерживать бесперебойную работу всех пользователей сети.

Рисунок 3.3 Третий этап. Структурная схема.

3.1 Выбор способа прокладки кабеля и мест размещения узлов

В проектируемой локально-вычислительной сети можно выделить несколько составляющих:

Последняя миля - канал, соединяющий конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа провайдера (оператора связи). В нашем случае это участок сети, соединяющий центральный коммутатор и коммутаторы, находящиеся в жилых домах. В нашем случае мы используем многомодовый оптический кабель.

Существует три способа прокладки кабеля между домами:

1) Прокладка кабелей в грунте. Онадолжна осуществляться кабелеукладочными механизмами. Прокладка кабеля вручную допускается только на участках, где использование кабелеукладчиков невозможно (наличие подземных сооружений, стесненные условия, скальные грунты и т.д.), а также в случаях, когда использование механизированной колонны экономически нецелесообразно ввиду небольшого объема работ и необходимости перевозки механизмов колонны на значительное расстояние. При размотке с барабанов кабеля нельзя допускать его резких изгибов и переломов из-за слипания или смерзания витков, неправильной заводской намотки, резкого изменения скорости вращения барабана и т.д. При этом барабан с кабелем должен равномерно вращаться от усилия рук рабочих или от специально предназначенных для этой цели автоматических устройств. Главным недостатком прокладки кабеля в грунте, является получение специальных разрешений для земляных работ.

2) Прокладка кабеля в канализации. При прокладке оптического кабеля в телефонной канализации должно исключаться кручение и строго контролируется усилие протяжки, которое не должно превышать предельно допустимых значений. Непосредственно сама протяжка кабеля осуществляется в свободном канале канализации, при строительстве которой обычно устанавливается проволока для протяжки. Если эта вспомогательная проволока отсутствует, то вначале проталкивают по каналу специальный стеклопластиковый пруток. В смежном колодце на вышедший из канала пруток закрепляют конец оптического кабеля при помощи специального наконечника и вытягивают пруток плавно и без рывков уже вместе с кабелем обратно. Наконечник, снабженный компенсатором кручения, фиксируется на оптическом кабеле за его стальную оплетку и силовой элемент. В местах резких поворотов трассы в колодце устанавливается поворотный ролик. Когда ролика нет, дальнейшая прокладка кабеля, вытянутого петлей из колодца, после поворота ведется как с начальной точки кабельной трассы.

Прокладка волоконно-оптического кабеля в лотковой канализации выполняется с барабана, который может быть установлен на транспортере или на козлах в кузове автомобиля. До начала работ плиты перекрытия лотков снимают, укладывая их по одну сторону канализационной трассы. Вдоль другой линии лотков выполняют разматывание барабана с укладкой кабеля на дно лотков с последующей укладкой всей строительной длины кабеля на консоли. В случае, когда нет возможности проехать вдоль канализации, барабан установленный стационарно на земле на козлах разматывают и рабочие разносят кабель на руках с обязательным выполнением требований, исключающих кручение, натяжение и перегибы кабеля.

Технология прокладки волоконно-оптического кабеля в туннелях (коллекторах) предусматривает применение той же последовательности выполнения работ и использование технических средств, что и при протяжке в телефонной канализации, но с более строгим контролем за радиусом изгиба кабеля.

3) Прокладка кабеля по воздуху. Достоинствами прокладки кабеля по воздуху являются экономичность, простота прокладки, высокая скорость. К недостаткам можно отнести воздействие неблагоприятных факторов, погодных условий и статического электричества, которые приводят к преждевременному износу, повреждению изоляции, разрывам кабеля. Чаще всего прокладка кабеля по воздуху осуществляется для соединения электросистем между двумя строениями, например, жилыми домами. Такое соединение называется "воздушкой". Если прокладываемый по воздуху кабель не имеет трос внутри, при его прокладке следует применить наружный трос, обеспечивающий дополнительную устойчивость к воздействию налипающего снега, обледенений, ветра. Тросом для прокладки воздушки может быть стальной изолированный провод. При длине прокладываемого кабеля до 80 метров, сечение троса должно быть около 1 - 1.5 кв. мм. Изоляция на тросе необходима для исключения образования коррозии. Крепится трос к стальным скобам на стенах зданий. Трос необходимо заземлить с одной или двух сторон. При заземлении с двух сторон посередине троса следует сделать разрыв и вмонтировать диэлектрик (пластину текстолита). Также следует исключить одновременное касание троса к арматуре двух зданий, поскольку у строений разные потенциалы, что может привести к негативным последствиям (например, наводки на кабель витой пары).


Подобные документы

  • Разработка топологии сети, выбор операционной системы, типа оптоволоконного кабеля. Изучение перечня функций и услуг, предоставляемых пользователям в локальной вычислительной сети. Расчет необходимого количества и стоимости устанавливаемого оборудования.

    курсовая работа [3,1 M], добавлен 26.12.2011

  • Назначение и специфика работы вычислительной сети. Организация локально-вычислительной сети офисов Москва City. Глобальная компьютерная сеть. Топология вычислительной сети. Основные типы кабелей. Повторители и концентраторы. Планирование сети с хабом.

    курсовая работа [228,5 K], добавлен 08.01.2016

  • Обоснование необходимости в вычислительной технике и телекоммуникационном оборудовании. Выбор технологии и топологии мультисервисной сети. Характеристики маршрутизатора. Требования к технологии управления сетью. Управление защитой данных. Базы данных.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 19.04.2014

  • Понятия и назначение одноранговой и двухранговой вычислительных сетей. Изучение сетевой технологии IEEE802.3/Ethernet. Выбор топологии локальной сети, рангового типа и протокола с целью проектирования вычислительной сети для предприятия ОАО "ГКНП".

    курсовая работа [432,9 K], добавлен 14.10.2013

  • Разработка схемы локально-вычислительной сети, состоящей их нескольких маршрутов. Составление таблиц маршрутизации для всех маршрутов, а также для рабочей станции каждого сегмента сети. Использование технологии Ethernet и VLAN при проектировании сети.

    курсовая работа [350,7 K], добавлен 24.08.2009

  • Понятие о локально-вычислительной сети и её возможности. Современные сетевые ОС, область их применения. Выбор сетевой архитектуры для компьютерной сети учебного корпуса. Определение количества и характеристик устройств. Cтоимость затрат на обслуживание.

    курсовая работа [653,8 K], добавлен 13.08.2012

  • Проектирование локальной вычислительной сети в здании заводоуправления, телефонной сети предприятия. Разработка системы видео наблюдения в цехе по изготовлению и сборке подъемно-транспортных машин. Проектирование беспроводного сегмента локальной сети.

    дипломная работа [409,8 K], добавлен 25.09.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.