Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Развитие вычислительной техники, а в частности создание персональных компьютеров создало необходимость появления нового вида информационно-вычислительных структур, а именно локальных вычислительных сетей, или сокращенно ЛВС.

Локальная вычислительная сеть от английского Local Area Network, LAN это сеть компьютеров, расположенная на небольшой территории или объединяющая несколько зданий.

ЛВС это, по сути, набор программных и аппаратных компонентов, взаимодействие которых обеспечивает коммуникацию компьютеров, серверов, принтеров, а также других периферийных устройств друг с другом. Сеть позволяет всем устройствам использовать общую память, расположенную на диске, и управлять периферийными устройствами с любого компьютера в сети. Кроме того, сеть позволяет быстро обмениваться данными ее пользователям между собой.

Информатизация в сфере образования в последнее время серьезно продвинулась. На сегодняшний момент практически каждое учебное заведение имеет специальный компьютерный класс, и в каждом учебном кабинете есть как минимум один компьютер преподавателя. А для эффективного взаимодействия такого большого числа устройств в здании строят лвс. Создание лвс достаточно сложная задача, при ее проектировании требуется учесть множество факторов, такие как доступ всех компьютеров в глобальную сеть интернет. Ограничение прав доступа для отдельных информационных источников. Создание удобного способа взаимодействия пользователей, и многое другое.

Создание же лвс для типового лицея инженерного профиля городского уровня еще более требовательная задача. Например, для выполнения учебных задач обучающимся необходима более специализированная информационная система, так же необходимо большее количество компьютерных устройств. Все это ведет к необходимости использования большей пропускной способности, а, следовательно, эффективности сети.



1. Результаты информационного обследования и постановка задачи на разработку локальной вычислительной сети для типового лицея инженерного профиля городского уровня.

1.1 Организационная структура и информационная связанность

Директор выполняет управленческую и организационную функции, занимается подбором нового персонала.

Бухгалтерия ведет финансовый учет, начисляет заработную плату сотрудникам.

Библиотека ведет учет книг и другой бумажной литературы, выдает учебники учащимся, занимается поиском новых книг по методическим рекомендациям преподавателей.

Заместитель директора по хозяйственной работе занимается учетом хозяйственного инвентаря, отвечает за технику безопасности и надлежащий вид в учебном заведении.

Заместитель директора по воспитательной работе выполняет организацию учебно-воспитательного процесса в школе, взаимодействует с учителями и родительским комитетом.

Медицинский персонал следит за состоянием здоровья учащихся.

Секретарь выполняет прямые поручения директора, следит за бумажной документацией.

Администратор сети следит за корректной работой сети и сопутствующего оборудования.

Заместитель директора по безопасности отвечает за безопасность внутри учебного заведения.

Преподаватели занимаются непосредственным обучением учащихся.

Руководитель дополнительного образования занимается организацией образования во внеурочные часы.

Родительский комитет обеспечивает коммуникацию между родителями учащихся и учебным заведением.

Методический совет школы согласует методики и способы обучения в стенах здания

1.2 Оценка и анализ ожидаемых информационных потоков

Выход в интернет имеют все пользователи данной сети.

Таблица 1. Информационные связи в лицее и ожидаемая нагрузка на сеть.

Пользователи сети	Связи	Виды передаваемой информации	Ожидаемый поток в каждом направлении (Кб/с)
Директор школы	Бухгалтерия, методический совет школы, библиотека, заместитель директора по хозяйственной работе, заместитель директора по безопасности, заместитель директора по воспитательной работе, секретарь, медицинский персонал.	Текстовая, графическая, звуковая, видеоинформация	1500
Секретарь	Директор школы, бухгалтерия.	Текстовая, графическая,	700
Методический совет школы	Библиотека, заместитель директора по воспитательной работе, преподаватели, директор.	Текстовая, графическая, звуковая, видеоинформация	300
Интернет	Со всеми пользователями	Любая	4000
Библиотека	Директор, методический совет школы, заместитель директора по воспитательной работе.	Текстовая, графическая, звуковая, видеоинформация	1000
Мед. персонал школы	Директор школы.	Текстовая, графическая	300
Заместитель директора по воспитательной работе	Директор, преподаватели, библиотека, методический совет школы, родительский комитет.	Текстовая, графическая, звуковая	900
Родительский комитет	Преподаватели, заместитель директора по воспитательной работе.	Текстовая, графическая, звуковая, видеоинформация	300
Администратор сети	Со всеми пользователями сети	Текстовая, графическая, звуковая, видеоинформация	4000
Заместитель директора по безопасности	Директор школы.	Текстовая, графическая, звуковая	300
Бухгалтерия	Директор школы, секретарь.	Текстовая, графическая	700
Преподаватели	Учащиеся, родительский комитет, заместитель директора по воспитательной работе.	Текстовая, графическая, звуковая, видеоинформация	500
Учащиеся	Преподаватели	Текстовая, графическая	1000
Заместитель директора по хозяйственной работе	Директор	Текстовая, графическая	300
Руководитель дополнительного образования	Заместитель директора по воспитательной работе, директор.	Текстовая, графическая	200

1.3 Требования к сети и наиболее проблемные вопросы

вычислительный сеть сетевой информационный

Целью данной работы является повышение эффективности работы учебного заведения, путем улучшения коммуникации и информативности между различными отделами в здании, а также возможности доступа всех пользователей к сети интернет и общим файлам. Основные функции локальной вычислительной сети:

1. Обеспечение доступа в интернет;

2. Возможность обмена информацией между пользователями;

3. Обеспечение хранения общей информации;

4. Контроль за рабочей деятельность учащихся и преподавателей;

5. Общее использование рабочих устройств.

При проектировании сети лицея необходимо соблюсти ряд требований, заявленных в техническом задании. Далее идет их перечисление:

1. Расширяемость предполагает возможность сравнительно легкого добавления новых элементов в сеть, или замену старых на новое более совершенное оборудование;

2. Поддержка различных типов трафика;

3. Возможность выхода в сеть интернет;

4. Управляемость, а именно возможность централизованно изменять параметры основных элементов в сети, диагностировать и исправлять проблемы, производить анализ эффективности сети и развивать сеть;

5. Совместимость означает, что сеть может работать с разнообразным программным и аппаратным обеспечением, а именно подразумевает то что в сети могут взаимодействовать различные операционные системы, и сочетаться разные аппаратные средства и приложения;

6. Эффективность подразумевает достаточную скорость отправки и приема информации между конкретными пользователями

7. Бюджетность подразумевает относительно недорогую установку, закупку и эксплуатацию оборудования и программного обеспечения;

8. Надежность и безопасность.

Проектируемая локальная вычислительная сеть должна соответствовать современным требованиям. Так же сеть должна полностью быть интегрирована в учебный процесс для улучшения обучения внутри лицея. В сети необходимо обеспечить надежное централизованное хранение информации, а также ее защиту. Передача данных должна происходить с высокой скоростью. Дальнейшее расширение сети обязано происходить с низкими затратами. Важно, чтобы имеющееся программное и аппаратное обеспечение, а также ранее проложенные коммуникации использовались с максимальной эффективностью.

Задачи, которые необходимо соблюсти при проектировании сети:

1. Анализ современных технических решений;

2. Выбор технологий построения сети;

3. Формирование логической структуры сети;

4. Формирование физической структуры сети;

5. Выбор и обоснование выбора необходимого программного обеспечения

6. Выбор и обоснование выбора необходимого аппаратного обеспечения

7. Обеспечение надежности системы;

8. Оценка эффективности сети;

Топология или по-другому компоновка, конфигурация, структура компьютерной сети в общем случае представляет собой физическое расположение элементов сети друг относительно друга, так же способы их соединения линиями связи. Прежде всего, понятие топологии сети относится, именно к локальным сетям, структура связей которых легко отслеживается. В глобальных сетях структуры связей, чаще всего скрыта от обычных пользователей и не очень важна, поскольку каждый сеанс связи обычно происходит по собственному пути.

В топологии определяется требования к техническому оборудованию, типы используемых кабелей, возможные и эффективные технологии управления соединениями, надежность и безопасность работы, возможности увеличения размеров сети. Несмотря на то, что выбор топологии для пользователя сети занятие крайне редкое, знание особенностей работы и построения основных топологий сетей, будет полезно.

Базовые топологии

Любая сеть строиться по одной из трех представленных технологий:

шина (bus);

звезда (star);

кольцо (ring).

Шина (bus) - тип локальной сети, в которой связи между двумя любыми компьютерами устанавливаются посредством одного общего пути и информация, передаваемая любой станцией, тут же становятся общедоступна и для других станций, использующих эту же среду для передачи данных (данное свойство сети называют широковещательность). Для данного типа топология шины будет пассивной. При сбое одного из компьютеров работоспособность сети не измениться. Неисправность же магистрального кабеля (или по-другому шины) приведет к прерыванию сигнала, в результате чего вся сеть будет неработоспособной. Отсоединение и особенно подключение рабочих станций к такой сети потребует разрыва шины, в результате чего получиться нарушение циркуляции потока информации и зависание всей системы. Современные технологии позволяют использование пассивных штепсельных коробок, через которые можно отсоединять и подключать рабочие станции даже в том случае если сеть продолжает работать. Но с другой стороны, из-за того, что рабочие станции можно подсоединять к сети без прерывания работы и коммуникационной среды, становиться возможным очень простым прослушивание информации, то есть ответвление информации из коммуникационной среды.

Кольцо (ring) - узлы объединены круговой линией при передаче данных (в каждом узле сходятся две линии); информация, проходя по кругу, последовательно становятся общедоступна для всех узлов сети.

Информация передаются лишь в одном направлении. При этом каждая из станций соединена только с двумя соседними, но имеет связь с любой станцией. Кольцо состоит из нескольких приемопередатчиков и соединяющих кабелей. Все станции имеют равные права доступа, если не установлены внешние ограничения администратором. При данном соединении одна из станций может выполнять роль активного экрана, занимающегося обменом информацией.

Проводка кабеля от одной рабочей станции до следующей зачастую бывает довольно трудоемкой и дорогостоящей задачей, в особенности, когда географически рабочие станции сильно удалены далеко от кольца.

Информация циркулирует постоянно по кольцу. Рабочая станция отправляет по заданному конечному адресу сообщения, заранее получив из кольца запрос на выполнение операции. Отправка сообщений происходит очень эффективно, поскольку большинство сообщений, возможно, отправлять в системе последовательно одно за другим. В таком типе топологии сети достаточно просто организовать запрос по кольцу на все рабочие станции. Длительность передачи сообщения увеличивается пропорционально числу рабочих станций, использующих данную вычислительную сеть.

Главной проблемой при использовании кольцевой топологии является то, что все рабочие станции должны активно пересылать информацию, и если выйдет из строя хотя бы одна из них, то работа всей сети прекращается. Однако неисправности в соединительных кабелях легко исправляются.

Подсоединение новой рабочей станции потребует краткосрочного отключения всей сети, поскольку во время подключения дополнительного оборудования кольцо должно быть разомкнуто. Ограничений на дальность соединения вычислительной сети у данной топологии не существует, так как в данном случае оно определяется только расстоянием между двумя рабочими станциями.

Звезда (star) в данном виде топологии сети имеется центральный узел, от которого отходят провода передачи данных к каждой рабочей станции или узлу.

Кабельное соединение достаточно простое, так как все рабочие станции связаны только с одним центральным узлом. Денежные затраты при прокладке кабелей относительно высоки, особенно если центральный узел установлен не в центре топологии. В случае расширения вычислительной сети невозможно использование ранее проложенных кабельных связей, к каждой новой рабочей станции необходимо проложить дополнительный отдельный кабель из главного узла сети.

Скорость соединения звезды является наибольшей среди всех топологий вычислительных сетей, так как передача информации между рабочими станциями происходит через центральный узел. Частота же запросов передачи данных от одной рабочей станции к другой относительно низка по сравнению с другими типами топологий

Таблица 2. Сравнительная характеристика основных топологий

Характеристики	Топология
	Звезда	Кольцо	Шина
Относительная стоимость расширения	Маленькая	Средняя	Средняя
Присоединение новых пользователей	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов сети	Незначительная	Незначительная	Высокая
Размеры системы	Любые	Любые	Ограниченны
Защита от несанкционированного доступа	Хорошая	Хорошая	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Высокая	Незначительная
Поведение системы при высоких нагрузках	Хорошее	Средняя	Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабелей	Хорошая	Средняя	Хорошая
Обслуживание	Очень хорошее	Среднее	Среднее



2. Сетевое оборудование

Сетевой коммутатор

Сетевой коммутатор (жаргонное свитч от английского switch переключатель) это прибор, предназначенный для подключения между собой нескольких узлов внутри компьютерной сети и в границах одного или нескольких областей действия сети. Коммутатор предназначен для работы на втором канальном уровне модели OSI. Коммутатор был разработан с применением мостовых технологий и часто рассматривается в качестве много портового моста. Для связи нескольких сетей в сетевом уровне используются маршрутизаторы, в 3 уровне модели OSI.

Коммутатор предназначен для работы на канальном, или по-другому втором уровне модели OSI и в общем случае он способен объединять узлы одной сети используя их MAC-адреса. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Маршрутизаторы.

Маршрутизатор или роутер (от англ. router) -- сетевое устройство, анализирующее топологию сети и с помощью определённых алгоритмов, принимающее решения об отправлении пакетов 3-го уровня (сетевого модели OSI) между элементами сети. Выполняет операции на более высоком уровне, чем коммутатор или сетевой мост.

В общем случае маршрутизатор использует адрес получателя, находящийся в пакете данных, и составляет по таблице маршрутизации наилучший путь, по которому происходит передача данных. В том случае если в таблице маршрутизации нет адреса для данного маршрута, то пакет удаляется.

Цель маршрутизаторов уменьшить нагрузку сети, с помощью её деления на домены коллизий и широковещательные домены, и также с помощью фильтрации пакетов. Обычно их используют для связи сетей различных типов, несовместимых по архитектуре, например, для коммуникации локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, применяющих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и так далее. Зачастую маршрутизатор применяется для обеспечения подключения локальной сети к глобальной сети Интернет, осуществляя функцию трансляции адреса и межсетевого экрана.

Кабельная система.

Кабель - это относительно не простое изделие, обычно кабель состоит из проводника, слоев экрана и изоляции. Обычно к кабелю присоединяют разъемы, при помощи которых кабель присоединяется к устройствам. Кроме того, для быстрой коммутации кабелей и сетевого оборудования применяют различные электромеханические устройства, которые называют кроссовыми секциями, или кроссовыми шкафами.

Витая пара -- вид кабеля связи. Данный вид кабеля представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников делается для увеличения степени связи между собой кабелей одной пары, так как электромагнитные помехи в одинаковой степени влияют на оба провода пары, вследствие чего уменьшается эффект электромагнитных помех от внешних источников. На данный момент, благодаря относительно дешевой стоимости и простоты установки, является самым лучшим решением для построения кабельных локальных систем. Витая пара имеет высокую скорость и невысокую стоимость, однако сигнал, проходя по ней, быстро затухает и поэтому протяженность рассчитана в среднем на 100 метров.

Коаксиальный кабель -- электрический кабель, изготовленный из центрального проводника и экранирующей оболочки, разделённых изолирующим материалом или воздушной прослойкой. Данный кабель очень дешевый и имеет высокую полосу пропускания.

Оптоволоконный кабель - вид кабеля, в котором информация передаются по пластиковой или стеклянной среде, при помощи света. Этот тип кабеля имеет много преимуществ, таких как высокая скорость передачи информации, отсутствие сильного затухания сигнала, вследствие чего кабель можно протягивать огромные расстояние, а также большая долговечность кабеля. Однако оптоволокно имеет очень высокую стоимость.

Исследовав, все представленные типы кабелей для проектирования сети лицея было решено использовать кабель типа витая пара. Поскольку это самое эффективное с точки зрения баланса, цены и качества решение.



3. Проектирование сети лицея

3.1 Логическая структура

При проектировании данной сети был использован стандарт Fast Ethernet, как наиболее оптимальный для данной задачи. К преимуществам этой технологии по сравнению с другими можно отнести: хорошая стандартизация и большое распространение. Также данный стандарт обладает низкой стоимостью оборудования и использованием стандартных сетевых кабелей.

Fast Ethernet является недорогим решением, в случае, когда требуемая пропускная способность находиться где-то между 10 и 100 мегабитами в секунду. Данная технология уменьшает время отправления каждого бита информации, в результате чего скорость передачи увеличивается с 10 до 100 мегабит в секунду. Fast Ethernet использует тот же способ подключения к среде - CSMA/CD, - что и Ethernet, а это значит, что информация может передаваться в сеть и обратно, без трансляции протоколов или изменения приложений и сетевого программного обеспечения.

В экономическом плане, Fast Ethernet имеет множество преимуществ перед другими вариантами. К примеру, продукция для Fast Ethernet имеет очень низкую стоимость. Поддержка данной технологии производителями и стандартизация институтом инженеров электротехники и электроники IEEE привела к возникновению дешевых совместимых сетевых устройств.

Выбранная технология топологии.

В качестве технологии топологии была выбрана звездообразная топология, поскольку она наиболее надежная и скоростная, а также она наиболее хорошо подходит для данной задачи. Преимуществами такой топологии являются также возможности простого удаления неисправного узла, хорошая защита от разрыва кабелей, она позволяет также просто диагностировать и исправлять проблемы с подключением, поскольку каждая рабочая станция имеет свой личный сегмент кабеля, присоединенный к коммутатору. Чтобы диагностировать проблему можно просто найти разрыв в кабеле, который подключен к выведенной из строя станции. При этом все остальные сегменты сети продолжат нормально работать.

Для данной работы были исследованы следующие типы сетевых протоколов: NetBEUI; DLC; SNA; AppleTalk; IPX/SPX; TCP/IP;

Первый протокол NetBEUI достаточно прост в установке, имеет возможность поддержки до 254 сеансов одновременно, отличается использованием малого объема памяти, ведет быстрый поиск и устранение ошибок в сети. Данный сетевой протокол идеально подходит для малых сетей. Однако для данной сети данный тип не подойдет, поскольку, здесь требуются большие масштабы сети, чем может предложить данный протокол.

Протокол DLC достаточно старый и не сможет поддержать большинство функций, необходимых для требуемой сети лицея, поэтому он не подойдет.

Протокол SNA достаточно надежный, однако, требуемое для него оборудование сложно в использовании и требует больших денежных затрат, и для данной сети его не следует использовать.

Протокол AppleTalk достаточно новый. Он имеет возможность поддержки до нескольких миллионов станций. Этот протокол совместим и с другими протоколами, например, с ТСP/IP и IPX/SPX. Однако его скорость относительно низкая.

Протокол IPX/SPX существует уже давно, но имеет большие преимущества перед некоторыми более поздними протоколами, основное преимущество данного протокола заключается в том, что данный протокол масштабируемый. Его же недостатком принять считать то, что он перегружает трафик.

Протокол TCP/IP является наиболее распространенным из всех на данный момент. Поскольку он имеет множество преимуществ. Протокол TCP/IP считается международным языком для сетевых коммутаций. Практически все сетевые устройства имеют возможность взаимодействовать с ним, и многие ОС используют данный протокол в качестве основного. Данный протокол имеет широкий выбор анализаторов и средств диагностики. TCP/IP открытый и масштабируемый протокол. Кроме всего этого протокол считается очен надежным.

Исходя из все перечисленных факторов для данной сети будет использован протокол TCP/IP, как наиболее удачный для данной задачи.

При расчёте пропускной способности выбранной технологии Fast Ethernet не будем учитывать коллизии и задержку сигнала в оборудовании сети. Отличие обычной полезной пропускной способности сети от полной пропускной способности заключается только в длине кадра. Поскольку доля служебных данных всегда одинакова, поэтому получается, чем меньше общая величина кадра, то тем больше «накладные расходы». Служебные данные в кадрах Fast Ethernet составляют 18 байт (без стартового байта и преамбулы), размер же поля данных у кадра разнится от 46 байт до 1500. Размер же кадра изменяется от 64(46+18) байт до 1518(1500+18) байт. В результате чего кадр минимальной длины имеет полезную информацию в 46 / 64 = 0,72 от общего объёма передаваемых данных, а кадр максимальной длины имеет полезную информацию в 1500 / 1518 = 0,99 от общего объема информации. Поэтому, чтобы узнать полезную пропускную способность для сети, у кадра максимальной и минимальной длинны, надо учесть различную скорость поступления кадров. Логично предположить, что, чем меньше величина кадра, тем большее число таких кадров сможет пройти по сети за единицу времени, следовательно, пройдет и большее число служебных данных. Так, при передаче кадра наименьшего размера, имеющего вместе с преамбулой, размер 72 байта, или 576 бит информации, потребуется время, приближенно равное 576 bt, при этом в случае если меж кадровый интервал равен 96 bt, то получаем, период поступания кадров равен 672 bt. Со скорость передачи информации в 100 Мбит/с это соответствует времени 6,72 мкс. А частота прохождения кадров, то есть число кадров, информации проходящих через сеть за 1 секунду, будет:

1/6,72 мкс. = 148810 кадров в секунду.

При посылке кадра, имеющего максимальный размер, имеющий вместе с преамбулой, длину 1526 байт или 12208 бит, получаем период следования равный 12 208 + 96 = 12 304 bt, а частоту кадров со скоростью передачи 100 Мбит/с получим 1 / 123,04 мкс = 8127 кадр/с.

В случае если мы знаем частоту поступания кадров f и объем полезных данных Vп в байтах, передаваемой каждым из кадров, достаточно просто узнать полезную пропускную способность в сети: Пп (бит/с) = Vп * 8 * f.

Кадр минимальной длины в 46 байт имеет теоретически полезную пропускную способность равную:

Ппт1 = 148 810 кадр/с = 54,76 Мбит/с.

Что является лишь немного больше, чем половина от общего максимального объема пропускной способности сети в 100 Мбит/с. У кадра максимальной длины в 1500 байт объем полезной пропускной способности сети будет равен:

Ппт2 = 8127 кадр/с = 97,52 Мбит/с.

В итоге сеть Fast Ethernet обладает полезной пропускной способностью, которая может меняться из-за величины объема передаваемых кадров в границах от 54,76 до 97,52 Мбит/с.

Для удобства и наглядности логическую структуру было решено изобразить в виде блок схем. Всего получилось 4 схемы. На первой рисунок 6 изображена общая структура, на ней, как видно, вся информация из интернета сначала проходит через Firewall, установленный на сервере. Сервер же выполняет функции хранилища общих данных, прокси-сервера, сервера баз данных, DHCP-сервера и сервера коммуникаций. На рисунке 7 представлена логическая структура 1 этажа, с указанием всех кабинетов, подключенных к локальной сети, с подключенным оборудованием и IP адресами. На рисунках 8 и 9 так же показаны соответственно логические структуры, но уже 2-го и 3-го этажа. После сервера данные распределяются по этажам. Затем идет распределение потоков информации на этаже по территориальному признаку, и уже после этого в каждый кабинет отдельно.

Рисунок 1 общая логическая структура

Рисунок 2. логическая структура первого этажа.



Рисунок 3. логическая структура второго этажа.

3.2 Выбор сетевого оборудования

Настраиваемый коммутатор DES-1100 EasySmart с 24 портами 10/100Base-TX (количество 13 штук) рисунок 4.

Рисунок 4.



Был выбрал этот коммутатор потому, что он объединяет полный набор настраиваемых функций, обеспечивает лучшую производительность и масштабируемость. Коммутатор данного типа позволяет пользователю легко и быстро развернуть локальную сеть благодаря улучшенному управлению при помощи утилиты SmartConsole или через Web-интерфейс. Данный коммутатор серии DES-1100 является законченным и недорогим решением для сети малого или среднего бизнеса. DES-1100 представляет собой подходящее решение для построения сети учебного заведения, где требуется простое управление. Было решено использовать только 24 портовые коммутаторы поскольку они более универсальны и для возможности расширения сети в дальнейшем.

Маршрутизатор D-Link DSR-150(количество 1 штука) рисунок 5.

Рисунок 5.

При выборе Маршрутизатора было отдано предпочтение модели D-Link DSR-150 поскольку он является высокопроизводительным решением, помогает обеспечивать защиту сети и предназначен для удовлетворения потребностей малого или среднего бизнеса, в том числе и сетей для учебных заведений.

Беспроводной двух диапазонный гигабитный маршрутизатор DIR-825/AC с поддержкой 3G/LTE и USB-портом (2 штуки) рисунок 6.



Рисунок 6.

При выборе беспроводной точки доступа, было отдано предпочтение модели маршрутизатора DIR-825/AC, который поддерживает современный стандарт IEEE 802.11ac. Данный тип маршрутизатора предназначен для работы в сети с любым Интернет-провайдером. Он обладает высокой скоростью интернет-подключения и беспроводного соединения, ему доступна одновременная работа в двух разных диапазонах частот, присутствие многофункционального USB-порта, а также современный функционал безопасности, позволяют организовать и поддерживать высокопроизводительную сеть и позволяют комфортно работать на больших скоростях подключения с огромным множеством самых требовательных приложениями.

Принтер Canon PIXMA G3400 (2 штуки) рисунок 7.

Рисунок 7.



При выборе принтера предпочтение было отдано данной модели, поскольку он обладает цветной печатью и множеством необходимых функций, которые могут понадобиться при работе с документами в донном учебном заведении.

Таблица 3. Комплектующие для рабочих станций.

Процессор	Intel Core i5-6400 S1151
Материнская плата	Intel H110 mATX
Оптический привод	DVD±RW Sony-Nec optiarc
Оперативная память	DDR3 4GB PC-10660 1333MHz
Жёсткий диск	500GB 7200rpm
Видеокарта	NVIDIA GeForce GT 750 2 Гб
Корпус	Zalman ZM-T1 mATX black
Блок питания	500W
Звуковая карта	встроенная
Монитор	Philips 216V6LSB2
Клавиатура, мышь	A4Tech KL-5 USB, A4 G7-630-5
Количество	149

При выборе комплектующих для рабочих станций преподавателей и учеников было учтено множество факторов такие, как производительность, стоимость, надежность и функциональность. В результате было решено остановить выбор именно на этой сборке, как наиболее удовлетворяющей по всем перечисленным критериям. Данные показаны в таблице 4.

Таблица 4. Характеристики серверного оборудования.

Процессор	ОЗУ (Мб)	Жесткий диск	Видеоплата (Мб)	Монитор	Кол-во
Intel Core i7 6700	8182	1Тб	2000	Philips 216V6LSB2	1

Категории кабеля

Существует множество категорий кабеля типа витая пара, все они нумеруются по порядку от CAT1 до CAT7, чем выше цифра тем кабель считается лучше, данные категории определяют насколько эффективен пропускаемый диапазон частот. Чем больше категория у кабеля, тем больше он обычно имеет пар проводов, а каждая из пар имеет большее число витков на условную единицу длины. Категорию неэкранированной витой пары описывают в стандарте EIA/TIA 568, это американский стандарт проводки кабелей в коммерческих учреждениях, международный же стандарт это ISO 11801. Далее приведено основное описание категорий кабелей.

CAT1 имеет полосу частот 0,1 МГц, это обычно телефонный кабель, имеет всего одну пару, в Российском варианте используется кабель вообще без скруток, так называемая «лапша», имеет такие же характеристики, но повышено влияние внешних помех. В США используется, только в «скрученном» виде. Данный тип кабеля используется только при передачи голосовой информации или данных для модема.

CAT2 имеет полосу частот 1 МГц, это устаревший вид кабеля, имеет 2 пары проводников, поддерживает передачу информации на скорости до 4 Мбит/с, ранее применялся в сетях типа Token ring или Arcnet. В настоящее время иногда используется в телефонных сетях.

CAT3 имеет полосу частот 16 МГц, это четырех парный кабель, применяется при прокладке телефонных или локальных сетей типа 10BASE-T или token ring. Доступная скорость передачи информации достигает 10 Мбит/с или 100 Мбит/с с использованием технологии 100BASE-T4 при протяженности кабеля не более 100 метров. Данный тип кабеля, соответствует требованиям международного стандарта IEEE 802.3.

CAT4 имеет полосу частот 20 МГц, это кабель, состоящий из 4 скрученных пар, ранее применялся в сетях типа token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, данные передаются со скоростью не более 16 Мбит/с по одной паре, на данный момент не применяется.

CAT5 имеет полоса частот 100 МГц, это 4-ех парный кабель, применяется при создании локальных сетей типа 100BASE-TX, а так же для проводки телефонных линий, передача данных осуществляется до 100 Мбит/с с использованием двух пар.

CAT5e имеет полосу частот 125 МГц, это четырех парный кабель, улучшенная версия предыдущего. Скорость передач информации до 100 Мбит/с с использованием 2-ух пар и до 1000 Мбит/с с использованием 4-ех пар. Кабели категории 5e самые распространённые и чаще всего используются при прокладки компьютерных сетей.

CAT6 имеет полосу частот 250 МГц, данный стандарт используется при построении сетей Fast Ethernet или Gigabit Ethernet. Изготавливается из четырех пар проводников, может передавать информацию до 1000 Мбит/с.

CAT6a имеет полосу частот 500 МГц, данный стандарт используется в сетях типа Ethernet, представляет собой улучшенную версию CAT6, способен осуществлять передачу данных на скорости до 10 гигабит/с. Стандарт добавлен в IEEE в 2008 году.

CAT7 имеет частоту пропускаемого сигнала до 700 МГц, спецификация на этот тип кабеля была утверждена только международным стандартом ISO 11801, максимальная скорость передачи информации до 100 Гбит/с,. Кабели данной категории имеют один общий экран и по экрану вокруг каждой из пар.

Любая витая пара, которая входит в состав кабеля, используемого в передачи информации, должна иметь сопротивление от 100 до 140 Ом, иначе электрический сигнал будет сильно искажен и передача данных будет невозможна. Причинами проблем с передачей информации бывает, как и кабель низкого качества, так и наличие так называемых «скруток» в кабеле и розетки более низкой категории, чем сам кабель.

При выборе сетевого кабеля необходимо учитывать множество требований, такие как:

1. Пропускная способность сети;

2. Возможность расширения сети в будущем;

3. Продолжительность жизни сети;

4. Категория кабелей, для витой пары;

5. Максимальная длина кабеля;

6. Условия прокладки кабеля, в том числе особенность кабельных трасс и климатические условия;

7. Защищенность передаваемых данных;

8. Электромагнитная совместимость;

9. Выбор типа защитного экрана, для экранированной витой пары, а так же его заземление;

10. Противопожарная безопасность;

11. Стоимость кабеля и его установки.

Для правильного выбора кабелей для системы необходимо проанализировать, какие расстояния внутри сети между рабочими станциями, коммутаторами и сервером.

В нашем случае максимальная протяженность кабелей между станциями менее 90 м, поэтому при построении сети можно использовать такие типы кабелей, как витая пара категории 5е и выше. Изучив все предложенные типы кабелей, наилучшим вариантом будет использовать на этажах неэкранированную витую пару (UTP), а экранированную (FTP) для прокладки кабелей между этажами.

Кабели типа UTP имеют следующие преимущества:

1. Кабель относительно гибкий, вследствие чего упрощается его прокладка;

2. Уменьшенная стоимость по сравнению с другими кабелями;

3. Низкая трудоемкость монтажа и эксплуатации;

4. Нет повышенных требований к заземляющему контуру внутри здания;

5. Лучшие показатели по массе и габаритам;

6. Меньший радиус изгиба;

7. Большая скорость передачи информации до 100 Мбит/с;

Главными достоинствами экранированных конструкций считаются лучшая степень защиты от внешних электромагнитных помех, улучшенная механическая прочность в случае использования оплеточных защитных экранов и более надежная защита от несанкционированного доступа к передаваемым данным. Хорошая теплопроводность экранов позволяет обеспечить эффективную защиту от перегрева, который может возникнуть в проводнике в процессе передачи данных из-за использования электрического тока. Вследствие чего многие производители дают гарантию для своих экранированных кабелей значительно меньшее затухание в сравнении с неэкранированными кабелями.

Проводку кабелей на этажах правильней всего делать в специальных кабель каналах. Основная задача такого кабель канала, это проводка силовых и информационных кабелей. Благодаря таким кабель каналам, провода хорошо защищены от механических воздействий или от вредных влияний внешней среды. Новейшие кабель каналы дают возможность обеспечить высокую степень защиты от различных повреждений, а также огня, химических и кислотных воздействий. В итоге используя при прокладке структурированных кабельных систем по специальным кабель каналам, можно кардинально улучшить безопасность проводов. Приняв во внимание тот факт, что повреждение проводов причиняют вред всей системе кабелей, можно с уверенностью утверждать, что их применение кабель каналов является просто необходимым.

Длины кабелей

Длина кабеля в структурированных системах пятой категории представлена в спецификации ANSI/EIA/TIA-568-A, ограничена в дальности применения на 100 метров:

1. 6 метров между концентратором и патч панелью, в случае их использования.

2. 90 метров от кабельного шкафа и до розетки на стене.

3. 3 метра от розетки и до настольного устройства.

Патч-панели, а также другие соединительные устройства должны соответствовать требованиям категории 5, и поддерживать скорость до 100 Мбит/с. Длина раскрученных участков пар при присоединении к любым коммутационным устройствам не должна быть больше чем 1.5 см.

При передаче данных между устройствами приемник одного устройства должен быть подключен к передатчику другого устройства и наоборот. Перекрутка пар или cross-over обычно делается внутри одного из двух приборов при разводке кабеля в разъеме. Многие порты оборудывания поддерживают способность смены типа разводки проводов в разъеме (MDI-X или Normal). Сетевые адаптеры рабочих станций обычно запрещают изменять тип разводки порта и их обозначают в качестве устройств порта MDI или Uplink.

Рисунок 8 соединение перекрученным кабелем.

Рисунок 9. соединение прямым кабелем.



Разъемы модулей IEC 603-7 имеют 8 контактов, обычно их называют RJ-45, и они используются для подсоединения компьютеров, концентраторов, коммутаторов, мостов и т.п. при помощи неэкранированного кабеля из скрученных пар (UTP). Разъем RJ-45 можно применять с четырьмя парными кабелями UTP 5 категории. В сетях типа Fast Ethernet необходимо использовать разъемы и кабели, которые были сертифицированы под 100BASE-T. Часто кабель категории 5 применяют с разъемом категории 3. Но при скоростях около 100 Мбит/с это скорее всего приведет к появлению проблем.

Важной характеристикой кабелей типа UTP является постепенное затухание или уровень переходных помех NearEndXtalk (NEXT). Степень переходных помех определяется мощностью сигнала, наведенного от соседних пар. Так как затухание в кабелях уменьшает уровень входящего сигнала, сильный уровень переходных помех приведет к искажению входного сигнала.

Меж парная наводка на конце кабеля зависит от длины раскрученной части для каждой из пар при подключении разъема. На относительно небольшой длине раскрученной части пар и качественной скрутке на всей длине степень переходных помех уменьшается. Таким образом способ снижения переходных помех при использовании пар с наиболее частой скруткой, применяется достаточно часто.

Выбирая систему кабели, разъемы и кросс-панели важно принимать во внимание длину, на которую раскручивают пары проводников при подключении. Для работы с концентраторами следует использовать кабель категории 5.

На схеме физической структуре наглядно изображено все оборудование, что использовалось при проектировании локальной сети, с указанием где оно будет расположено. Схема изображена на рисунке 9.



Рисунок 10. Физическая структура сети.

Помещения, показанные на физической структуре сети с оборудованием.

Первый этаж

1 кабинет заместителя директора (1 рабочая станция).

2 кабинет заместителя директора (1 рабочая станция).

3 кабинет математики (1 рабочая станция).

4 два кабинета физики (2 рабочие станции), было решено, в физической структуре объединить два кабинета, так как у них близкое расположение и одинаковая функция.

5 кабинет заместителя директора (1 рабочая станция).

6 медицинский кабинет(2 рабочие станции, принтер Canon PIXMA G3400).

7 кабинет иностранного языка (1 рабочая станция)

8 бухгалтерия и секретарь (1 рабочая станция, принтер Canon PIXMA G3400)

9 кабинет директора (1 рабочая станция, маршрутизатор DIR-825/AC)

10 кабинет истории (1 рабочая станция)

11 кабинет биологии (2 рабочие станции), было решено, в физической структуре объединить два кабинета, так как у них близкое расположение и одинаковая функция

12 пост охраны (1 рабочая станция)

13 кабинет руководителя дополнительного образования (1 рабочая станция)

14 библиотека (1 рабочая станция)

15 читальный зал (5 рабочих станций)

16 кабинет дополнительного образования (1 рабочая станция)

Второй этаж первое крыло

17 кабинет информатики (21 рабочая станция, коммутатор DES-1100)

18 кабинет информатики (21 рабочая станция, коммутатор DES-1100)

19 учительская (1 рабочая станция)

20 инженерный класс (1 рабочая станция)

21 инженерный класс (1 рабочая станция)

22 кабинет иностранного языка (1 рабочая станция)

23 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

24 кабинет заместителя директора (1 рабочая станция)

25 кабинет иностранного языка (1 рабочая станция)

26 кабинет математики (1 рабочая станция)

27 кабинет иностранного языка (1 рабочая станция)

28 кабинет математики (1 рабочая станция)

29 кабинет истории (1 рабочая станция)

30 кабинет иностранного языка (1 рабочая станция)

Второй этаж второе крыло

31 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

32 кабинет учителя физкультуры (1 рабочая станция)

33 актовый зал (1 рабочая станция, маршрутизатор DIR-825/AC)

Третий этаж

34 компьютерный класс (21 рабочая станция, коммутатор DES-1100)

35 компьютерный класс (21 рабочая станция, коммутатор DES-1100)

36 кабинет психологии (1 рабочая станция)

37 кабинет географии (1 рабочая станция)

38 кабинет химии (1 рабочая станция)

39 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

40 кабинет обществознания (1 рабочая станция)

41 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

42 кабинет математики (1 рабочая станция)

43 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

44 кабинет математики (1 рабочая станция)

45 кабинет иностранного языка (1 рабочая станция)

46 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

47 кабинет литературы и русского языка (1 рабочая станция)

4.3. Программная структура сети.

4.3.1. Выбор операционной системы.

На сервер будет установлена операционная система Windows Server 2016. Это достаточно стабильная операционная система, релиз которой состоялся в 2016 году. Это очень новая операционная система, соответственно обновления на нее будут еще очень долго выходить. При подборе операционной системы были рассмотрены операционные системы Linux и Windows Server. В итоге была выбрана система Windows Server по следующим причинам:

1. Windows Server проверенная линейка операционных систем.

2. В данной ОС реализованы все необходимые функции.

3. Есть виртуальный контроллер, позволяющий управлять как физическими и виртуальными сетями.

4. Данная ОС обладает повышенной точность работы времени, благодаря усовершенствованиям в Win32 Time и Hyper-V Time Synchronization Service.

5. Эта ОС успела себя зарекомендовать как лучшая в своем классе.

6. Есть относительно не дорогие варианты данной ОС соответствующие для требуемой лвс.

Каждая рабочая станция будет оснащена операционной системой Microsoft Windows 10, как наиболее простая в использовании и привычная для пользователей.

Для того чтобы администратор смог анализировать трафик в сети, очень подойдет программа Wireshark. Эта программа имеет простой и эффективный графический интерфейс, в нее встроено огромное множество функций и возможностей. Она распознает структуры разных протоколов не одинаковых уровней и может показывать, что в них находиться.

При выборе программы под firewall решено использовать ZoneAlarm Firewall. Эта программа зарубежных разработчиков. Она имеет встроенные модули Anti-Spyware и Root & Boot Protection, что позволит защитить систему от руткитов и шпионских программ, всплывающих окон и кражи личных данных. Это хороший выбор для сети лицея.

Улита SpeedTest удобна для проверки быстроты передачи данных.

TMeter одна из лучших программ учета трафика внутри сети. Ее возможности позволяют в режиме реального времени исследовать трафик информации. Данная программа имеет удобный интерфейс и проста в использовании, даже обладая огромным количеством возможностей.

Программа Alchemy Remote Computing нужна для удаленного контроля за рабочими станциями сети.

Программа NetworkSearcher позволяет быстро находить нужные файлы и папки находящиеся в пределах сети.

На все рабочие станции будут так же установлены такие базовые программы как Microsoft Office для работы с документами, браузер Google Chrome, антивирус 360 total security и базовые драйвера для работы системы данные приложения были выбраны как наиболее подходящие для данной задачи.

Был проведен анализ и последующий выбор необходимого сетевого оборудования, выбор кабелей, описано необходимое программное обеспечение и приведено обоснование по выбору операционных систем для сервера и рабочих станций. Были спроектированы логические и физические структуры сети. Так же был создан поэтажный план здания с установкой всего оборудования и прокладкой кабельной системы. Были распределены адреса в сети. А

также был выбран стандарт сети и протокол передачи данных и рассчитана теоретическая пропускная способность сети.



4. Оценка эффективности принятых решений

4.1 Выбор показателей эффективности

В качестве основных показателей эффективности было решено рассчитать стоимость всего оборудования и затраты на ежегодное обслуживание сети. А также произвести условный анализ сети с помощью улиты Ping. В заключение необходимо провести исследование на сколько надежна будет построенная сеть с учетом использованного оборудования.

4.2 Описание методик оценки

Оценку эффективности следует проводить на каждом этапе проектирования локальной сети, так же регулярно, уже после ее создания, с целью нахождения ошибок и неисправностей. На начальном этапе оценка эффективности исполненных решений важна для уточнения фактической эффективности. Нужно понимать, насколько нужна локальная сеть учебному заведению, какие отделы или преподаватели в чем конкретном нуждаются. На конечных этапах построения локальной сети, необходимо оценивать эффективность ее стоимости, максимальную нагрузку, пропускную способность, а также способна ли сеть выполнять те функции, для которых она была создана.

Есть множество способов для определения качества эффективности. В общем случае есть апостериорная оценка и априорная. Первая оценка выполняется методами прямых математических вычислений, а также отношений, факторов аналитики, которые влияют на эффективность. А вторая оценка проводится при помощи математического моделирования. Данная оценка более сложная и трудоемкая.

Данная локальная сеть создается для: контроля поступающих данных из интернета, обеспечения помощи обучения учащихся, доступа всех пользователей к общему оборудованию и документам, возможностью отслеживания деятельности учащихся и преподавателей за своим рабочим местом.

4.3 Утилита ping

При помощи данной улиты встроенной в командную строку, можно узнать какова скорость ответа или процент тех пакетов что был потерян, а также узнать доступность сегмента сети или устройства, расположенного в данной сети. Пример роботы данной улиты представлен на рисунке 11.

Рисунок 11.

В расчёте безотказной работы не учитывался выход из строя рабочих станций, иначе в этом случае работа сети не будет прекращена.

Основные характеристики оборудования по показателям надежности показаны в таблице 5.

Таблица 5. Надежность оборудования.

Оборудование	Часов для отказа	Интенсивность отказов (), 1/ч	Время необходимое на восстановление	Коэффициент готовности
EasySmart с 24 портами 10/100Base-TX	742200	13,5*10-6	8	0,9998922
Маршрутизатор D-Link DSR-150	55700	19,5*10-6	5	0,9999632
маршрутизатор DIR-825/AC AC1200	49100	20,5*10-6	5	0,9999611
Соединения соединения	32100	31*10-6	0,3	0,9999906
Сервер	32200	32*10-6	7	0,9997757

Здесь приведены основные формулы, по которым велся подсчет итоговых данных:

Расчёт интенсивности отказов:

;

Усредненное время работы в штатном режиме:

;

Расчёт коэффициента готовности:

;

Скорость восстановления работы за час:

;



Усредненное время восстановления работы в час:

.

Расчёт интенсивности отказов:

=(13,5+19,5+20,5+31+32)*10-6 = 116*10-6 1/час

Усредненное время работы в штатном режиме:

= 8620 часов

Скорость восстановления работы за час:

= 3,625 1/час

Усредненное время восстановления работы в час:

= 0,276 ч

Расчёт коэффициента готовности:

= 0,9999712

Расчет итоговой вероятности работы без сбоев в спроектированной сети.



5. Эргономика и охрана труда

При проектировании локальной вычислительной сети следует учитывать, что при построении сети будет использоваться такое оборудование, которое, при не правильном использовании, может причинить серьезный вред здоровью. Опасность вреда заключается в том, что большинство используемых устройств использует для своей работы розетку в 220 вольт, что является опасным значением для человека.

Что бы снизить опасность, было решено каждое оборудование установить в определенное специально предназначенное место место. Все кабели питания необходимо уложить в защитные короба и подключить в, соответствии по всем технологическим стандартам безопасности в розетку. Все сетевое оборудование, так же необходимо использовать в соответствии со всеми правилам безопасности, изложенными в инструкции к каждому прибору. Все работники, преподаватели, а также учащиеся могут быть допущены до работы с оборудованием, находящимся под напряжением, только после прохождения инструктажа по технике безопасности. Все закупаемое оборудование, должно иметь соответствующую документацию по безопасности его использования.

Сервер же, используемый локальной сети, обычно создает много шума, поэтому его необходимо будет установить в специально подготовленное помещение.



Заключение

В данной работе была поставлена следующая задача: необходимо было спроектировать локальную вычислительную сеть для инженерного лицея городского типа.

Был заявлен ряд требований, который был соблюден и выполнен при проектировании сети.

В результате выполнения данной работы было проведено информационное обследование работы лицея, проведен анализ существующих решений: рассмотрены различные топологии сети, виды кабелей, различные сетевые оборудования. Выбраны технологии и сетевые протоколы, распределено адресное пространство, определены функции для сети. Разработана схема локальной сети для инженерного лицея городского типа. Проведен экономический анализ и рассчитана стоимость оборудования, кабелей, операционных систем и стоимости проведенных работ. Была проведена оценка эффективности данной сети. В заключение были высказаны некоторые требования к технике безопасности.

Локальная вычислительная сеть для инженерного лицея городского типа была спроектирована с учетом всех заявленных требований.



Список используемой литературы

1. Книга Interconnecting Cisco Networking Devices Том 1 руководство для студента.

2. Сайт http://ru.wikipedia.org/wiki.

3. Лекции по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации».

4. Книга Ю.В. Чекмарев. Локальные вычислительные сети. 2009 2-е издание, ДМК-Пресс.

5. Книга Александр Поляк-Брагинский. Локальные сети. Модернизация и поиск неисправностей. 2006 БХВ-Петербург.

6. Книга А. Старовойтов. Сеть на Linux. Проектирование. Прокладка. Эксплуатация.2006 СПб.: БХВ.

7. Книга Джеймс Куроуз, Кит Росс. Компьютерные сети. Нисходящий подход. 6-е издание.2016 Издательство "Э".

...