Проектування комп'ютерної мережі Еthernet та розрахунок її параметрів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕТКРОНІКИ

КАФЕДРА ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДІВ ТА ПРИСТРОЇВ

РОЗРАХУНКОВА РОБОТА

«ПРОЕКТУВАННЯ КОМП'ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ ETHERNET ТА РОЗРАХУНОК ЇЇ ПАРАМЕТРІВ»

ПО КУРСУ: «ПРОЕКТУВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ ТА МЕРЕЖ»

Роботу виконав

студент гр. ДЕ-81

Соверченко Д.В.

Київ 2013

Умова задачі

Створити оптимальний план проведення локальної комп'ютерної мережі на одному з поверхів підприємства. План кімнат, у яких повинна бути проведена мережа, наведений на рис. Д.1, розміри вказані у метрах.

Тип мережі: Ethetnet, кабель - кручена пара або коаксіальний. Вартість кабелю: кручена пара, категорія 3 - 1 гривня 20 копійок за 1 м., кручена пара, категорія 5 - 1 грн. 75 коп. за 1 м, коаксіальний - 1 гривня 50 копійок за 1 м.

Вартість коробів для прокладення мережного кабеля:

Короб на 36 кабелів - 1 грн за 1 м.

Короб на 24 кабеля - 75 коп. за 1 м.

Короб на 16 кабелів - 50 коп. за 1 м.

Короб на 8 кабелів - 30 коп. за 1 м.

Вартість одного концентратору: на 8 виходів - 250 гривень, на 16 виходів - 300 гривень, на 24 виходи - 400 гривень, на 32 виходів - 550 гривень.

Вартість одного комп'ютеру, якій може працювати як сервер - 5000 гривень. У цій вартості не врахована вартість мережних карт.

Вартість комп'ютеру, якій може працювати як маршрутізатор - 2500 гривень. У цій вартості не врахована вартість мережних карт.

Вартість однієї мережної карти: з швидкістю передачі даних 10 Мбіт/c - 50 гривень; з швидкістю передачі даних 100 Мбіт/c - 150 гривень.

Цифри, написані під номерами кімнат, визначають кількість комп'ютерів у них. При побудові проекту мережі треба мати на увазі, що у кімнатах 2 та 4 працюють співробітники підрозділів, які використовують сумісні бази даних, тому між цими кімнатами бажано забезпечити надійний та високошвидкісний зв'язок. Зв'язок мережі з глобальною мережею підприємства та з Internet здійснюється через підключення до цифрової виділеної лінії зв'язку, яке можна організувати у будь-якій кімнаті.

Завдання для виконання

комп'ютерна локальна мережа кабель

1. Надайте комп'ютерам локальні адреси, враховуючи, що діапазон локальних адрес, наданий адміністратором мережі підприємства, може бути від 10.2.80 до 10.2.82, адреса входу до Інтернет - 10.0.0.5

2. Накресліть план розташування комп'ютерів у кімнатах та проведення кабелю між ними, враховуючи, що за ергономічними нормами відстань між комп'ютерами повинна становити не менше 1 м, і їх треба розташовувати задньою панеллю до стіни.

3. Накресліть план проведення кабелю за межами кімнат.

4. За наведеними вище цінами розрахуйте вартість проекту.

5. Розрахуйте час подвійного обернення сигналу та зменшення міжкадрового інтервалу для найбільш віддалених вузлів мережі.

6. Враховуючи, що файл бази даних, з яким працюють користувачі у кімнатах 1 та 2, має розмір близько 5 Мб, і що з ним можуть одночасно працювати до двох користувачів, розрахуйте середній час затримки реакції системи на запит користувачів при читанні або записуванні файлу.

7. Оцініть оптимальність проекту мережі і надайте пропозиції по його удосконаленню.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. Д.1. План розташування кімнат, у яких повинна бути проведена комп'ютерна мережа

Рішення задачі

1. Визначення архітектури мережі та простору адрес. Тут треба виходити з міркувань забезпечення достатньо високої швидкодії при невисокій вартості проекту, враховуючі при цьому перспективи розвитку. Виходячи з того, що у кімнатах 1 та 2 працівникам необхідно використовувати корпоративну базу даних, цю мережу варто розвести через швидкодіючі мережні адаптери та відокремити її від мережі у кімнатах 3 та 4. Тобто, варто використати 1 сервер бази даних та 1 маршрутизатор для виходу в Internet, та 2 концентратори. Один концентратор треба підключити до маршрутизатору і розвести на ньому мережу у кімнатах 3 та 4. Враховуючи те, що до цього концентратору буде підключено 10+10=20 комп'ютерів, і, крім того, один порт треба підключити до маршрутизатору, необхідно буде використати 20+1=21 порт. Тобто, концентратор 1, підключений до маршрутізатору, навіть з врахуванням перспектив розвитку мережі, може мати 21 порт. Щодо розташування цього концентратору, варто його розташувати у кімнаті 2, але не посередині кімнати, а у лівому куті, ближче до кімнати 3. Це обумовлено тим, що у кімнаті 1 знаходиться 10 комп'ютерів, і у кімнаті 3 - 10, тому, скорочуючи відстань від концентратору до кімнати 3 ми зменшуємо витрати кабелю. Адреса підмережі, яку буде обслуговувати цей концентратор, може бути 10.2.80.

До серверу бази даних підключається концентратор 2. Крім того, сервер зв'язаний з маршрутизатором через окремий сегмент мережі для забезпечення виходу користувачів підмережі, підключеної до концентратора 2, в Internet, а також для можливості зв'язку з комп'ютерами першої підмережі. Цей сегмент мережі може, як і сегмент підмережі 1, бути не дуже швидкодійним. Він з'єднує тільки два мережних інтерфейси - інтерфейс маршрутизатора з інтерфейсом сервера бази даних. Якщо для цього сегменту обрати підмережу третього рівня 10.2.81, то варто адресу інтерфейса маршрутизатора встановити 10.2.81.1, а адресу інтерфейса сервера - 10.2.81.2. Тоді для підмережі, яку обслуговує концентратор 2, залишається з виділеного простору адрес тільки адреса 10.12.82. Розрахуємо тепер кількість портів концентратора. Кількість підключених до нього комп'ютерів 10+20=30, тобто, враховуючи з'єднання з сервером, буде задіяно 31 порт. Маючи на увазі можливість розвитку мережі, будемо вважати, що у цьому випадку варто поставити концентратор на 32 порта. Щодо розташування концентратора, з точки зору економії кабеля варто поставити його у правому куті кімнати 2 ближче до кімнати 4. На рис. Д.2 наведений узагальнений план проекту мережі. Тут для спрощення креслення числові адреси комп'ютерів вказані без адреса підмережі, тобто вони містять лише одне число - адрес комп'ютера у мережі. Повні чотирерівневі числові адреси вказані на інтерфейсах серверів, а на концентраторах вказан трирівневі адреси підмереж, які вони обслуговують.

2. Розрахунок вартості кабеля. Оскільки вся мережа розведена крученою парою за деревоподібною топологією, згідно з умовою задачі вартість 1 метру кабеля буде 1,5 гривні для кабеля категорії 3, або 1,75 гривні для кабеля категорії 5. Згідно з планом мережі, розрахуємо довжину кабеля для всіх сегментів. Оскільки такі розрахунки можуть бути лише оціночними, отриману загальну розрахункову довжину збільшемо на 10%.

Рис. Д.2. Узагальнений план проведення комп'ютерної мережі

1. Міжсерверний сегмент, від інтерфейса 10.2.81.1 до інтерфейса 10.2.81.2 - l1=18 м.

2. Два сегмента кабеля від серверів до концентраторів по 5 м, ітого - l2=5 м•2=10 м.

3. П'ять сегментів кабеля від концентратора 1 до комп'ютерів з адресами 17, 18, 19, 20 та 21 підмережі 10.2.80, довжиною по 18 м, 15 м, 15 м, 15 м, 15 м відповідно. Ітого; l3=18м + 15 м + 15 м + 15 м + 15 м=78 м

4. П'ять сегментів кабеля від концентратора 1 до комп'ютерів з адресами 2, 3, 4, 5 та 6 підмережі 10.2.80, довжиною по 24 м, 20 м, 16 м, 12 м, та 8 м відповідно. Ітого, l4=24 м + 20 м + 16 м + 12 м + 8 м = 80 м.

5. П'ять сегментів кабеля від концентратора 1 до комп'ютерів з адресами 7, 8, 9, 10 та 10 підмережі 10.2.80, довжиною по 5 м, 8 м, 11 м, 14 м та 17 м відповідно. Ітого, l5 = 5 м + 8 м + 11 м + 14 м + 17 м = 55 м.

6. П'ять сегментів кабеля від концентратора 1 до комп'ютерів з адресами 12, 13, 14, 15, 16 підмережі 10.2.80, довжиною по 15 м, 20 м, 30 м, 40 м та 25 м відповідно. Ітого, l6 = 15 м + 20 м + 30 м + 40 м + 25 м = 130 м.

7. Десять сегментів кабеля від концентратора 1 до комп'ютерів з адресами 22, 23, 24, 25, 25, 27, 28, 29, 30 та 21 підмережі 10.2.80, які знаходяться у кімнаті 3, довжиною по 36 м, 33 м, 30 м, 27 м, 30 м, 33 м, 36 м, 39 м, 42 м, 45 м відповідно. Ітого, l7 = 36 м + 33 м + 30 м + 27 м + 30 м + 33 м+ 36 м + 39 м+ 42 м + 45 м = 351 м.

8. П'ять сегментів кабеля від концентратора 2 до комп'ютерів з адресами 12, 13, 14, 15 та 16 підмережі 10.2.82, які знаходяться у кімнаті 4, довжиною по 26 м, 31 м, 36 м, 41 м, та 46 м відповідно. Ітого, l8 = 26 м +31 м + 36 м + 41 м + 46 м = 180 м.

9. П'ять сегментів кабеля від концентратора 2 до комп'ютерів з адресами 17, 18, 19, 20, 21 підмережі 10.2.82, які знаходяться у кімнаті 4, довжиною по 50 м, 46 м, 34 м, 30 м та 26 м. Ітого, l9 = 50 м + 46 м + 34 м+ 30 м+ 26 м = 186 м.

10. Чотири сегмента кабеля від концентратора 2 до комп'ютерів з адресами 2, 3, 4 та 5 підмережі 10.2.82, які знаходяться у кімнаті 1, довжиною по 20 м, 25 м, 30 м та 35 м відповідно. Ітого, l10 = 20 м + 25 м + 30 м + 35 м = 110 м.

11. Шість сегментів кабеля від концентратора 2 до комп'ютерів з адресами 6, 7, 8, 9, 10, 11 підмережі 10.2.82, які знаходяться у кімнаті 1, довжиною по 40 м, 44 м, 40 м, 36 м, 32, 28м. Ітого, l11 = 40 м + 44 м + 40 м + 36 м + 32 м + 28 м = 220 м.

Тепер необхідно визначити тип кабелю. Оскільки вся мережа розведена за деревоподібною топологією, треба використовувати кабель крученої пари. При цьому майже для всіх сегментів можна використовувати кабель категорії 3, який, згідно з таблицею 5.2, забезпечує швидкість передачі даних 10 Мбіт/c, але для сегменту між сервером розподіленої бази даних та концентратором необхідно для забезпечення швидкодії 100 Мбіт/c використати кабель крученої пари категорії 5.

Враховуючи запас кабеля 10 %, загальна довжина кабеля крученої пари категорії 3, необхідна для прокладення мережі, складає:

l_к=(l1 + l2/2 + l3 + l4 + l5+ l6 + l7 + l8 + l9+ l10 + l11) •1,1 =(18 м + 5 м + 78 м + 80 м + 55 м + 130 м + 351 м + 180 м+ 1186 м+ 110 м+ 220 м) •1,1 ?1413 м •1,1=1555 м.

Тоді вартість кабеля складає:

С_к=1555 м •1,2 грн/м + 8 м •1,75 грн/м =1866 грн + 14 грн =

= 1880 грн.

3. Розрахунок вартості концентраторів. Вартість концентраторів згідно з визначеною моделлю мережі складає:

С_кон=300 грн + 550 грн = 850 грн.

4. Розрахунок вартості мережних адаптерів. На всіх робочих станціях можна встановлювати мережні адаптери зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт/с, кількість таких адаптерів 30 у підмережі 10.2.80 та 20 у підмережі 10.2.82. Два адаптера підмережі 10.2.81, як було відмічено раніше, теж можуть бути розраховані на швидкодію на 10 Мбіт/с, також як і адаптер з адресою 10.0.0.5 для виходу в Internet. Тільки адаптер з адресою 10.12.82.1, який повинен забезпечувати високошвидкодійний зв'язок для доступу користувачів підмережі 10.2.82 до розподіленої бази даних, мусить підтримувати швидкість передачі даних 100 Мбіт/с. Виходячи з цих міркувань та наведених вище цін, сумарна вартість мережних адаптерів буде:

С_а=(30+20+2+1)•50 грн + 150 грн =53•50 грн + 150 грн=2650 грн +

+ 150 грн =2800 грн.

5. Розрахунок вартості серверів. Оскільки сервер для виходу в Інтернет працює тільки як комутатор та маршрутизатор і не потребує великої потужності, можна покупати один комп'ютер-маршрутизатор та один комп'ютер-сервер. Згідно з наведеними вище цінами загальна вартість маршрутизатора та сервера буде:

С_с=2500 грн + 5000 грн = 7500 грн.

6. План прокладення кабелю та розрахунок загальної вартості проекту мережі. При проведенні мережі кабелі прокладаються у спеціальних коробах, які встановлюються вздовж стін. План прокладення коробів наведений на рис. Д.3. Якщо кількість кабелів у коробі повинна бути меншою,чим 16, але більшою, чим 8, необхідно брати короб на 16 кабелів.

Розрахунок необхфдної кількості та вартості коробу:

Розрахунок необхфдної кількості та вартості коробу:

Короб на 24 кабеля:

С_кор1=0,75 грн/м•20 м=15 грн;

Короб на 16 кабелів:

С_кор2=0,5 грн/м•118м =59 грн;

Короб на 8 кабелів:

С_кор3=0,3 грн/м•60м= =18 грн;

Загальна вартість коробів:

С_кор1+ С_кор2+ С_кор3=15 грн +59 грн +18 грн =92 грн

Загальна вартість проекту мережі розраховується як сума всіх отриманих складових та наведена у зводній таблиці Д.1.

Рис. Д.3 План прокладення коробів

Таблиця Д.1. Вартість проекту мережі

7. Розрахунокчасу подвійного обернення сигналу та зменшення міжкодрового інтервалу для найбільш віддалених вузлів мережі.

Для проведення розрахунків PDV та PVV скористаємося методикою, описанною у розділі 5.1.10, та даними затримок розповсюдження сигналів для мереж стандарту Ethernet, наведеними у табл. 5.5. Для розробленого проекту локальної мережі найбільш віддаленими є вузли 17 та 18 підмережі 10.2.82. Розрахункова довжина сегментів кабелю між цими вузлами та концентратором складає 50 м та 46 м відповідно. Структура частини мережі, для якої необхідно розрахувати значення PDV та PVV, наведена на рис. Д.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. Д.3. Структура сегменту, для якого необхідно розрахувати значення PDV та PVV

Оскільки сегменти кабелю у підмережі, яка розглядається, мають різну довжину, необхідно PDV розрахувати двічи, взявши у першому випадку більшою довжиною лівого сегменту, а у другому випадку - правого. Реальним значенням PDV буде більша з двох розрахованих величин, яка повинна бути меншою за 575 bt.

1. Розрахунок PDV для довжини лівого сегменту 50м, правого - 46 м.

Лівий сегмент 1:

15,3 bt + 50 м • 0,113 bt/м = 20,95 bt.

Правий сегмент 2:

165 bt + 46 м • 0,113 bt/м = 170,2bt.

Сума PDV на всіх сегментах:

PDV₁ =20,95 bt + 170,2 bt =191,15 bt.

2. Розрахунок PDV для довжини лівого сегменту 46 м, правого - 50 м.

Лівий сегмент 1:

15,3 bt + 46 м • 0,113 bt/м = 20,5 bt.

Правий сегмент 2:

165 bt + 50 • 0,113 bt/м = 170,65 bt.

Сума PDV на всіх сегментах:

PDV₂ =20,5 bt + 170,65 bt =191,15 bt.

3. Як значення PDV обираємо більший з отриманих результатів, тобто PDV =191,15 bt.

4. Значення зменшення міжкадрового інтервалу PVV, згідно з табл. 5.6, для обох розрахованих випадків конфігурації мережі становить PVV =10,5 bt, що значно менше за критичну величину 49 bt.

Тобто, можна зробити висновок, що проект мережі є коректним і відповідає головному правилу Ethernet. В принципі, для отриманої нами простої конфігурації мережі можна було і не розраховувати значення PDV та PVV, оскільки розроблений проект повністю відповідає правилу чотирьох концентраторів, яке є більш строгим, чим головне правило Ethernet.

8. Розрахунокчасу затримки реакції системи на запити користувачів. Як Вам відомо, при використанні концентраторів вся підмережа, яку вони обслуговують, знаходиться у єдиній області колізій. А це означає, що у випадку, коли 5 користувачів одночасно звертаються до файлу розміром 5 Мб, будь то для читання чи для запису файлу, на кожне з п'яти робочих місць буде переданий весь інформаційний потік даної мережі, а він становить 5 Мб•2=10 Мб. Тобто, виходить, що високошвидкісний мережний адаптер, розрахований на швидкість передачі даних 100 Мбіт/с та встановлений на сервері баз даних, у розробленому проект мережі не дає ніяких переваг та не підвищує ефективність роботи користувачів.

Проведемо розрахунки часу реакції системи на запит користувачів, виходячи з оцінки швидкості передачі даних для кадру Ethernet максимального розміру, наведених у розділі 5.1.5. Якщо розраховувати на обчислену там середню швидкість передачі даних С_{п mах}=9,76 Мбіт/с, час затримки реакції системи на запит користувачів буде:

T_p=(10•1024•1024•8) біт/9,76•10⁶біт/с = 86 c = 1 хв. 26 с.

9. Оцінка оптимальності проекту мережі та пропозиції щодо його удосконалення. Зрозуміло, що затримка відповіді на запит користувачів є досить суттєвою, і, що найголовніше, у розробленому проекті мережі не використовуються можливості встановленого високошвидкісного мережного адаптера. Тобто, розроблений проект мережі не можна вважати оптимальним. Можливі шляхи удосконалення проекту можуть бути такими.

1. Розбити сегмент 10.2.82 на дві підмережі з різними адресами третього рівня. Наприклад, як варіант, можна 15 комп'ютерів кімнати 2 розвести від одного 16-розрядного концентратора, а 8 комп'ютерів кімнати 4 - від іншого, підключеного до іншого мережного адаптера того ж самого сервера бази даних. Це вирішить проблему, і витрати на такий проект не є дуже великими. Крім того, зменшуються витрати кабеля, оскільки при таких змінах у проекті концентратор 3 можна розташувати у кімнаті 3, тобто ближче до комп'ютерів цієї кімнати, які він буде обслуговувати, чим встановлений концентратор 2 на рис. Д.2. Але невідомо, чи зможе адміністратор мережі підприємства надати Вам додатковий простір адрес третього рівня. Мережа у нашому випадку в основному використовується не для роботи з широкомовними повідомленнями, а для розподіленого доступу окремих користувачів до мережних ресурсів. Взагалі, інформаційні потоки локальної мережі передбачаються значно більшими, чим для потоки для виходу у глобальну мережу та Internet. Крім того, при реалізації такого рішення сервер бази даних буде працювати і як маршрутизатор потужних мережних потоків, що може також вплинути на швидкодію його роботи. А середня кількість користувачів бази даних, які працююь в одній мережі, хоча і зменшується, але у кімнаті 2, де розташовано 15 робочих місць, вона буде близькою до трьох користувачів. Тобто, проблема великих потоків інформації у єдиній області колізій вирішується при такому підході лише частково.

2. Можна замінити у проекті мережі концентратор 2 на комутатор. Таке рішення, напевно, є найбільш оптимальним, оскільки, розділяючи за допомогою комутатора область колізій у підмережі 10.2.82, ми можемо значно підвищити швидкодію роботи локальної мережі при незначному збільшенні витрат на реалізацію проекту, наведених у таблиці Д.1. Крім того, ефективність використання високошвидкійного мережного адаптера прі його підключенні до комутатора значно підвищується.

Тобто, розглянуте у розділі 4.3.5 теоретичне питання - яким чином краще розділяти мережі з потужними інформаційними потоками та єдиною областю колізій, встановленням комутаторів або розбиванням їх на підмережі через встановлення маршрутизаторів, у даному випадку вирішується на користь використання комутатора. І це зрозуміло, оскільки нам треба розділити не широкомовні потоки інформації, а потужні потоки локальної мережі, а тут використання комутаторів при збережені встановленого простору адрес є дуже ефективним.

Размещено на Allbest.ru