Разработка проекта корпоративной вычислительной сети

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В настоящее время теория вычислительных систем и информационно-телекоммуникационных сетей дает все более разнообразные практические приложения, появляются новые типы систем и сетей, совершенствуется технология обработки, передачи и хранения информации. Системы, имевшие ранее небольшое значение при решении задач управления технологическими процессами, в последние годы получили бурное развитие и заняли достойное место в иерархии современных средств обработки информации.

Информационно-вычислительные сети сегодня являются мощным средством обработки информации, обеспечивающим: большие, распределенные по объединению, предприятию информационно-вычислительные мощности; математические модели, базы данных, информационно-поисковые и справочные службы; эффективное коллективное использование имеющихся ресурсов; высокую надежность обработки информации благодаря резервированию и дублированию ресурсов; интегрированную передачу и обработку данных, речи, изображений; простые формы расширения сети, изменения ее конфигурации и характеристик.

В данном курсовом проекте производится проектирование офисной локальной сети и рационализация ее структуры на основе сторонней разработки.

1. Системное проектирование корпоративной вычислительной сети

Корпоративная вычислительная сеть (КВС) рассматривается как основа комплекса технических средств информационной системы предприятия, характеризуемого конкретной предметной областью. Основное содержание проектирования КВС:

- сравнительный анализ различных вариантов архитектуры КВС с системных позиций по основным параметрам: производительность (быстродействие), надежность, расширяемость, масштабируемость, управляемость, защищенность (информационная безопасность), стоимость;

- разработка структурной схемы КВС, структуры аппаратного и программного обеспечения для предоставления пользователям заданного перечня услуг (сервисов), включая услуги глобальной вычислительной сети.

При создании КВС перед разработчиком стоит проблема: при известных данных о назначении, перечне функций КВС и основных требованиях к комплексу технических и программных средств КВС построить сеть для информационной системы в заданной предметной области.

Методика проектирования состоит из следующих этапов

- системное проектирование (технико-экономическое обоснование разработки);

- разработка конфигурации;

- разработка архитектуры;

- планирование информационной безопасности;

- расчет экономической эффективности.

1.1 Системное проектирование

Системное проектирование (технико-экономическое обоснование разработки) КВС включает анализ предметной области, обоснование потребности проектирования вычислительной сети и определение перечня функций и соответствующих услуг (сервисов), предоставляемых пользователям в вычислительной сети.

Основными целями КВС предприятия являются:

- связь (включая связь с удаленными отделами);

- совместная обработка информации;

- совместное использование файлов;

- использование ресурсов Интернет;

- централизованное управление компьютерами;

- контроль за доступом к важным данным (информационная безопасность);

- централизованное резервное копирование всех данных (надежность хранения).

1.2 Определение перечня сервисов КВС и трафика, генерируемого пользователем

Для рассматриваемого предприятия в результате обследования определена потребность в следующих сервисах КВС:

- централизованный файл-сервис (ФС1);

- файл-сервис группы 5 (ФС2);

- файл-сервис группы 6 (ФС3);

- сервис печати (СП);

- централизованный сервер базы данных (БД);

- электронная почта (E-mail);

- web-сервис (Web).

1.3 Расчет трафика, генерируемого пользователями

Основной целью создания КВС является обеспечение минимального времени доставки информации пользователям КВС или, другими словами, обеспечение требуемой пропускной способности каналов связи и среды передачи КВС. Для сервисов, генерирующих трафик типа “массовая передача” (например, пересылка файлов, печать файлов), значение трафика оценим по формуле 1,

(1)

где L - размер файла (байт); T - допустимое время передачи (с); Kпр - коэффициент, учитывающий накладные расходы на стек протоколов.

Для сервисов, генерирующих трафик типа “пинг-понг” (транзакции в интерактивном режиме при работе с базами данных), значение трафика оценим по формуле 2:

(2)

где Q - длина пакета (байт); T - время обдумывания пользователя на одну транзакцию (с); n=Kпр*L/Qп - число пакетов, пересылаемых в одной транзакции; L - объем данных в одной транзакции (байт); t - среднее время задержки пакета.

Задержка t складывается из задержек на клиенте, сервере или маршрутизаторах и может оказаться существенной при использовании составных каналов для связи с удаленными филиалами организации. При этом не учитывается среднее время задержки.

Введем индексы i для типов пользователей и j - для сервисов, рассчитаем трафик для каждого пользователя и сервиса:

Рисунок 1 - Матрица трафика сети

По формуле 3 рассчитаем вероятность обращения пользователя i-го типа к j-тому сервису:

(3)

где Qij (i=1..6, j=1..7) суммарный объем транзакций пользователя i-го типа при работе с j-м сервисом за Tsм - восьмичасовой рабочий день (т.е. Tsм = 8).

сетевой трафик корпоративный

Рисунок 2 - Матрица вероятностей обращения пользователя i-го типа к j-тому сервису

Для детализации потребности пользователей в конкретных сервисах определено шесть типовых групп, в которые входит каждый пользователь (в соответствии с заданием на курсовой проект).

Оценка различных вариантов архитектуры КВС производится с системных позиций по критериям: производительность (быстродействие), надежность, расширяемость, масштабируемость, управляемость, защищенность (информационная безопасность), стоимость.

На стадии системного проектирования и выбора конфигурации КВС выберем следующие критерии достижения целей проектирования:

- Y1 - пропускная способность среды передачи (для главного здания);

- Y2 - пропускная способность каналов связи с удаленными отделами 1-4;

- Y3 - информационная безопасность (уровень защиты от вторжения через Интернет);

- Y4 - уровень затрат на создание КВС (экспертная оценка по 10-балльной шкале).

Выделен отдельный критерий Y2 - пропускная способность каналов связи с удаленными отделами, поскольку неоправданное завышение пропускной способности этих каналов повлечет значительное увеличение затрат. Критерий информационной безопасности Y3 учитывает только уровень защиты от вторжения через Интернет - основную угрозу, защита от которой требует дополнительных затрат. В таблице 1 приведено соответствие критериев Y1, Y2 и Y3 целям проектирования.

Таблица 1 - Соответствие критериев целям проектирования

На стадии системного проектирования для оценки критериев Y1-Y4 используются экспертные оценки по 10-бальной шкале. Для количественной оценки вариантов проектируемой КВС необходимо построить интегральный критерий. Для этого используется программа PFMEAN1.exe.

Используем подход, при котором строится целевая функция, зависящая от всех частных критериев Y1,…,Y4. Критерий Y4 - это оценка уровня затрат только на составляющие конфигурации КВС, варьируемые на стадии системного проектирования (т.е. составляющие, оцениваемые критериями Y1, Y2, Y3).

В таблице 2 приведены экспертные оценки границ интервалов допустимых значений частных критериев Y1 ,…,Y4, причем Yj.max=Yj.ц для j=1,…,3 и Y4.min=Y4.ц.

Таблица 2 - Экспертные оценки границ интервалов допустимых значений частных критериев

Кроме этих оценок, в таблице приведены балльные оценки Wi для учета вклада соответствующих составляющих конфигурации КВС в критерий Y4. Для дальнейшего потребуются весовые коэффициенты wi = Wi / (W1+W2+W3) (i=1,2,3), где W1,W2,W3 - средние значения из таблицы 2.

В задаче проектирования КВС выделим подмножество частных критериев (Y1,Y2,Y3), характеризующих уровень технического совершенства проекта КВС и построим критерий технического совершенства КВС (формула 4):

(4)

Общий критерий, который можно назвать технико-экономическим критерием имеет вид:

(5)

Где:

KT=k1+k2+k3.

2. Разработка вариантов конфигурации КВС

2.1 Выбор оптимального варианта конфигурации

На данном этапе проектирования оцениваются варианты реализации отличающиеся только для составляющих сегментация - СЕГ, связь с удаленными отделами - СУО и информационная безопасность - ИБ инфраструктуры КВС. Построим таблицу 3 экспертной оценки вариантов реализации этих составляющих.

Сегментация сети в главном здании (повторители, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы, шлюзы) - это С1 (отсутствует), С2 (на основе маршрутизаторов), С3 (на основе коммутаторов).

Связь с удаленными отделами - это СБ1 (выделенная линия), СБ2 (радиоканал).

Защита от вторжения через Интернет - ИБ1 (межсетевой экран на основе пакетной фильтрации), ИБ2 (межсетевой экран в виде сервера-посредника).

Таблица 3 - Экспертные оценки вариантов реализации сети

Уровень затрат на реализацию конфигурации КВС определяется по формуле:

Y4=w1*C1+w2*C2+w3*C3,

Где:

wi=Wi/(W1+W2+W3).

В таблице 4 приведены результаты расчетов нормированных показателей, целевой функции и критерия технического совершенства.

Таблица 4 - Результаты расчетов нормированных показателей, целевой функции и критерия технического совершенства

Оптимальная конфигурация: СЕГ3 (Сегментация на основе коммутаторов), СУО1 (Связь с удаленными отделами: выделенная линия) и ИБ 1 (Интернет - безопасность: межсетевой экран на основе пакетной фильтрации).

На последующих этапах проектирования необходимо для выбранного варианта конфигурации КВС разработать архитектуру КВС; разработать структурную схему КВС, выбрать типы компонент КВС; рассчитать количество компонент КВС и составить спецификацию КВС. При этом должны учитываться правила соединения компонентов КВС, основанные на стандартизации сетей и их ограничения, специфицированные изготовителями компонент КВС.

2.2 Формирование схемы КВС и оценка трафика сети

На стадии системного проектирования выбрана конфигурация СЕГ3*СУО1*ИБ2, т.е. сегментация на основе коммутатора, связь с удаленным отделом на основе выделенной линии и для обеспечения информационной безопасности - межсетевой экран на основе пакетной фильтрации. Выбранная конфигурация может быть реализована в виде различных вариантов функциональной схемы сети. Построение функциональной схемы сети будем осуществлять методом итераций. В начальном варианте для каждой рабочей группы и для каждого сервиса выделим отдельный коллизионный домен и, следовательно, порт коммутатора (пока не привязываясь к конкретному типу коммутатора).

Рисунок 3 - Этапы проектирования КВС

Затем, используя методику и программу расчета трафика в сегментах сети, произведем объединение некоторых рабочих групп в один сегмент с тем, чтобы сократить число сегментов и, следовательно, требуемых портов коммутатора. При объединении рабочих групп в один сегмент следует учитывать два требования:

- трафик в полученном сегменте не должен превышать примерно 40% от номинальной полосы пропускания сегмента (10 или 100 Мбит/c)

- рабочие группы должны размещаться на близком рас стоянии друга от друга, чтобы была техническая возможность объединить их трафик с помощью концентратора.

С учетом сказанного, построим первый вариант функциональной схемы КВС на основе коммутатора (рисунок 5). На изображенной схеме S1, S2, …, S7 сервисы. Сервис централизованной печати S4 разбит на 3 части: S4a, S4b, S4c на каждом этаже устанавливается высокопроизводительный принтер коллективного пользования. Сервисы S6 и S7 реализованы на одной машине.

На рисунке изображены H1, H2,…, H18 - концентраторы (hubs). Концентратор H1 объединяет пользователей 1…4, H2 - пользователей 5…8 и т.д. Концентраторы H1, H2,…, H18 соединены с портами коммутатора сегментами сети 1, 2, … 18 соответственно. Машины, реализующие сервисы S1, S2, …, S7, соединены с портами коммутатора сегментами сети - номера сегментов указаны у соответствующих линий на схеме.

Используем функциональную схему для оценки трафика, возникающего в коллизионных доменах. Исследование трафика с помощью аналитических или полных имитационных моделей для сети является достаточно объемной и трудоемкой задачей. Поэтому выполним оценку плотности вероятности распределения трафика в каждом коллизионном домене на основе упрощенной имитационной модели. Для этого подготовим входной файл для программы traffic.exe и запустим процесс моделирования. В таблице 5 представлено распределение плотности вероятности требуемого трафика в каждом сегменте сети.

Таблица 5 - Распределение плотности вероятности трафика сети

2.3 Модификация функциональной схемы КВС по расчету трафика

В оптимизированной функциональной схеме КВС используются:

- коммутатор Dlink DES-1018DG (5 шт.) стоимостью по 1300 рублей;

- сетевые карты Dlink DFE-908Dx (108 шт.) общей стоимостью по 241 рубль;

- ПК с ОС Windows 2003 Server и FireWall ZoneAlarm 3.0 общей стоимостью 20000 рублей;

- сетевой кабель длиной 561 метр плюс кабель для подключения к удаленной ЛВС (общей стоимостью 8514 рублей).

Заключение

Информационно-вычислительные сети сегодня являются мощным средством обработки информации, обеспечивающим: большие, распределенные по объединению, предприятию информационно-вычислительные мощности; математические модели, базы данных, информационно-поисковые и справочные службы; эффективное коллективное использование имеющихся ресурсов; высокую надежность обработки информации благодаря резервированию и дублированию ресурсов; интегрированную передачу и обработку данных, речи, изображений; простые формы расширения сети, изменения ее конфигурации и характеристик.

В данном курсовом проекте была спроектирована и оптимизирована функциональная схема КВС и рассчитана стоимость требуемого оборудования.

Были использованы программы: Pfmean1.exe, Pfmean2.exe, Traffic.exe, MathCad.

Размещено на Allbest.ru