Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

1. Выбор базовой технологии и расчёт полезной пропускной способности сети

1.1 Выбор топологии сетевых соединений

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть.

Существует три основных топологии, применяемые при построении компьютерных сетей:

- топология "Шина";

- топология "Звезда";

- топология "Кольцо".

При создании сети с топологией «Шина» все компьютеры подключаются к одному кабелю (рисунок 1.1). На его концах должны быть расположены терминаторы. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и 10Base-5. В качестве кабеля используется Коаксиальные кабели.

Рисунок 1.1 - Топология «Шина»

Пассивная топология, строится на использовании одного общего канала связи и коллективного использования его в режиме разделения времени. Нарушение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмент сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает. Неисправность канала связи выводит из строя всю сеть. Все компьютеры в сети «слушают» несущую и не участвуют в передаче данных между соседями. Пропускная способность такой сети снижается с увеличением нагрузки или при увеличении числа узлов. Для соединения кусков шины могут использоваться активные устройства - повторители (repeater) с внешним источником питания.

Топология «Звезда» предполагает подключение каждого компьютера отдельным проводом к отдельному порту устройства, называемого концентратором или повторителем (репитер), или хабом (Hub) (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Топология «Звезда»

Концентраторы могут быть как активные, так и пассивные. Если между устройством и концентратором происходит разрыв соединения, то вся остальная сеть продолжает работать. Правда, если этим устройством был единственный сервер, то работа будет несколько затруднена. При выходе из строя концентратора сеть перестанет работать.

Данная сетевая топология наиболее удобна при поиске повреждений сетевых элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов. При добавлении новых устройств «звезда» также удобней по сравнению с топологией общая шина. Также можно принять во внимание, что 100 и 1000 Мбитные сети строятся по топологии «Звезда».

Топология «Кольцо» активная топология. Все компьютеры в сети связаны по замкнутому кругу (рисунок 1.3). Прокладка кабелей между рабочими станциями может оказаться довольно сложной и дорогостоящей, если они расположены не по кольцу, а, например, в линию. В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу. Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.

Время передачи сообщений возрастает пропорционально увеличению числа узлов в сети. Ограничений на диаметр кольца не существует, т.к. он определяется только расстоянием между узлами в сети.

Кроме приведенных выше топологий сетей широко применяются т.н. гибридные топологии: «звезда-шина», «звезда-кольцо», «звезда-звезда».

Рисунок 1.3 - Топология «Кольцо»

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным, и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Применяются довольно часто и комбинированные топологии, среди которых наибольшее распространение получили звездно-шинная и звездно-кольцевая. В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур.

В данном курсовом проекте будет использоваться топология «звезда», которая обладает следующими преимуществами:

1. выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

2. хорошая масштабируемость сети;

3. лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

4. высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

5. гибкие возможности администрирования.

1.2 Выбор базовой технологии сети на основе стандартных протоколов передачи данных канального уровня

Выбор согласованных протоколов для передачи данных (выбор сетевой технологии) - одна из важнейших и наиболее сложных задач, возникающих в процессе проектирования ЛВС.

В зависимости от метода доступа к передающей среде (каналу передачи данных), различают следующие сетевые технологии:

Технология Fast Ethernet;

Технология Gigabit Ethernet;

Рассмотрим каждую из этих технологий по отдельности:

Fast Ethernet - общее название для набора стандартов передачи данных в компьютерных сетях по технологии Ethernet со скоростью до 100 Мбит/с, в отличие от исходных 10 Мбит/с.

В нашей сети будет использоваться для соединения коммутаторов и конечных узлов.

GigabitEthernet - 1000BASE-T, IEEE 802.3ab - основной гигабитный стандарт, опубликованный в 1999 году, использует витую пару категории 5e. В передаче данных участвуют 4 пары, каждая пара используется одновременно для передачи по обоим направлениям со скоростью -- 250 Мбит/с. Используется метод кодирования PAM5 (5-levelPhaseAmplitudeModulation, пятиуровневая фазоамплитудная модуляция) с 4 линиями (4D-PAM5) и 4-х мерной Треллис-модуляцией (TCM), частота основной гармоники 62,5 МГц.

Будет использоваться для соединения основных узлов в сети (таких как маршрутизаторы, коммутаторы, серверы).

1.3 Расчет полезной пропускной способности сети

Следует различать полезную и полную пропускную способность. Под полезной пропускной способностью понимается скорость передачи полезной информации, объем которой всегда несколько меньше полной передаваемой информации, так как каждый передаваемый кадр содержит служебную информацию, гарантирующую его правильную доставку адресату.

Рассчитаем теоретическую полезную пропускную способность FastEthernet без учета коллизий и задержек сигнала в сетевом оборудовании.

Отличие полезной пропускной способности от полной пропускной способности зависит от длины кадра. Так как доля служебной информации всегда одна и та же, то, чем меньше общий размер кадра, тем выше «накладные расходы». Служебная информация в кадрах FastEthernet составляет 18 байт (без преамбулы и стартового байта), а размер поля данных кадра меняется от 46 до 1500 байт.

Сам размер кадра меняется от 46 + 18 = 64 байт до 1500 + 18 = 1518 байт. Поэтому для кадра минимальной длины полезная информация составляет всего лишь 46 / 64 ? 0,72 от общей передаваемой информации, а для кадра максимальной длины 1500 / 1518 ? 0,99 от общей информации.

Чтобы рассчитать полезную пропускную способность сети для кадров максимального и минимального размера, необходимо учесть различную частоту следования кадров. Естественно, что, чем меньше размер кадров, тем больше таких кадров будет проходить по сети за единицу времени, перенося с собой большее количество служебной информации.

Так, для передачи кадра минимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 72 байта, или 576 бит, потребуется время, равное 576 bt, а если учесть межкадровый интервал в 96 bt то получим, что период следования кадров составит 672 bt. При скорости передачи в 100 Мбит/с это соответствует времени 6,72 мкс. Тогда частота следования кадров, то есть количество кадров, проходящих по сети за 1 секунду, составит 1/6,72 мкс ? 148810 кадр/с.

При передаче кадра максимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 1526 байт или 12208 бит, период следования составляет 12 208 bt + 96 bt = 12 304 bt, а частота кадров при скорости передачи 100 Мбит/с составит 1 / 123,04 мкс = 8127 кадр/с.

Зная частоту следования кадров и размер полезной информации в байтах, переносимой каждым кадром, нетрудно рассчитать полезную пропускную способность сетиПп :

Пп (бит/с) = Vп · 8 · f (1.1)

где Пп - полезная пропускная способность сети;

f - частота следования кадров;

Vп - размер полезной информации.

Для кадра минимальной длины (46 байт) теоретическая полезная пропускная способность равна:

Ппт1 = 148 810 кадр/с = 54,76 Мбит/с, что составляет лишь немногим больше половины от общей максимальной пропускной способности сети.

Для кадра максимального размера (1500 байт) полезная пропускная способность сети равна Ппт2 = 8127 кадр/с = 97,52 Мбит/с.

Таким образом, в сети FastEthernet полезная пропускная способность может меняться в зависимости от размера передаваемых кадров от 54,76 до 97,52 Мбит/с.

Проверим, удовлетворит ли FastEthernet предъявляемыми в техническом задании требованиям. Требуемая скорость обмена данными, необходимая для работы каждого пользователя -120 Мбайт/мин. Таким образом, необходимая пропускная способность 120 * 8/ 60=16 Мбит/с. Как видим из расчетов, что даже нижняя граница пропускной способности для стандарта FastEthernet ниже требуемой. Следовательно, сетевая технология FastEthernet и на витой паре, и на оптоволокне вполне удовлетворяет нашим потребностям, причем с очень большим потенциалом к расширению.

Так же произведем расчеты для 1000Base-T. Тип сети Ethernet, 1000BASE-T, мин. размер 512 байт, максимальный (в пакетном режиме) 65535 байт, кол-во информации прикладного уровня: 494байт-65517 байт.

Служебная информация в кадре Ethernet составляет 18 байт. Размер поля данных кадра меняется от 494 до 65517 байт. Размер кадра может варьироваться от 494 + 18 = 512 до 65517 + 18 = 65535 байт. Для кадра минимальной длины полезная информация составлять 494/512 = 0.96, а для кадра максимальной длины 65517 / 65535 = 0.99 от общей информации, передаваемой информации. Полезную пропускную способность сети можно найти, зная частоту следования кадров ѓ и размер полезной информации Vn (6400 кБ), переносимой каждым кадром.

Пn = VП * 8 * ѓ.

Период прохождения минимального кадра:

(512* 8) / 1000 = 4.096 мкс;

Период прохождения максимального кадра:

(65535 * 8) / 1000 = 524.28 мкс;

Частота следования минимального кадра:

ѓ = 1 / 2.192 = 456204 кадр / с;

Частота следования максимального кадра:

ѓ = 1 / 8.336 = 119961 кадр / с.

Для кадра минимального размера (512 байт) полезная пропускная способность равна Пnm1 = 512 * 8 * 456204 = 934.3 Мбит / с. Для кадра максимального размера (65517 байт) полезная пропускная способность равна Пnm1 = 1024 * 8 * 119961 = 982.7 Мбит / с.

Итак, полезная пропускная способность меняться от 934.3 Мбит/с до 982.7 Мбит/с.

1.4 Описание физической и логической топологии сети

Характеристики сети стоматологической клиники

Локальная сеть выполнена по архитектуре «клиент-сервер» и имеет топологию «звезда». Схема сети приведена на рисунке 1.2

Сеть разделена на 5 физических сегментов. Технология канального уровня: Fast Ethernet(спецификация 100 BASE-TX) для подключения рабочих станций и Gigabit Ethernet (спецификация 1000 BASE-T) для наиболее загруженных каналов- подключение к Интернет, каналы между серверами и корневым коммутатором, а также между корневым коммутатором и коммутаторами рабочих групп. Все клиентские станции и серверы образуют домен имен 1zuba.net. IP-адрес ЛВС - 10.0.0.0/8. Сеть подключена к роутеру ISP (Интернет-провайдера) через роутер R1(порт Serial 0, внешний IP-адрес 175.1.1.1). Шлюзом по умолчанию для клиентов является адрес 10.1.1.1. В качестве корневого коммутатора использован коммутатор 2-го уровня SW1 модели D-link DES-1100-24, а в качестве коммутаторов рабочих групп- HPE OfficeConnect 1820, В ЛВС 23 станций и 2 сервера.

Для обслуживания клиентов сети, реализации административных задач, а также предоставления информационных сервисов по запросу клиентов выделено два сервера.

2. Определение перечня задач и вычисление эффективного трафика

2.1 Вычисление эффективного трафика

На первом этапе определяем перечень сетевых задач и состав серверной группы для их обслуживания. Перечень задач приведен в таблице ниже.

Для реализации задач внутри сети предприятия выделяем 2 сервера:

С1 - системные сервисы, сервер, Intranet, FTP;

С2 - файловый сервер +СУБД.

Расчет планируемого трафика Trn (Мбайт) для задач, обслуживаемых С1 при графике рабочего времени Траб =10 часов (600 минут) определяем по формуле

Trn = ((60*tср.i )* A* Ппт2)/8 ,

где tср.i- Среднее время занятия задачей сети в сутки, мин

А - количество узлов, шт.

Ппт2 - полезная пропускная способность сети, Мбит/c

n - номер сервиса (таблица 2.1).

1. Трафик задач, обслуживаемых сервером С1/С2.

Tr1 = (60*15*181*97,52) /8= 1985751 Мбайт=1939 Гбайт

Tr2 = (60*8 * 181 *97,52) /8 = 1059067 Мбайт=1034 Гбайт

Tr3 = (60*120*1*97,52 ) /8= 87768 Мбайт=87,7Гбайт

Tr7 = (60*10*1*97,52) /8= 7314 Мбайт=7,3 Гбайт

2.Общий планируемый трафик пользователей сервера С1/С2

Trс1 =? Trn;

Где Trn- трафик задач, обслуживаемых сервером.

Trс1 = 3068 Гбайт

3. Служебный трафик Trслужn рассчитывается по формуле

Trслуж. n = (0,05 ч 0,07) * ? Trn;

Где ? Trn- сумма трафика задач, обслуживаемых сервером.

Tr служс1. = 0,06· Trс1= 0,06*3068 = 184,08 Гбайт

4. Максимальный трафик задач

Trmax с1 = Trс1 + Tr служс1

Trmax с1 = 3068+184,08=3252,08 Гбайт.

С учетом служебного трафика и возможного расширения сети до 200 конечных узлов, планируемый трафик для пользователей сервера С1 рассчитывается по формуле

Trплан с1= (Trс1 +Trслуж) *Ар/А

Где Ар = максимальное количество конечных узлов после расширения.

Trплан с1 = (3068 +184,08)*(200/181)=3252,08*1,104=3613 Гбайт

Максимально возможный трафик для сервера вычисляется по формуле

Trс1 max = ((60*tраб )* Пnm1)/8,

Где tраб - время рабочего дня, Пnm1- максимальный размер полезной пропускной способности

Trс1 max= 60*600*982,7/8=4422,1 Гбайт

Служебный трафик Trслужс1=(0,05 ч 0,07)*Trmax с1;

ГдеTrnmax- максимально возможный трафик.

Trслужс1 = 0,06*3252,08 =195,12 Гбайт.

Максимальный полезный трафик сервера С1Trс1 пол.

Trс1 пол.=Trс1max-Trслужс1

Где Trnmax- максимально возможный трафик, Trслужn-служебный трафик.

Trс1 пол.= 4422,1- 195,12 =4226,97 Гбайт.

Коэффициент использования сети К для сервисов С1 рассчитывается по формуле

KС1 = Trплан с1 / Trс1 пол

KС1 =3613 / 4226,97=0,8

В результате расчетов определен максимальный полезный трафик серверов и коэффициент использования сети, равный 0,8.

Так как коэффициент меньше единицы, можно считать сеть работающей в оптимальном режиме, дальнейшие изменение конфигурации сети не требуются.

топология сервер локальный компьютерный сеть

3. Выбор элементов СКС и активного оборудования

3.1 Выбор элементов СКС

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. Создаваемая сеть должна в максимальном объеме использовать уже имеющиеся программные, аппаратные и системные средства, предусматривать поэтапное наращивание из мощности и подключение новых пользователей. Кроме того, применяемые аппаратные средства и технологии должны быть сертифицированы в России, и легко интегрироваться с ее телекоммуникационными сетями.

При выборе оборудования мы должны учесть, что часть оборудования может быть размещена внутри помещений, а другая часть проходить или находиться на открытом воздухе. И поэтому задачу выбора оборудования в общем случае можно разбить на 2 подзадачи:

1) оборудование расположенное внутри корпусов,

2) оборудование для связи между корпусами.

Так как в данном проекте внешних каналов связи не предусмотрено, реализуется только первая подзадача.

3.2 Кабельная система

Выбор кабельной подсистемы диктуется типом сети и выбранной топологией. Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении, о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. Практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случаях, при организации низкоскоростных стеков в монтажных шкафах.