Проектирование корпоративных мультисервисных сетях

 

Министерство информационных технологий и связи РФ

Федеральное агенство связи

ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет

Телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему “Проектирование корпоративных мультисервисных сетях”

 

по дисциплине

“Средства коммутации и доставки сообщений  
в широкополосных цифровых сетях связи”

 

Вариант №7

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

студетка гр.С-82Н

Кузнецова А.Н.

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург, 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………….. 3

1. Краткое описание  услуг проектируемой сети……………….…………. 4

2. Описание используемой технологии сети и сетевых протоколов……………………………...…………………………………….. 5

3. Определение структуры сети……...……………………………………… 10

4. Определение состава используемого оборудования и материалов…………………………...……………………………………….. 12

5. Расчет пропускной способности в сегментах сети и на магистрали ….. 13

6. Расчет количества используемых устройств и длина кабельных систем………………………………………………………………..……….. 24

7. Определение шага адресации сети………….…………………..……...... 26

8. Построение схемы с проектируемой  сети….…………………..……..... 28

Заключение…………………………………………………………………. 31

Список литературы..………………………………………………………. 32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

    С созданием и развитием новых технологий в области телекоммуникаций возникла идея мультисервисных сетей – сетей, предоставляющих пользователю комплекс различных услуг одновременно и при этом использующих для их доставки одну и ту же транспортную среду от поставщика услуг до пользователя. То есть реализуется принцип доставки разнородного трафика по одному каналу передачи, предоставленному пользователю.

Внедрение мультисервисных сетей продолжается, для построения таких сетей используются различные технологии, часто работающие совместно друг с другом и обеспечивающие достаточно широкую полосу пропускания каналов передачи, а также приемлемый уровень качества обслуживания. В данной курсовой работе мы будем использовать одну из таких технологий – широко известную технологию Ethernet. Технология Ethernet известна прежде всего как технология локальных вычислительных сетей, имевшая некоторое количество существенных недостатков, которые не позволяли строить на ее основе нормально работающие мультисервисные сети. Но такие отрицательные моменты в технологии, как невозможность обеспечить необходимый уровень качества обслуживания и высокая стоимость оборудования в настоящее время устранены, и технология Ethernet получает все более и более широкое внедрение как на уровне небольших сетей, так и в области крупных сетей масштаба города, а также на магистральных сетях. Сейчас технология Ethernet уже вышла на уровень ширины полосы пропускания в 10 Гигабит, и построение сетей на основе этой технологии имеет реальное будущее.

 Для проектирования  МСС в данной курсовой работе  предложена следующая ситуация: строится новый комплекс зданий  крупной компании. Этот комплекс  состоит из нескольких зданий, примерно равноудаленных друг  от друга и имеющих одинаковое количество этажей. Целью курсовой работы является создание проекта МСС для данного комплекса на базе Ethernet-IP-сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УСЛУГ ПРОЕКТИРУЕМОЙ  СЕТИ

 

Услуги, которые предоставляет проектируемая мультисервисная сеть:

1. Передача речи (телефонная связь) – данная услуга будет реализована на базе средств IP-телефонии, то есть будет применяться IP-телефония в чистом виде (программный IP-телефон плюс персональный компьютер и выход на ТФОП).
2. Видеотелефония (одновременная передача видео и речи через Ethernet-сеть между двумя абонентами) – будет реализована и доступна только с персональных компьютеров, оснащенных камерами, на каждом персональном компьютере должно быть специализированное программное обеспечение (ПО). Она будет доступна только внутри нашей мультисервисной сети.
3. Доступ к базам данных (информационные базы – SkyNet, правовые базы, бухгалтерские базы 1С) – размещены на некотором количестве серверов. Доступ к базам данных осуществляется с распределением прав доступа.
4. Доступ к ресурсам файл-серверов (место для хранения каких-либо общих файлов, домашние папки пользователей, видео и аудио файлы, а также архивы ПО):

- доступ к ресурсам файл-серверов  в пределах мультисервисной сети  регламентируется администратором, этот доступ более широкий для пользователя;

- доступ к ресурсам файл-серверов  через Интернет – ограничен.

5. Доступ в Интернет – для пользователей, которым предоставлена возможность пользования данной услугой.
6. Интранет-радио (радиовещание по локальной сети) – данная услуга работает только в пределах нашей мультисервисной сети, через Интернет она не доступна.
7. Электронная почта (e-mail) предполагает создание отдельного почтового сервера. Он будет связан с Интернет.
8. Web-сервер – предполагается создание собственного web-сервера с предоставлением возможности пользователям мультисервисной сети размещать свои собственные ресурсы. 
   

2. ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ  ТЕХНОЛОГИИ СЕТИ И СЕТЕВЫХ 

ПРОТОКОЛОВ

 

Для построения нашей мультисервисной сети используем технологию Ethernet.

Кадр классического Ethernet имеет максимальный размер 1518 байт и включает в себя данные и служебные заголовки, из которых нам интересны MAC-адрес отправителя и MAC-адрес получателя. В поле данных кадра содержится инкапсулированный пакет протокола 3-го уровня.

Для передачи кадров Ethernet по локальной сети, в основном, применяются два типа сетеобразующих устройства – концентраторы ("хабы", "hubs") и коммутаторы ("свичи", "switches").

Работа концентратора заключается в том, чтобы все полученные кадры повторить (продублировать) на все свои порты. Концентраторы ещё называют "повторителями" ("репитерами", "repeaters"), поскольку основная их задача - именно повторить полученный кадр на все порты. Так как невозможно одновременно повторять более одного кадра на все порты, то все клиентские устройства, при использовании концентратора, могут работать только в режиме полудуплекса, т.е. в один момент времени клиентское устройство может, или принимать данные, или передавать их. По той же причине невозможна одновременная передача данных по сети более чем от одного клиентского устройства – кадры просто наложатся друг на друга, будут искажены и отброшены.

Наложение кадров часто происходит и в процессе нормальной работы сети, построенной на концентраторах, а называется "коллизией". Обычным оно считается потому, что протокол Ethernet не содержит в себе механизма контроля захвата среды передачи на момент передачи кадра, а вместо этого использует механизм обнаружения коллизий ("collision detection", "CD"). Суть данного механизма в том, что каждое клиентское устройство "слушает" среду передачи и начинает передачу только в том случае, если среда свободна. Но, возможна и ситуация, когда между тем, как устройство "прослушало" среду, решило, что она свободна, и начало передачу, проходит какое-то время, и именно в это время какое-то другое устройство начало передачу, в итоге - произошла коллизия и пакеты были отброшены. При обнаружении коллизии, оба устройства прекращают передачу и делают паузу на некоторое время, которое выбирается случайным образом. По истечении этого времени устройства вновь пытаются передать данные, и высок шанс, что в этот раз пакеты не наложатся. Таким образом, в Ethernet решается проблема разделения общей среды передачи между сетевыми устройствами.

Коммутатор, в отличие от концентратора, не повторяет каждый кадр на все порты, а имеет более высокий "интеллект" - он просматривает заголовки и использует MAC-адреса для построения таблицы коммутации кадров, тем самым, работая на втором уровне модели OSI, точнее, на подуровне MAC второго уровня.

 

Топология

 

Из теории следует, что в классическом виде Ethernet нельзя соединять по топологии "кольцо", поскольку, в случае использования концентраторов, это закончится постоянными коллизиями – кадры, пришедшие по двум путям, будут постоянно накладываться. А в случае использования коммутаторов будет происходить т.н. "широковещательный шторм": когда первый же широковещательный кадр начинает бесконечно циркулировать по кольцу из двух соединений. Нетрудно догадаться, что в обоих случаях сеть будет практически выведена из строя. Поэтому для классического Ethernet’а можно применять только топологию типа "звезда", которая является древовидной с непересекающимися ветвями (Рис. 1). Правда, в современных коммутаторах начали встраивать защиту от широковещательных штормов, но это само по себе, конечно, не даёт возможности делать топологию типа "кольцо".

Кстати говоря, возможность широковещательного шторма - одна из серьёзных уязвимостей протокола Ethernet к атакам типа DOS: для выведения из рабочего состояния коммутатора бывает достаточно просто взять кросс-патчкорд и подключить его к двум портам одного и того же коммутатора.

Рисунок 1 – Топология сети Ethernet

 

Продолжая разговор о физической топологии, хотелось бы коснуться темы резервирования соединений, ведь, если два коммутатора соединены одним кабелем, то это не так надёжно – кабель могут повредить, его может залить водой, могут просто отойти контакты и т.п… А топология классического Ethernet не подразумевает параллельных соединений двух коммутаторов или "колец" между звеньями сети. На этот случай был разработан протокол Spanning Tree Protocol (STP). По своей сути, STP просто отслеживает логическую топологию всей "видимой" ему сети и отключает те порты, которые могут "замкнуть" ветви "дерева". Тем самым, можно искусственно организовать кольцо, или несколько колец, между коммутаторами, поддерживающими STP. При этом часть соединений будет постоянно отключена, но активирована только в случае обрыва основного соединения. Обычная практика, при этом, пускать основное и резервные соединения разными физическими путями – чтобы кабели не повредились одновременно. Правда, у STP есть один недостаток – время переключения на резервное соединение может занимать до минуты, а в современных сетях это довольно много. Поэтому был разработан протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), который является более "быстрой" версией STP. В современных сетях, в основном, применяется RSTP или частные протоколы производителей, которые не стандартизованы и поддерживаются только оборудованием этих же производителей. Проблема в том, что протокол (R)STP поддерживают только дорогие коммутаторы, которые относятся к классу "smart".

Обоснование выбора данной технологии:

1. широкая распространенность данной технологии в России;
2. широкий выбор оборудования;
3. относительно невысокая стоимость.

В проектируемой нами МСС используются следующие протоколы:

IP (Internet Protocol)

Протокол IP работает на сетевом уровне эталонной модели OSI. Это протокол реализует распространение информации по IP-сети. Его значение как технологической основы сети Internet очень велико. Протокол IP осуществляет передачу информации от узла к узлу сети в виде дискретных блоков – пакетов. При этом IP не несет ответственности за надежность доставки информации, целостность или сохранение порядка потока пакетов. Эту задачу решают два других протокола TCP и UDP.

TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачи данных.

Протокол обеспечивает полноценную транспортную службу: доставка данных, обработка данных, буферизация, срочная передача данных, организует дуплексные виртуальные соединения посредством предварительной операции установления соединения, обеспечивает возможность передачи управляющей информации одновременно с потоком данных.

UDP (User Datagram Protocol) – дейтаграммный протокол передачи данных.

Этот протокол не гарантирует доставку и не сохраняет порядок поступления дейтаграмм. Таким образом, функция протокола UDP сводится к распределению дейтаграмм между процессами через соответствующие порты и не обязательному контролю целостности данных.

FTP (File Transfer Protocol).

Данный протокол обеспечивает: программный доступ к удаленным файлам (для работы программ предоставляется командный интерфейс); интерактивный доступ к удаленным файлам; преобразование данных (позволяет описать формат хранимых данных); аутентификацию (проверяет имя пользователя, его пароль и права доступа).

HTTP – протокол доставки гипертекстовых сообщений.

Данный протокол является протоколом прикладного уровня и обеспечивает обмен гипертекстовой информации в Интернет. HTTP реализует различный формы доступа, базирующиеся на URI (в форме URL) и универсальном способе именования информационных ресурсов URN. Обмен данными в HTTP организован по принципу «запрос-ответ». В соответствии с этим протоколом сообщения по сети передаются в формате, похожем не почтовое сообщение Internet.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).

Для работы электронной почты в Интернет, разработан протокол SMTP, который является протоколом прикладного уровня и работает совместно с протоколом транспортного уровня TCP. При использовании SMTP программа отправки почтовых сообщений «пытается» установить оперативный доступ (режим on-line) к «почтовому ящику» абонента и сразу «опустить» письмо в этот «ящик». Другими словами, если сеть передачи данных способна обеспечить режим «on-line», тогда применяется SMTP.