Проектирование сети

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЯМАЛЬСКИЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ ИНСТИТУТ (филиал)

 

Бруслова О.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учебное пособие

по курcу

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, СИСТЕМЫ  И СЕТИ

Проектирование сети

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Новый Уренгой

2012 г.

 

Составитель: доцент кафедры ЕНОТД, к.т.н. О.В.Бруслова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

Перечень рисунков

 

Перечень  таблиц

 

 

 

 

 

 

 

1. Задачи проектирования сети

Проектирование должно способствовать закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами в процессе изучения лабораторного курса по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети», а также умений и навыков, полученных при выполнении  лабораторных занятий, и применению этих знаний, умений и навыков к решению конкретных инженерных задач, развитию навыков работы со специальной литературой и навыков инженерного проектирования.

2. Тематика и содержание работы

Задание на  проектирование посвящено проектированию вычислительных сетей (ВС) как основы комплекса технических средств информационных систем различных предметных областей (организаций, предприятий, учреждений и их подразделений). При выполнении расчёта студент должен:

• провести сравнительный анализ различных вариантов архитектуры ВС с системных позиций по основным параметрам: стоимость, быстродействие, надежность, информационная безопасность;
• разработать структурную схемы локальных ВС, сети кампуса с учетом выбранного варианта подключения к Internet, а также структуру аппаратного и программного обеспечения для предоставления выбранного перечня услуг ВС;
• оформить пояснительную записку и графическую часть проекта.
• В процессе проектирования рекомендуется пользоваться специальным программным продуктом – системой автоматизированного проектирования NetWizard известной фирмы 3СОМ, порядок пользования которым подробно описан в методических указаниях [10].

3. Задания по проектированию

Индивидуальное задание на  проектирование сети складывается из двух основных частей проекта ВС:

1. Разработать проект локальной вычислительной сети как основы комплекса технических средств информационной системы в заданной предметной области. Сконфигурировать и рассчитать локальную сеть Ethernet для фирмы, расположение отдельных подразделений которой и их основные характеристики приведены в таблице.
2. Определить структуру, способ использования вычислительной сети кампуса и необходимый перечень услуг для информационной системы в заданной предметной области.

Исходные данные для разработки информационной системы представлены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 Исходные данные для разработки информационной системы

N варианта	Предметная область	Кол-во рабочих групп (отде-льных комнат)	Рассто-яние между соседними группами, м	Число рабо-чих стан-ций  в группе – min/ max	Размеры зданий, м Длина* ширина	Коли-чество этажей располо-жения  групп в здании	Коли-чество зданий в  кам-пусе/расстояние между ними
1	Информационная система для  автоматизации организационно- распорядительного документооборота производственного предприятия.	3	50-100	3/5	70* 20	2	1/100
N варианта	Предметная область	Кол-во рабочих групп (отде-льных  комнат)	Рассто-яние между соседними группами, м	Число рабо-чих стан-ций в группе – min/ max	Размеры зданий, м Длина* ширина	Коли-чество этажей располо-жения  групп в здании	Коли-чество зданий в кам-пусе/расстояние между ними
2	Информационная  система для автоматизации документооборота оперативного управления производственного  предприятия.	7	50-150	10/20	700* 150	5	4/700
3	Информационная система  для автоматизации документооборота подсистемы сбыта производственного  предприятия.	6	100-200	10/20	700* 100	7	4/500
4	Информационная система  для организационно- распорядительного  документооборота учреждения	5	100-300	10/30	500* 200	10	3/500
5	Информационная  система для факультета университета	4	100-500	10/30	500* 150	6	5/700
6	Информационная  система для кафедры университета	3	100-700	10/50	500* 100	5	4/400
7	Информационная  система для торгового предприятия	8	10-120	10/15	400* 300	6	4/500
8	Информационная  система для авиапредприятия	7	10-150	10/20	400* 250	9	3/300
9	Информационная  система для лечебного учреждения (больницы)	6	10-200	10/20	400* 200	7	4/700
10	Информационная  система для санатория	5	10-100	10/30	400* 150	6	5/600
N варианта	Предметная область	Кол-во рабочих групп (отде-льных комнат)	Рассто-яние между соседними группами, м	Число рабо-чих стан-ций  в группе – min/ max	Размеры зданий, м Длина* ширина	Коли-чество этажей располо-жения  групп в здании	Коли-чество зданий в  кам-пусе/расстояние между ними
11	Информационная  система для банка	4	10-100	10/30	400* 100	6	7/500
12	Информационная  система для культурно-спортивного  центра	3	10-100	10/50	300* 100	4	6/500
13	Информационная  система для издательства с филиалами в других городах	8	50-100	10/15	200* 100	4	4/400
14	Информационная  система для автотранспортного  предприятия	7	50-100	10/20	200* 150	3	9/300
15	Информационная система  для предприятия связи	6	100-120	10/20	200* 200	3	10/200
16	Информационная система для железнодорожного вокзала	5	30-50	10/30	200* 250	4	8/250
17	Информационная  система для школы (колледжа, гимназии)	4	10-100	10/30	300* 300	2	10/150
18	Информационная  система для выставочного центра	3	10-70	10/50	380* 200	3	5/100
19	Информационная система  для центра службы занятости	8	10-120	10/15	800* 250	4	3/150
20	Информационная  система для акционерного общества, имеющего филиалы в других городах	7	10-150	10/20	800* 300	6	3/200
N варианта	Предметная область	Кол-во рабочих групп (отде-льных комнат)	Рассто-яние между соседними группами, м	Число рабо-чих стан-ций  в группе – min/ max	Размеры зданий, м Длина* ширина	Коли-чество этажей располо-жения  групп в здании	Коли-чество зданий в  кам-пусе/расстояние между ними
21	Информационная система для небольшой финансовой компании	6	10-100	10/20	500* 120	5	5/200
22	Информационная система  для небольшой инвестиционной фирмы	5	10-150	10/30	500* 200	5	4/300
23	Информационная система  для архитектурной организации	4	10-150	10/30	700* 250	7	4/400
24	Информационная  система для машиностроительного  предприятия	3	10-150	10/50	800* 300	9	3/700
25	Система для автоматизации документооборота хозяйствен- ного предприятия (склада)	4	20-50	20/3	1000* 500	1	6/500
26	Информационная система  для автоматизации передачи видеоинформации	7	100-150	10/20	700* 150	3	2/350
27	Информационная система  для автоматизации документооборота подсистемы сбыта производственного  предприятия.	8	600-1200	20/40	2000* 2500	8	4/500
28	Информационная система  для организационно- распорядитель-ного документооборота учреждения	8	600-900	10/30	500* 800	10	3/500
N варианта	Предметная область	Кол-во рабочих групп (отде-льных комнат)	Рассто-яние между соседними группами, м	Число рабо-чих стан-ций  в группе – min/ max	Размеры зданий, м Длина* ширина	Коли-чество этажей располо-жения  групп в здании	Коли-чество зданий в  кам-пусе/расстояние между ними
29	Информационная система  для кафедры университета	3	100-150	2/3	12* 15	1	3/250
30	Информационная  система для игрового зала	12	100-700	20/25	500* 100	5	4/400
31	Информационная  система для торгового центра	40	50-100	1/2	4000* 3000	3	2/500
32	Информационная система  для ж/д станции	2	100-500	10/20	400* 250	2	3/200
33	Информационная система  для лечебного учреждения (больницы)	50	10-200	2/4	600* 200	4	4/700
34	Информационная система  для лечебного учреждения (поликлиники)	3	20-100	10/20	400* 150	6	5/600
35	Информационная система  для банка	6	20-200	10/30	700* 100	5	7/500
36	Информационная система  для спортивно-оздоровительного учрежления	3	10-100	10/50	500* 100	4	6/500
37	Информационная система  для фирмы с филиалами в других городах	20	500-1000	10/15	2020* 1000	4	4/400
38	Информационная система  для автотранспортного предприятия	10	50-100	10/20	200* 150	4	9/300
39	Информационная  система для почтового отделения	4	10-12	1/2	20* 20	3	10/200
N варианта	Предметная область	Кол-во рабочих групп (отде-льных комнат)	Рассто-яние между соседними группами, м	Число рабо-чих стан-ций  в группе – min/ max	Размеры зданий, м Длина* ширина	Коли-чество этажей располо-жения групп в здании	Коли-чество зданий в  кам-пусе/расстояние между ними
40	Информационная система  для компьютерного салона	3	10-70	10/50	380* 200	3	5/100
41	Информационная система  для центра службы занятости	8	10-120	10/15	800* 250	4	3/150
42	Информационная система  для акционерного общества, имеющего филиалы в других городах	7	10-150	10/20	800* 300	6	3/200
43	Информационная система  для небольшой финансовой компании	6	10-100	10/20	500* 120	5	5/200
44	Информационная система  для небольшой фирмы	4	10-15	10/30	50* 20	5	4/300
45	Информационная система  для архитектурной организации	4	100-150	10/30	700* 350	4	4/400
46	Информационная система  для машиностроительного предприятия	3	10-150	10/50	800* 300	9	3/700

 

4. Правила оформления  пояснительной записки

Пояснительная записка пишется  на одной стороне листа бумаги формата А4. Общий объем порядка  20 страниц. С левой стороны листа должны быть поля шириной 20 мм, листы подшиваются в папку вместе с диаграммами, схемами и другими иллюстрациями. Все схемы, формулы, графики должны быть пронумерованы и снабжены подписями и ссылками в тексте. Материалы в пояснительной записке следует располагать в следующем порядке:

• титульный лист;
• задание на проектирование;
• содержание;
• спецификация документов проекта;
• список обозначений;
• введение и анализ задания.

Проектирование сети :

• технико-экономическое обоснование разработки вычислительной сети;
• структуризация сети кампуса. Выделение и определение размеров подсетей;

• назначение IP адресов хостам, формирование масок подсетей, назначение IP адресов портам маршрутизаторов;

-проектирование ЛВС зданий:

• выбор конфигураций вычислительных сетей зданий;

• проектирование структурных схем вычислительных сетей;

• теоретико - расчетная часть (проверочный расчет корректности сетей по временным параметрам);

- проектирование кампусных связей:

• разработка  пограничных устройств на коммутаторах;
• выбор структуры аппаратного и программного обеспечения для предоставления выбранного перечня услуг глобальной ВС;

• заключение (соответствие спроектированной сети техническому заданию, особенности проекта);

• список литературы;
• приложения (спецификация на оборудование и др.).

В пояснительной записке должны быть выдержаны единые обозначения  и единые размерности для используемых параметров. Допускаются общепринятые сокращения слов, терминов, обозначений. Законченная пояснительная записка подписывается студентом, руководителем проекта и представляется на защиту комиссии.

5. Правила оформления  графического материала

Графическая часть  является технической документацией на разработанный студентом проект вычислительной сети. Графический материал, помещенный в пояснительной записке, а также на листах, по формату, условным обозначениям, шрифтам и масштабам должен соответствовать требованиям единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

6. Методика  проектирования

6.1. Общие теоретические сведения  о вычислительных сетях

Вычислительная сеть (ВС) состоит  из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). ВС классифицируются по геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительная сеть; широкомасштабная (корпоративная) сеть; региональная (кампусная) сеть; локальная сеть.Требования, предъявляемые к вычислительной сети в данной прикладной области, определяют географические масштабы ВС и скорости передачи данных.Под локальной вычисли-тельной сетью (ЛВС) обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машины в одной комнате, здании или несколько близко расположенных зданиях. Сети связи ЛВС имеют в настоя-щее время следующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0.1 - 100 Мбит/с), небольшую протяженность (0.1 - 50км), малую вероятность ошибки передачи данных (+1Е-8 - +1Е-11).Глобальные компьютерные сети (ГВС) включают компьютеры и каналы связи, обеспечивающие возможность передачи информации от компьютера к компьютеру. ГВС, напри-мер, сеть сетей - Интернет, охватывают миллионы компьютеров практически во всех странах мира. Основной эффект от использования ГВС для конечного пользователя заключается в сокращении времени обмена или доступа к информации при снижении затрат. ГВС представляют собой специфические предприятия по производству (предоставлению) информационного сервиса – электронная почта, телеконференции, новости, биржевые сводки, передача файлов, доступ к сетевым архивам и базам данных и т.д. Схема вычислительной сети здания показана на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема вычислительной сети здания

В соответствии с двумя основными  компонентами корпоративной вычислительной сети для  проектирования выбраны  два основных варианта - проектирование локальной вычислительной сети и  проектирование аппаратного и программного обеспечения для использования услуг глобальной вычислительной сети (сети кампуса) в информационных системах предприятий и организаций. Главными особенностями сетей кампусов являются следующие (рис. 2). Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Важной службой, предоставляемой сетями кампусов, стал доступ к корпоративным базам данных независимо от того, на каких типах компьютеров они располагаются.

Рисунок 2- Структура   сети кампуса

Именно на уровне сети кампуса возникают  проблемы интеграции неоднородного  аппаратного и программного обеспечения.

Сеть сложной кампусной системы  обычно строится по иерархическому принципу. Она включает в себя три иерархических уровня: уровень доступа, уровень распределения и уровень ядра системы (рисунок 3).

Рисунок 3 – Структура сложной кампусной сети

 На уровне доступа часто выбирают две модели коммутаторов Cisco Systems - Catalyst 5000 или Catalyst 5500. Выбор той или иной модели коммутатора в каждом конкретном случае зависит от числа и типа пользовательских портов, подключенных к данному кабельному узлу. Зная о возможном скором переходе на высокоскоростные сетевые соединения, многие заказчики выбирают в качестве основных порты с разными скоростями передачи – 10 и 100 Мбит/с (Ethernet и Fast Ethernet). В качестве коммутатора для уровня доступа рекомендуется использовать именно модель Catalyst 5500 (или 550х), способную резервировать коммутирующий процессор (Supervisor Engine Module), что позволит значительно повысить отказоустойчивость системы уже на уровне доступа.

На уровне распределения каждый коммутатор Catalyst 5000 уровня доступа обычно имеет по две восходящие связи Fast Ethernet ISL. Для повышения степени надежности системы каждая из этих связей подключается к разным коммутаторам Catalyst 5000, образующим уровень распределения.

Необходимо отметить, что в большинстве  случаев из-за физических ограничений, таких как размеры зданий, корпусов, аппаратных помещений и пр., размер функциональных блоков может быть различным. Однако на общей модели сети это никак не отражается. На рисунке 4 показан пример конфигурации сети на уровнях доступа и распределения

Рисунок 4- Уровни доступа и распределения

Все 14 коммутаторов уровня распределения на примере образуют семь функциональных строительных блоков сети. В каждом блоке имеются все возможности и реализованы все функции для обеспечения взаимодействия всех узлов и VLAN внутри блока.

Уровень ядра должен предоставлять три типа функций по объединению имеющихся блоков в единую сетевую систему:

• Взаимодействие VLAN за пределами строительных блоков сети (Inter-VLAN communication).
• Взаимодействие оборудования из разных строительных блоков, необходимое для определения оптимальных маршрутов следования потоков данных в разных направлениях.
• Обеспечение связи всех конечных узлов сети с корпоративными серверами и внешними сетями (частные глобальные сети и Интернет).