Компьютерная сеть в программной среде NetEmul на основании поэтажного плана офисного помещения

Введение

Нормативные ссылки

1. Задание на проектирование сети

2. Структурно-функциональная схема

3. Выбор и описание архитектуры сети, применяемых технологий и оборудования

3.1 Используемые технологии

3.2 Применяемая топология

3.3 Комбинированные топологии

3.4 Применяемое оборудование

3.5 Сетевое оборудование

4. Используемое программное обеспечение

5. Обоснование плана размещения оборудования

6. Расчёт стоимости реализации проекта

6.1 Расчет стоимости реализации проекта

Заключение

Используемая литература

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение

Курсовой проект по дисциплине «Сети и телекоммуникации» выполняется студентами МИППС специальности 230 100 в осеннем семестре. В рамках курсового проекта должна быть спроектирована компьютерная сеть в программной среде NetEmul на основании поэтажного плана офисного помещения согласно варианту.

Задачей курсового проекта является разработка компьютерной сети по заданным исходным данным: компьютерная сеть программная сервер

— месту установки ЛВС (согласно варианту поэтажного плана);

— плану помещения и развёртке стен;

— типу сети (с сервером или одноранговой);

— числу рабочих станций;

— числу и типу серверов (например, файл-сервер, сервер печати);

— архитектуре сети;

— типу кабеля;

— способу взаимодействия с внешней сетью и типу внешней сети.

При выполнении курсового проекта используются знания, полученные студентами при изучении дисциплин «Сети и телекоммуникации», «Информатика» а также «Организация ЭВМ, комплексов и систем», «Системное программное обеспечение», «Теория информации и сигналов», «Безопасность жизнедеятельности».

Целью курсового проектирования является приобретение практических навыков по проектированию компьютерных сетей, их аппаратных и программных средств.

Нормативные ссылки

— ГОСТ 2.104−68

— ГОСТ 102–68

— ГОСТ 2.701−76

— ГОСТ 2.316−68

— ГОСТ 7.1−76

— IEEE 802.15.4 — Физический уровень и управление доступом к среде для беспроводных персональных сетей с низким уровнем скорости (Low-rateWPAN)/

— IEEE 802.15.5 — Mesh networking ДляWPAN/

— IEEE 802.16 — Беспроводная городская сеть (WiMAXсертификация)

— IEEE 802.16e — (Мобильные) Широковещательные беспроводные сети

— IEEE 802.16.1- Служба местного многоточечного распределения

— IEEE 802.17 — Эластичное кольцо пакетов

— IEEE 802.18 -Радиорегулирование

— IEEE802.1 — управление сетевыми устройствами и их взаимодействие

— СанПиН

1. Задание на проектирование сети Задание на курсовое проектирование выбирается студентом согласно варианту, по последней цифре номера зачетной книжки. Цифр зачетной книжки 11-ЗКБс-394 следовательно выбираем вариант № 4.

На рисунке 1 изображен план цокольного помещения для Вариант № 4.

Рисунок 1 — План цокольного помещения.

Исходные данные:

— план этажа для установки ЛВС;

— тип сети — на основе сервера;

— число рабочих станций 57;

— архитектура сети звезда;

— тип кабеля — витая пара;

— способ взаимодействия с внешней сетью.

2. Структурно-функциональная схема Внимательно изучив полученное задание, составим структурно-функциональную схему. Это нужно для того, чтобы понять физическую и логическую топологию проектируемой сети, выбрать необходимое сетевое оборудование, определиться со службами и приложениями, работающими в сети.

Также на структурно-функциональной схеме необходимо указать название рабочей группы и имена ПК из состава сети, адресацию сетевого уровня, тип адресации (статическое распределение или динамическое) и прочие настройки в зависимости от варианта задания. Структурно-функциональная схема изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 Структурно-функциональная схема

3. Выбор и описание архитектуры сети, применяемых технологий и оборудования Большинство сетей, в том числе и наша, имеют следующую конфигурацию — они работают на основе выделенного сервера. Выделенным называется сервер, который работает только как сервер, а не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и имеет ряд преимуществ перед одноранговыми сетями:

Выделение ресурсов — администрирование и управление доступа и данными осуществляется централизованно. Ресурсы как правило тоже расположены централизовано, что обеспечивает из поиск централизованно.

Защита — основным аргументом определяющим выбор сети на основе сервера является как правило надежная защита данных. Проблемой безопасности может заниматься один администратор, он формирует единую политику безопасности и применяет ее в отношении каждого сетевого пользователя.

Резервное копирование данных — поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, нетрудно проводить ее регулярное резервное копирование.

Избыточность — благодаря избыточным системам данные на любом сервере могут дублироваться в реальном режиме времени, поэтому при повреждении основного хранилища информация не будет потеряна, всегда можно воспользоваться резервной копией.

Количество пользователей в этих сетях — сети на основе сервера способны поддерживать 1000-и пользователей.

Аппаратное обеспечение — т. к клиентский ПК не выполняет функции сервера, требования к его характеристикам определяет сам пользователь.

Каждая сеть должна следовать определенным правилам (протоколам) при передачи данных от одного компьютера к другому. Протокол определяет способ доступа узла к передающей среде (кабелю) и способ передачи информации от одного узла к другому.

3.1 Используемые технологии Для начала поясним общие сведения о будущей сети. В данном курсовом проекте мы составим сеть предприятия, с четырьмя рабочими кабинетами, серверной комнатой и кабинетом директора. Для чего используем тип многоранговой сети с использованием сервера.

В сети будет задействовано 57 рабочих станций, 1 сервер, 7 концентраторов, 1 маршрутизатор, кабель витая пара категории 5е.

Сеть будет подключена к интернету, с помощью маршрутизатора подключенного к провайдеру интернета. Таким образом каждый пользователь рабочей станции будет иметь доступ в интернет, доступ к серверу. Рабочие станции будут функционировать под управлением операционной системы Windows 7, для сервера предусмотрено специальное серверное программное обеспечение WindowsServer 2012.

В устройстве сервера предусмотрено 3 жестких диска, объединенных технологией RAID и твердотельный накопитель SSD на который будет установлена операционная система.

Технология RAID (англ. redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков) — массив из нескольких дисков (запоминающих устройств), управляемых контроллером, связанных между собой скоростными каналами передачи данных и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи.

Не будем углубляться в классификацию RAIDмассивов, разберем лишь нужный нам RAID 5, т.к. на нем будет работать наша файловая система.

Основным недостатком уровней RAID от 2-го до 4-го является невозможность производить параллельные операции записи, так как для хранения информации о чётности используется отдельный контрольный диск. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR (исключающее или). Xor обладает особенностью, которая даёт возможность заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Например: a xor b = c (где a, b, c — три диска рейд-массива), в случае если a откажет, мы можем получить его, поставив на его место c и проведя xor между c и b: c xor b = a. Это применимо вне зависимости от количества операндов: a xor b xor c xor d = e. Если отказывает c тогда e встаёт на его место и проведя xor в результате получаем c: a xor b xor e xor d = c. Этот метод по сути обеспечивает отказоустойчивость 5 версии. Для хранения результата xor требуется всего 1 диск, размер которого равен размеру любого другого диска в raid.

Плюсы и минусы системы RAID 5

Плюсы: RAID5 получил широкое распространение, в первую очередь, благодаря своей экономичности.

Объём дискового массива RAID5 рассчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n — число дисков в массиве, а hddsize — размер наименьшего диска. Например, для массива из четырех дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 — 1) * 80 = 240 гигабайт.

На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы и падает производительность, так как требуются дополнительные вычисления и операции записи, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких дисков массива могут обрабатываться параллельно.

Минусы: Производительность RAID 5 заметно ниже, в особенности на операциях типа Random Write (записи в произвольном порядке), при которых производительность падает на 10−25% от производительности RAID 0 (или RAID 10), так как требует большего количества операций с дисками (каждая операция записи сервера заменяется на контроллере RAID на три — одну операцию чтения и две операции записи). Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на еще одном диске, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат. Следует также принять во внимание, что процесс RAID Reconstruction (восстановления данных RAID за счет избыточности) после выхода из строя диска вызывает интенсивную нагрузку чтения с дисков на протяжении многих часов непрерывно, что может спровоцировать выход какого-либо из оставшихся дисков из строя в этот наименее защищенный период работы RAID, а также выявить ранее необнаруженные сбои чтения в массивах cold data (данных, к которым не обращаются при обычной работе массива, архивные и малоактивные данные), что повышает риск сбоя при восстановлении данных. Минимальное количество используемых дисков равно трём.

3.2 Применяемая топология Для разработки проекта сети важно правильно выбрать топологию сети, в нашем случае используется комбинированная топология «Звезда».

Топология сети — это физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

— на состав необходимого сетевого оборудования;

— на характеристики сетевого оборудования;

— на возможности расширения сети;

— на способ управления сетью.

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

3.3 Комбинированные топологии Сегодня при компоновке сети все чаще используются комбинированные топологии, которые сочетают отдельные свойства шины, звезды и кольца.

Звезда-шина— это комбинация топологий «шина» и «звезда». Обычно схема выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины.

В этом случае выход из строя одного компьютера не скажется на работе всей сети — остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом.

А выход из строя концентратора повлечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов. Изображено на рисунке 3.

Рисунок 3 — Топология звезда-шина Звезда-кольцонесколько похожа на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключаются к концентраторам. Отличие в том, что концентраторы в звездешине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце все концентраторы подключены к главному концентратору, образуя звезду.

Кольцо же реализуется внутри главного концентратора. Изображено на рисунке 4.

Рисунок 4 — Топология звезда-кольцо

3.4 Применяемое оборудование Сервер.

Сервер — компьютер, на который установлено специальное программное обеспечение. Именно оно дает возможность оказывать услуги другим устройствам, подключенным к серверу, — сразу нескольким компьютерам, принтерам, факсам и т. д. Устройства, подключенные к серверу, называют клиентами.

Наличие сервера позволяет предприятию выполнять более масштабные задачи, нежели это возможно при использовании обычного компьютера.

В нашем случае сервером будет служить высокопроизводительный персональный компьютер собранный на базе процессора IntelCorei7.

Самая главная характеристика сервера — это его производительность, которая зависит от нескольких параметров:

— во-первых, от типа и производительности процессоров;

— во-вторых, от объема и типа оперативной памяти;

— в-третьих, от производительности дисковой подсистемы.

Процессор Socket 1155 Intel Core i7−3770 (3.4 ГГц) Материнская плата S-1155 AsusP8Z77-VLX2

Вентилятор Ice Hammer IH-3776WV

Модуль памяти 4096 Мб DDR3 1600 Kingston — 4 шт.

Твердотельный накопитель SSD 2.5″ 128 Гб CrucialSATA 2 V4

Жесткийдиск 3,5″ 3.0 Тб Western Digital [WD30EZRX] - 3шт.

Привод CD-DVD Asus DRW-24B5ST SATA

Видеокарта 1024 Мб PCI-E GeForce GTX660Ti Zotac

Корпус Aerocool Black Hawk (безБП), черный

10) Блок питания 700WFSP [700−80EPN]

11) КлавиатураGenius, USB

12) МышьMicrosoft, USB

13) МониторLCD 20″ LG 20EA53VBLEDIPS

14) Источник бесперебойного питания APCSmart-UPS 3000VA

Рабочие станции.

Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или стационарный компьютер в составе локальной вычислительной сети (ЛВС) по отношению к серверу. В локальных сетях компьютеры подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи работают в базах данных, создают документы, делают расчёты. Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные ресурсы всем узлам сети, в том числе и рабочим станциям.

В отличии от сервера, рабочие станции не требуют высокой производительности.

Так как все тяжелые процессы выполняет сервер, а рабочей станции достаточно стандартных офисных характеристик.

Технические характеристики рабочей станции:

1) Процессор Socket 1155 Intel Celeron G1610 (2.6 ГГц)

2) Материнская плата S-1155 Asus P8H61-M LX3

3) Вентилятор GlacialTechi640 Combo

4) Модуль памяти 2048 Мб DDR3 1333 Kingston

5) Жесткийдиск 3,5″ 250 Гб Western Digital [WD2500AAKX]

6) Привод CD-DVD Asus DRW-24B5ST SATA

9) Корпус H-233, черный

10) Блок питания 450WFSP

11) Клавиатура Genius, USB

12)МышьMicrosoft, USB

13)МониторLCD19″ Phillips 203V5LSB26

14)Блок бесперебойного питания FSPEP650VA

3.5 Сетевое оборудование Маршрутизатор.

В плане функциональных возможностей роутеры тоже могут отличаться друг от друга достаточно серьезно. Пожалуй, самое основное отличие заключается в наличии или отсутствии у роутера модуля беспроводной Wi-Fi связи.

Еще одним полезным элементом современного роутера для дома или офиса является USB порт. С его помощью функционал роутера значительно расширяется.

Так, например, через USB интерфейс к роутеру можно подключить флеш накопитель или даже внешний жесткий диск, который даст возможность использовать данное хранилище информации подобно файловому серверу.

Для нашей сети я выбрал наиболее подходящий маршрутизатор Asus RT-AC66U, 802.11ac wireless 1300Mbps 2.4GHz & 5GHz wifi маршрутизатор, 4-port 10/100/1000 свитч, 2-port usb

Особенности

— Поддержка высокоскоростного стандарта Wi-Fi 802.11ac;

— Облачный сервис ASUS AiCloud;

— Проводные порты стандарта Gigabit Ethernet;

— Мощные съемные антенны обеспечивают большую зону покрытия беспроводной сети;

— Удобный графический интерфейс;

— Система автономной загрузки файлов Download Master;

— Два многофункциональных порта USB.

Коммутаторы.

Сетевой коммутатор (жарг. свич от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.

В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю (исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети и трафик для устройств, для которых не известен исходящий порт коммутатора). Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

1. Коммутатор Cisco SB SLM2016T-EU, Gigabit Smart Switch 16 ports 10/100/1000Mbps, 2 ports 10/100/1000 or SFP, 19″ 1U

2. Коммутатор Cisco SB SG100D-08-EU, switch 8-port 10/100/1000Mbps

Их потребуется 6 шт.

Кабели

1. Соединительный кабель — витая пара, категории 5е

2. Патч-корды

3. Коннекторы

4. Используемое программное обеспечение Работа сети напрямую зависит от подобранного программного обеспечения, как прикладного так и операционной системы.

Состав прикладного ПО определяется функциональными задачами, решаемыми подразделением. В сети могут использоваться как автономные, так и сетевые версии прикладного ПО. В результате анализа решаемых задач мы определили перечень программных средств для каждой рабочей станции и сервера.

Сетевая операционная система выбирается исходя из назначения серверов (файловый, баз данных, приложений), совместимости (или обеспечения наибольшей производительности) с прикладным ПО, организации сетевого и межсетевого взаимодействия.

По результатам сравнительного анализа были выбраны наиболее подходящие для решения поставленных задач программные продукты.

На сервер установлен Windows Server 2012 в качестве операционной системы, антивирусное программное обеспечение Kaspersky Anti-virus for file Server Russian edition1 year Reneval License.

Рабочие станции установлена операционная система Windows 7 Professional 32-bit, антивирусное программное обеспечение Kaspersky Work Space Security Russian edition. 20 user 1 year Reneval License, офисное программное обеспечение Microsoft Office Home and Business 2013, 32-bit в количестве 57 шт.

Итог по результатам анализа и выбора ПО. Таблица 1

Таблица 1 — Результат анализа и выбора ПО.

Таблица 1 — Результат анализа и выбора ПО.

5. Обоснование плана размещения оборудования Рисунок 5 — План размещения оборудования (1-серверная комната, 6 рабочие кабинеты) Кабельная система соединяет отдельные устройства в единую физическую и логическую сеть.

Для соединения устройств ЛВС используются, как правило, следующие элементы:

кабель;

розетки;

патч-панели;

патч-корды;

распределительные стойки;

активное оборудование (коммутаторы, маршрутизаторы и т. д.).

Для подключения мобильных узлов используются радиокарты, беспроводные точки доступа.

Для связи с внешней сетью и организации межсетевого взаимодействия используются такие средства, как:

маршрутизатор;

цифровые модемы;

аппаратура DTE/DCE;

беспроводной мост/ маршрутизатор и другая аппаратура доступа.

На структурной схеме сети с учетом ее размещения в помещении представим компоненты сети и их соединения. При организации сетевого взаимодействия укажем для соответствующих компонентов сети их имена и адреса (IP, IPX). Пример функциональной схемы приведен на рис. 4.

Основные требования к кабельной системе Тип кабеля определяется используемой сетевой архитектурой. Проложенный кабель должен быть надежно закреплен или уложен в короб.

Для обеспечения требуемой «гибкости» в случае будущей модернизации сети в кабельной системе следует использовать такие элементы, как розетки, патч-корды, патч-панели, распределительные стойки и т. п.

Кабель не должен подвергаться воздействию электромагнитных излучений (в т.ч. от электропроводки), источников теплового излучения (батареи), механическому воздействию. Кабель не должен мешать естественному производственному процессу

6. Расчёт стоимости реализации проекта Спецификация для сервера приведена в таблице 2.

Таблица 2 — Конфигурация сервера

Спецификация для рабочих станций приведена в таблица 3.

Таблица 3 — Конфигурация рабочих станций.

Спецификация для сетевого оборудования приведена в таблице 4.

Таблица 4 — Конфигурация сетевого оборудования.

6.1 Расчет стоимости реализации проекта Завершающим этапом проектирования является расчет стоимости реализации. Именно стоимость проекта чаще всего определяет его судьбу.

Для оценки стоимости сводим в единую таблицу (табл. 5) стоимость всех составляющих сети, рассчитайте общую стоимость и оцените возможность ее уменьшения. Если это возможно, вернитесь к предыдущим этапам разработки и внесите необходимые изменения.

Таблица 5 — Расчет стоимости реализации проекта.

Стоимость данного проекта можно немного уменьшить, если сделать сервер менее мощным. Например убрать видеокарту (-8,200), уменьшить объем жестких дисков до 1Tb (-8,400), уменьшить оперативную память до 8 Гб (-3,200). Либо сократить количество рабочих станций. На маршрутизаторах и коммутаторах лучше не экономить. Итого, после уменьшения характеристик сервера можно сэкономить от 19,800 руб.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта я приобрел практические навыки по проектированию компьютерных сетей, их аппаратных и программных средств.

Изучил интерфейс программы NetEmul, научился проектировать компьютерные сети в программной среде NetEmul на основании поэтажного плана офисного помещения согласно варианту.

Ознакомился с основными видами топологии сетей и применяемым в построении сетей оборудованием, а так же изучил его спецификацию.

В данной работе была выполнена структурно-функциональная схема сети и план размещения оборудования в помещении, произведен анализ и выбор программного обеспечения и оборудования.

Стоимость данного проекта, включающего в себя север, рабочие станции в количестве 57 шт., программное обеспечение и необходимое сетевое оборудование с учетом работы (прокладка, настройка сети и оборудования) составляет 1,813,400 руб.

Используемая литература Борисенко, А. А. Локальная сеть [Текст]. — М.: Изд-во Эксмо, 2006. — 160 с.

Журнал сетевых решений/LAN [Электронный ресурс]: [web-сайт]: Журнал о компьютерных сетях, средствах связи, системах передачи данных, управления сетями и проектами, системах безопасности разного уровня. http://www.osp.ru/lan/

Компъютерные сети. Сертификация Network+ [Текст]: учебный курс / Microsoft Corporation; пер. с англ. — М.: Русская Редакция, 2002. — 704 с.

Кузин, А. В. Компьютерные сети [Текст]: учеб. пособие / А. В. Кузин, В. М. Демин. — 2-е изд. — М.: ФОРУМ, 2008. — 192 с.

Макин, Дж. К. Развертывание и настройка Windows Server 2008. Учебный курс Microsoft [Текст] = Configuring Windows Server 2008 applications infrastructure / Макин, Дж. К., Десаи, Анил; пер. с англ. — М.: Русская редакция, 2011. — 640 с.

Максимов, Н. В. Компьютерные сети [Текст]: учеб. пособие для студентов учреждений сред. проф. образования / Н. В. Максимов, И. И. Попов. — 4-е изд. перераб. и доп. — М.: ФОРУМ, 2010. — 464 с.

Олейник, В. Ф. Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития [Текст]: Учебное пособие / И. А. Гепко, Олейник В. Ф., Ю. Д. Чайка, А. В. Бондаренко; под ред. В. Ф. Олейника. — М.: Изд-во Эксмо, 2009. — 672 с.

Олифер, В.Г., Олифер, Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: Учебник. 4-е издание. — СПб.: Питер, 2010. — 944 с.

Основы компьютерных сетей [Текст + Электронный ресурс]: [CD]: Методическое пособие.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. — 55 с.

Проектирование локальной компьютерной сети предприятия [Электронный ресурс] / - Режим доступа: http://createlan.net/

Сети/Network World [Электронный ресурс]: [web-сайт]: Журнал о технологиях, услугах и решениях для организации всех видов связи и коммуникаций на предприятиях. http://www.osp.ru/nets/

Служба Active Directory. Ресурсы Windows Server 2008 [Текст] = Active Directory. Resourse Kit. Windows Server 2008 / Раймер, Стен [идр.]; пер. сангл. — СПб.: Питер, 2009. — 816 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ, А Расположение рабочих станций на поэтажном плане Расположение рабочих станций на поэтажном плане (где 1- 6 рабочие кабинеты) ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Cтруктурно-функциональная схема ПРИЛОЖЕНИЕ В Структурно-функциональная схема разработанная в программе NetEmul.