Федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение
Высшего профессионального
образования
Уральский государственный
университет путей сообщения
Кафедра «ИТ
и ЗИ»
Курсовой
проект
На тему: «Проектирование
ЛВС предприятия»
Проверил:
Выполнил:
к.т.н. доцент
ст. гр. ИТ-311
Паршин К. А.
Ахметгареев К.Ю
Екатеринбург,
2013
Содержание
Введение
Локальная вычислительная
сеть представляет собой совокупность
узлов коммутации и линий связи, обеспечивающих
передачу данных пользователей сети. Поэтому
требования могут быть разделены на две
части:
- требования
к узлам коммутации
- требования
в линиям связи
Целью любого
проектирования является выбор варианта
наиболее полно удовлетворяющего требованиям
заказчика.
Спроектировать
локальную вычислительную сеть (ЛВС) предприятия
для информационного обеспечения взаимодействия
отделов на этаже производственного здания
(Приложение 1) с учетом исходных данных:
Табл.1
№ вар |
Количество рабочих мест |
Кол-во портов коммутатора 1 |
Кол-во портов коммутатора 2 |
Кол-во IP - телефонов |
N1 |
N2 |
N3 |
N4 |
1 |
строительство |
8 |
8 |
4 |
7 |
14 |
16 |
1 |
1.Локальная вычислительная сеть
Локальная вычислительная
сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая
обычно относительно небольшую территорию
или небольшую группу зданий (дом, офис,
фирму, институт). Также существуют локальные
сети, узлы которых разнесены географически
на расстояния более 12 500 км (космические
станции и орбитальные центры). Несмотря
на такие расстояния, подобные сети всё
равно относят к локальным.
Компьютеры могут соединяться
между собой, используя различные среды
доступа: медные проводники (витая пара), оптические
проводники (оптические
кабели) и через радиоканал (беспроводные технологии).
Проводные, оптические связи устанавливаются
через Ethernet, беспроводные — через Wi-Fi, Bluetooth, GPRS и прочие средства.
Отдельная локальная вычислительная сеть
может иметь связь с другими локальными
сетями через шлюзы, а также быть частью
глобальной вычислительной сети (например, Интернет) или иметь
подключение к ней.
Чаще всего
локальные сети построены на технологиях Ethernet или Wi-Fi. Для построения
простой локальной сети используются маршрутизаторы, коммутаторы, точки беспроводного
доступа, беспроводные маршрутизаторы, модемы и сетевые адаптеры.
Технологии
локальных сетей реализуют, как правило,
функции только двух нижних уровней модели OSI - физического и канального. Функциональности
этих уровней достаточно для доставки
кадров в пределах стандартных топологий,
которые поддерживают LAN: звезда, общая
шина, кольцо и дерево. Однако из этого
не следует, что компьютеры, связанные
в локальную сеть, не поддерживают протоколы
уровней, расположенных выше канального.
Эти протоколы также устанавливаются
и работают на узлах локальной сети, но
выполняемые ими функции не относятся
к технологии LAN.
Протоколы ЛВС.
В ЛВС не требуется
обеспечивать большинство функций, поэтому
выполняемые функции разделены между
физическим и канальным уровнями, причем
канальный уровень расщеплен на два подуровня:
управление доступом к среде (МАС) и управление
логическим каналом (LLC).
В ЛВС в качестве
кабельных передающих сред используются
витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный
кабель.
Основные характеристики
ЛВС:
• территориальная протяженность сети
(длина общего канала связи);
• максимальная
скорость передачи данных;
• максимальное
число АС в
сети;
• максимально
возможное расстояние между рабочими
станциями в сети;
• топология
сети;
• вид физической
среды передачи данных;
• максимальное
число каналов передачи данных;
• тип передачи
сигналов (синхронный или асинхронный);
• метод доступа
абонентов в сеть;
• структура
программного обеспечения сети;
• возможность
передачи речи и видеосигналов;
• условия надежной
работы сети;
• возможность
связи ЛВС между собой и с сетью более
высокого уровня;
• возможность
использования процедуры установления
приоритетов при одновременном подключении
абонентов к общему каналу.
2.Канальный уровень модели OSI
Канальный уровень
обеспечивает надежную передачу данных
по физическому сетевому каналу. Различные
спецификации канального уровня определяют
различные характеристики сетей и протоколов,
включая физическую адресацию, сетевую
топологию, диагностирование ошибок, чередование
фреймов и управление потоком. Физическая
адресация определяет, каким образом адресуются
устройства на канальном уровне. Сетевая
топология состоит из спецификаций канального
уровня, которые определяют физическое
соединение устройств, такие топологии,
как шинная или кольцевая. Диагностирование
ошибок информирует протоколы высшего
уровня о том, что произошла ошибка передачи,
а чередование фреймов данных пересортирует
фреймы, которые передавались с нарушением
последовательности, определенным протоколом IEEE 802.3. Наконец, управление
потоком управляет передачей данных таким
образом, что принимающее устройство не
будет перегружено большим трафиком, чем
оно может обработать в единицу времени.
Канальный уровень
разбит на два подуровня: подуровень управления
логическим соединением (Logical Link Control -
LLC) и подуровень управления доступом к
передающей среде (Media Access Control - MAC). Подуровень
управления логическим соединением (LLC)
канального уровня управляет обменом
данными между устройствами по одному
каналу сети. Подуровень LLC определяется
в спецификации IEEE 802.2 и поддерживает как
службы, работающие без подтверждения
соединений, так и службы, ориентированные
на соединения, используемые протоколами
высшего уровня. Спецификация IEEE 802.2 определяет
количество полей фреймов канального
уровня, позволяющих разделение несколькими
протоколами высшего уровня одного физического
канала данных.
Подуровень
управления доступом к передающей среде
(MAC) канального уровня управляет доступом
протоколов к физической сетевой среде.
Спецификация IEEE определяет MAC адреса
и позволяет на канальном уровне множеству
устройств идентифицировать друг друга
уникальным образом.
3.100Base-TX
Стандарт этого
физического интерфейса предполагает
использование неэкранированной витой
пары категории не ниже 5. Он полностью
идентичен стандарту FDDI UTP PMD, который также
подробно рассмотрен в главе 6. Физический
порт RJ-45 как и в стандарте 10Base-T может быть
двух типов: MDI (сетевые карты, рабочие
станции) и MDI-X (повторителе Fast Ethernet, коммутаторы).
Порт MDI в единичном количестве может иметься
на повторителе Fast Ethernet. Для передачи по
медному кабелю используются пары 1 и 3.
Пары 2 и 4 - свободны. Порт RJ-45 на сетевой
карте и на коммутаторе может поддерживать
на ряду с режимом 100Base-TX и режим 10Base-T или
функцию автоопределения скорости. Большинство
современных сетевых карт и коммутаторов
поддерживают эту функцию по портам RJ-45
и кроме этого могут работать в дуплексном
режиме.
100BASE-TX использует
для передачи данных по одной
паре скрученных (витых) проводов
в каждом направлении, обеспечивая
до 100 Мбит/с пропускной способности
в каждом направлении.
4.КАБЕЛИ UTP КАТЕГОРИЯ 5E
Витая пара
- слаботочный кабель для передачи данных
с помощью электрического сигнала по медным
или алюминиевым омеднёнными жилам. В
современном мире, кабель UTP 5e глубоко
используется в СКС (структурированных
кабельных системах). Среди разновидностей
UTP различающихся характеристиками и количеством
жил, наиболее часто встречаются UTP 5e по
4 пары и UTP 2 пары для внутренней прокладки
и внешней, в последнем случае, в конструкции
кабеля имеется трос. UTP с тросом удобно
прокладывать по улице между зданиями,
а цена данной продукции существенно ниже
аналогов. Обычно внешняя витая пара UTP
изготавливается в черной оболочке из
поливинилхлорида, в том числе с экраном
в виде металлической оплетки в бухтах
с разной длиной, распространенный вариант
- 305 метров бухта. Для прокладки в помещениях
цвет оболочки - серый. В основном UTP применяется
для подключения абонентов к сети Интернет
или построения локальной вычислительной
сети, в этом случае при использовании
100-мегабитного соединения используются
только две витые пары 5е, при гигабитном
соединении — все 4. Свое второе название
"витая пара" получила за счёт скрутки
жил попарно, расшифровывается UTP - Unshielded
twisted pair. Благодаря своей сбалансированности
кабель обладает всеми необходимыми характеристиками
для СКС, среди мировых производителей
кабеля UTP наиболее известны такие марки,
как: Hyperline, Neomax, iO-SCS, MAXYS, SilverLAN. Как правило,
оптовые цены на UTP 5e гораздо ниже среди
аналогичной кабельной продукции, в нашем
ассортименте вся "витая пара" сертифицирована
и соответствует мировым стандартам качества.
5.Схема расположения компьютеров
Для того, что
бы начертить план нашего помещения воспользуемся
программой «Компас». Масштаб чертежа
1:100. Сразу же расположим на плане 27 рабочих
места согласно заданию, два коммутатора,
и определим трассу прокладки кабеля,
что бы она удовлетворяла всем нашим условиям.
6.Расчет общей длины кабеля.
Используя полученный чертеж, рассчитаем
необходимую длину кабеля L, для прокладки
нашей сети. Для расчета пользуемся формулой
(1). Так же при расчете учитываем все подъемы,
спуски, повороты и т.д. После нахождения
необходим длины кабеля L проверим её на
соответствие условию (2).
(1)
где:
Lk1i – расстояние от i-ого рабочего
места до коммутатора К1;
Lk2j – расстояние от j-ого рабочего
места до коммутатора К2;
Lk1 – расстояние от коммутатора
К1 до маршрутизатора М;
Lk2 – расстояние от коммутатора
К2 до маршрутизатора М;
0,8*300b ≤ L ≤ 300b (2)
где:
b – целое число бухт кабеля.
Табл. 1 Длины кабелей.
| |
|
L, м |
М |
К1 |
19,74 |
К2 |
50,96 |
К1 |
1 |
5,6 |
2 |
3,1 |
3 |
0,6 |
4 |
1 |
5 |
5,1 |
6 |
7,6 |
7 |
12,2 |
8 |
14,5 |
9 |
1,5 |
10 |
1,7 |
11 |
6,7 |
12 |
9,4 |
13 |
12 |
К2 |
14 |
22,3 |
15 |
18,3 |
16 |
17,1 |
17 |
3,6 |
18 |
10,5 |
19 |
6,8 |
20 |
1,7 |
21 |
1 |
22 |
1 |
23 |
3,2 |
| |
24 |
5,6 |
| |
25 |
5,2 |
| |
26 |
8,4 |
| |
27 |
13,7 |
| |
|
|
L = 298,21 м.
Данная длина кабеля удовлетворяет
нашему условию.
7. Форматы кадров Ethernet
Данные, передаваемые в сети
Ethernet, разбиты на кадры. Данные по сети
в чистом виде не передаются. Как правило,
к единице данных "пристраевается"
заголовок. В некоторых сетевых технологиях
добавляется также окончание. Заголовок
и окончание несут служебную информацию
и состоят из определённых полей.
Так как существует несколько
типов кадров, то для того, чтобы понять
друг друга, отправитель и получатель
должны использовать один и тот же тип
кадров. Кадры могут быть четырёх разных
форматов, несколько отличающихся друг
от друга. Базовых форматов кадров (raw formats)
существует всего два - Ethernet II и Ethernet 802.3.
Эти форматы отличаются назначением всего
одного поля.
Для успешной доставки информации
получателю каждый кадр должен
кроме данных содержать служебную
информацию : длину поля данных, физические
адреса отправителя и получателя, тип
сетевого протокола и т.д.
Для того, чтобы рабочие станции
имели возможность взаимодействовать
с сервером в одном сегменте сети, они
должны поддерживать единый формат кадра.
Существует четыре основных разновидности
кадров Ethernet :
Ethernet Type II
Ethernet 802.3
Ethernet 802.2
Ethernet SNAP (SubNetwork
Access Protocol).
Минимальная
допустимая длина всех четырёх типов кадров
Ethernet составляет 64 байта, а максимальная
- 1518 байт. Так как на служебную информацию
в кадре отводится 18 байт, то поле "Данных"
может иметь длину от 46 до 1500 байт. Если
передаваемые по сети данные меньше допустимой
минимальной длины, кадр будет автоматически
дополняться до 46 байт. Столь жёсткие ограничения
на минимальную длину кадра введены для
обеспечения нормальной работы механизма
обнаружения коллизий.
8. PDV
Для того, чтобы
сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной
физической природы, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись
три основных условия:
1)Количество
станций в сети не превышает 1024 (с учетом ограничений
для коаксиальных сегментов).
2)Удвоенная
задержка распространения сигнала (Path
Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга
станциями сети не превышает 575 битовых
интервалов.
3)Сокращение
межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage)
при прохождении последовательности кадров
через все повторители не более, чем на 49 битовых
интервалов (напомним, что при отправке
кадров станция обеспечивает начальное
межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).
Соблюдение
этих требований обеспечивает корректность
работы сети даже в случаях, когда нарушаются
простые правила конфигурирования, определяющие
максимальное количество повторителей
и максимальную длину сегментов каждого
типа.