3.4.1. Постановка задачи курсовой работы. Обязательное содержание разделов

Постановка задачи курсовой работы формулируется в техническом задании, которое может задаваться студенту как индивидуально, так и в виде типового варианта. Вид задания для студенческой группы либо для отдельных студентов определяет преподаватель-консультант, оформляя техническое задание в соответствующем виде (прил. 5).

Пояснительная записка курсовой работы включает в себя: проект локальной либо корпоративной сети предприятия, выполненный в соответствии с требованиями технического задания. Также записка должна содержать результаты машинного проектирования сети, если таковое предусмотрено заданием. В пояснительной записке приводятся все необходимые чертежи, выполняемые с соблюдением ЕСКД; их состав и содержание может быть определено в техническом задании.

Техническое задание^*)

В техническом задании к курсовой работе приводятся: используемая сетевая технология; количество рабочих станций (РС) в проектируемой сети; наличие и расположение сервера(ов); содержатся указания на расположение РС в тех или иных помещениях одного здания либо нескольких зданий^**); описываются выполняемые производственные или какие-либо иные функции предприятия, выполнению которых должна отвечать проектируемая сеть; задается скорость обмена информацией между узлами сети; содержатся указания на используемое программное обеспечение.

^*) Выдается преподавателем-консультантом. По усмотрению преподавателя ТЗ может быть выдано из типовых вариантов, представленных в прил. 6 настоящего комплекса.

^**) Геометрические размеры помещений выбираются студентом, как правило, самостоятельно, возможно и желательно использовать планы существующих помещений. При проектировании локальной сети кампуса (т.е. между двумя-тремя и более зданиями) в ТЗ может быть указано расстояние между зданиями.

Введение

Во введении к курсовой работе производится сравнительный анализ использования классических технологий ЛС для реализации технического задания. При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится классическим технологиям: Ethernet, Token Ring, FDDI, а также более поздними технологиями семейства Ethernet – Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

Осуществляется предварительный выбор технологии; при этом целесообразно проанализировать причины, по которым выбирается та или иная сетевая технология. Особое внимание следует уделить анализу недостатков выбранной технологии, определив возможные мероприятия по уменьшению их влияния на проектируемую сеть.

Наиболее подходящей базовой технологией является семейство технологий Ethernet, целесообразность применения которых следует рассмотреть в первую очередь. При использовании других технологий ЛС, например, Token Ring или FDDI, следует дать аргументированное обоснование отказа использования технологии Ethernet для реализации данной сети.

Сравнительно рассматриваются топологии локальной сети, и производится выбор конкретной топологии; выбирается метод коммутации абонентов в сетях, анализируются его достоинства и недостатки.

Предварительно рассматривается возможность и целесообразность структуризации проектируемой ЛС. Отметим, что все вышеназванные технологии поддерживают разделяемые среды; вместе с тем, достаточно ощутимой стала тенденция частичного, а в ряде случаев и полного, отказа от разделяемых сред путем использования коммутируемых связей, микросегментации и соединения узлов индивидуальными связями.

На основании выбора базовой технологии описывается возможность применения определенной структуры линии связи; рассматриваются возможные для ее реализации физические среды передачи данных.

Описывается, какие изменения в работе предприятия произойдут с внедрением выбранной технологии, в т.ч. с точки зрения эффективности работы, управляемости предприятием, информационной безопасности и т.п.

Рекомендуемый объем раздела 2–3 стр.

Проектирование конфигурации сети

Окончательно осуществляется выбор базовой технологии. Выбирается подходящий стандарт, в т.ч. исходя из скорости передачи информации, и приводится спецификация физической среды. Выбор стандарта осуществляют с учетом перспектив модернизации сети.

«Классический» Ethernet, включающий модификации 10Base-5, 10Base-2, 10Base-Т, 10Base-FL, 10Base-FB, выбирается для реализации сети со скоростью передачи данных 10 Мбит/с; при этом следует учитывать, что проектирование новых ЛВС на модификациях 10Base-5 и 10Base-2, сейчас не ведется. При скорости передачи данных 100 Мбит/с выбирается один из физических уровней технологии Fast Ethernet – 100Base-FX, 100Base-ТX, 100Base-Т4. Использование оптоволоконной сети в указанных стандартах для передачи данных в ЛС, равно как и возможное применение в проектируемой локальной сети стандарта Gigabit Ethernet, должно быть соответствующим образом обосновано.

Рассматривается целесообразность структуризации ЛС с точки зрения использования физической или логической структуризации и использования коммутационного оборудования (повторителей, концентраторов, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов).

Физическая структуризация сети осуществляется с помощью повторителей или многопортовых повторителей – концентраторов; логическая топология сети при этом остается неизменной. Использование концентраторов направлено в первую очередь на увеличение расстояния между узлами сети, улучшения формы и мощности сигнала с одновременным повышением надежности ЛС. Концентраторы есть смысл применять в сравнительно малых локальных сетях, в которых, например, имеются удаленные узлы. Использование общей разделяемой среды приемлемо в настоящее время для сети, состоящей из 5–10 компьютеров. Таким образом, в подавляющем большинстве ЛС, в которых работает 10–15 РС и более, обычно возникает необходимость применения логической структуризации.

Логическая структуризация сети представляет собой процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком; ее применение направлено на повышение производительности, гибкости построения, управляемости и безопасности локальной сети. Вместе с тем, исходя из масштабов ЛС, проектируемой в курсовой работе, и задач, решаемой ей, применение в большинстве случаев составных сетей в их классическом понимании и маршрутизаторов, как коммутационного оборудования таких сетей, представляется нецелесообразным, если только такое условие не определено заданием либо проектировщик приводит обоснованные доводы для такого построения сети.

Окончательно определяется и описывается выбранная топология сети с учетом проведенной физической или логической структуризации. Наиболее вероятно применение в проектируемой сети топологии «дерево»; в ряде случаев возможно использование топологии «звезда» или других неполносвязанных топологий. Определяются расстояния между узлами сети; для этой цели используются геометрические размеры помещений зданий или расстояния между ними, заданные в техническом задании или выбранные, в противном случае, студентами самостоятельно. Исходя из расстояния и скорости передачи, выбирается (если иное не оговорено в техническом задании) количество станций для разных частей сети.

Производится расчет конфигурации сети. Особо подчеркнем, что при расчете конфигурации сети необходимо знать окончательно каким образом и с использованием какого коммутационного оборудования структурирована локальная сеть, и какие физические сегменты применяются для ее реализации. Для обоснованного выбора коммуникационного оборудования и элементов кабельной системы следует, таким образом, осуществить проработку материалов соответствующих разделов источников информации.

При расчете конфигурации сети следует использовать правила модели 1 и правила модели 2. Если в техническом задании не содержится конкретных указаний, расчет ведется по обоим моделям.

При использовании стандарта одной их модификаций Ethernet следует определить тип кабеля и максимальную длину непрерывных отрезков кабеля. Рассматривается возможность и целесообразность увеличения диаметра сети посредством применения повторителей: правило «5-4-3» для коаксиальных модификаций сетей 10Base-5, 10Base-2 и правило «4 хабов» для витой пары и оптоволокна.

Компьютерная сеть может быть построена «смешанной», т.е. состоять из физических сегментов различного типа. Такое решение возможно, например, если в качестве кабеля вертикальной подсистемы (между этажами здания) используется коаксиальный кабель, а на этажах разводка сети осуществляется «витой» парой.

Расчет общей длины сети и допустимого количества повторителей следует провести не только в случае «смешанной», но и однородной с токи зрения физических сегментов сети. Приводится расчет PDV – времени двойного оборота (допускается не более 575 битовых интервалов) – и PVV – сокращения межкадрового интервала повторителями (не более 49 битовых интервалов).

В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4, причем первые два могут работать в полнодуплексном режиме. При работе на «витой» паре технология Fast Ethernet позволяет выбрать наиболее эффективный режим работы – скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также для соответствующей спецификации полудуплексный или полнодуплексный режим.

Максимальный диаметр сети составляет приблизительно 200 м, при этом более точное значение определяется спецификацией физической среды. Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet, которые следует рассчитывать в курсовой работе при выборе этой технологии, включают: ограничения длины сегментов DTE-DTE; ограничения на максимальную длину сегментов, соединяющих DTE с портом повторителя; ограничения на максимальный диаметр сети; ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, содержащего повторители.

Корректность конфигурации сети Fast Ethernet сводится к «правилу одного или двух хабов» в зависимости от класса используемого повторителя. В курсовой работе следует также проверить корректность конфигурации сети Fast Ethernet, рассчитав по соответствующей методике PDV – время двойного оборота сети, если в качестве коммуникационного оборудования применены концентраторы. В данной технологии PDV должно быть не более 512 битовых интервалов.

Таким образом, при использовании любых сетевых технологий – Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI и т.д. – следует проводить расчеты, связанные со всеми ограничениями технологий: максимальной длины сети; максимального расстояния между узлами; максимального количества узлов сети и т.п.

Рекомендуемый объем раздела 8–12 стр.

Выбор сетевого оборудования

Описываются характеристики и методика выбора по условиям технического задания необходимого сетевого оборудования: сетевых адаптеров, концентраторов, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и т.п. Производится анализ выбранного коммутационного оборудования. Обязательным является выбор и обоснование выделенного сервера(ов) (см. п. 3.4.4). Рассматривается возможность последующей модернизации сети. Выбор следует проводить с учетом стоимости сети (см. п. 3.4.5).

От производительности сетевых адаптеров (как и любого другого применяемого оборудования) зависит производительность любой сложной компьютерной сети; при этом результирующая производительность определяется производительностью самого медленного устройства. Сетевые адаптеры приято характеризовать: типами поддерживаемого протокола; производительностью; шиной компьютера, к которой они могут подключаться; типом приемопередатчика. Сетевые адаптеры для серверов обычно имеют собственный процессор, а клиентские – нет.

Основной функцией концентратора является побитное повторение кадра на всех портах или на следующем порту. К дополнительным функциям относится автосегментация, защита сети, а в значительной части концентраторов, использующих интеллектуальные дополнительные функции, возможно централизованное управление по сети по протоколу SNMP. Концентраторы разделяются по конструктивному исполнению на концентраторы с фиксированным количеством портов, модульные и стековые, кроме того, применяются многосегментные концентраторы.

Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы применяются для логической структуризации сети. В первых двух типах устройств разделение сети на логические сегменты происходит на основе протоколов канального уровня. Использование мостов и коммутаторов не требует конфигурирования.

Мосты и коммутаторы используют два типа алгоритмов работы: алгоритм прозрачного моста и алгоритм с маршрутизацией от источника (для сетей Token Ring). Прозрачные мосты помимо передачи кадров в рамках одной технологии могут транслировать протоколы локальных сетей: Ethernet в Token Ring, FDDI в Ethernet и т.п.

Коммутаторы, являясь, по сути, мультипроцессорными мостами, практически полностью вытеснили мосты из ЛС. Однако последние еще применяются в сетях на достаточно медленных глобальных связях между двумя удаленными локальными сетями. Коммутаторы позволяют соединять сегменты сети без уменьшения пропускной способности (блокирования) межсетевого трафика; использовать сетевым адаптерам полнодуплексный режим работы протоколов локальных сетей, ведущий в свою очередь к удваиванию скорости передачи данных. При перегрузках, возникающих в полнодуплексном и полудуплексном режимах работы, коммутаторы используют различные и эффективные методы борьбы.

Коммутаторы связывают процессоры своих портов по трем основным схемам - коммутационной матрицы, общей шины и разделяемой памяти. Коммутаторы различают по типу коммутации «на лету» или с полной буферизацией; возможна фильтрация и приоритетная обработка трафика. Основными характеристиками коммутаторов являются: скорость фильтрации кадров, скорость продвижения кадров, общая пропускная способность по всем портам в Мбит/с, задержка передачи кадра.

Из дополнительных функций коммутаторов выделим основные. Повышение эксплуатационных характеристик сети возможно за счет повышения уровня связанности сети, что ведет к увеличению скорости передачи данных и повышению надежности. Автоматическое поддержание резервных связей реализуется т.н. алгоритмом покрывающего дерева – Spanning Tree Algoritm (STA). Агрегатирование физических каналов (Link Aggregation) между двумя коммутационными устройствами в один логический канал является еще одной формой использования избыточности альтернативных связей. Локализация, контроль и управление информационных потоков коммутаторами сети нашли свое развитие в технологии виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN), позволяющей в сети, построенной на коммутаторах, создавать изолированные группы узлов, между которыми отсутствует любой тип трафика, в т.ч. и широковещательный. Создание VLAN возможно как на основе одного, так и нескольких коммутаторов.

При построении небольших ЛС нижнего уровня иерархии корпоративной сети вопрос о выборе того или иного коммутационного оборудования сводится к вопросу о выборе между концентраторами и коммутаторами. Приоритеты при решении этого вопроса достаточно полно рассмотрены в соответствующей литературе, например в [9]. Отметим, что тенденция вытеснения коммутаторами концентраторов с низших уровней ЛС стала нарастающей; при этом сеть, построенную на коммутаторах без применения концентраторов приято называть микросегментированной. Существуют две основные схемы применения коммутаторов: со стянутой в точку магистралью и с распределенной магистралью. В больших сетях эти схемы применяют комбинированно.

Построение сложных структурированных (или составных) сетей на основе повторителей и коммутаторов имеет значительные ограничения, основные из которых: в топологии сети должны отсутствовать петли, логические сегменты слабо защищены от широковещательных штормов, сложно решается задача управления трафиком, дополнительные трудности создает применение недостаточно гибкой, одноуровневой системы адресации.

Поэтому в составных сетях нашли широкое применение маршрутизаторы. Составная сеть (internetwork, или internet) – это совокупность нескольких сетей, называемых также подсетями (subnet), которые соединены между собой маршрутизаторами.

Маршрутизатор представляет сложное многофункциональное коммутационное устройство, в задачи которого входит: построение таблицы маршрутизации, определение на ее основе маршрута продвижения трафика, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. Функции маршрутизатора могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.

Вопросы функционирования и применения маршрутизаторов выходят за содержание настоящего пособия, в случае необходимости их применения в проектируемой ЛС следует обратиться к литературным источникам, например [3], [6].

Наряду с описанием требований к сетевому оборудованию и анализу его функционирования в локальной сети, следует осуществить выбор конкретных моделей оборудования (минимум из 2–3), привести основные технические характеристики и обосновать произведенный выбор.

Следует выбрать также источники питания, включая бесперебойные и обосновать их использование.

Рекомендуемый объем раздела 4–6 стр.

Разработка кабельной системы

Выбирается и описывается кабельная система локальной вычислительной сети (см. п. 3.4.6). Выбор производится между структурированной кабельной системой – при достаточно большом числе компьютеров или необходимости получения высоких эксплуатационных свойств – либо кабельной системы со стандартными конструктивными элементами – при ограниченных финансовых ресурсах, меньших требованиях к надежности и т.п. Применение нестандартных кабельных систем недопустимо. Описываются подсистемы СКС: горизонтальные, вертикальные и, если ЛС проектируется в пределах одной территории с несколькими зданиями, подсистема кампуса.

В соответствии со структуризацией и иерархизацией кабельной системы следует произвести оптимизацию расположения коммутационного и другого сетевого оборудования как для ЛС в целом, так и для каждой из подсистем (например, горизонтальных – для этажей здания – и вертикальной, их связывающей).

Обосновывается выбор типа применяемого кабеля, исходя из определенной ранее спецификации физической среды и сетевой технологии; в каждом конкретном случае анализируется возможность применения различных типов кабелей; приводится обоснование выбора определенного типа кабеля для конкретных условий работы ЛС, описываются его основные технические характеристики.

Отметим, что для горизонтальной подсистемы характерно наличие большого числа ответвлений и перекрестных связей. Наиболее подходящим типом кабеля является неэкранированная витая пара категории 5. Возможно применение витой пары категории 3, «тонкого» коаксиального кабеля, в ответственных случаях или в условиях агрессивной среды – волоконно-оптического кабеля.

В вертикальной подсистеме сравнительно мало ответвлений кабеля, вместе с тем отрезки кабеля имеют большую длину. Предпочтительный тип кабеля – волоконно-оптический. Другими вариантами являются: использование «толстого» коаксиального кабеля или широкополосного кабеля, применяемого в кабельном телевидении.

Для подсистем кампуса наиболее оптимальным является использование оптоволоконного кабеля; в качестве его замены может выступать «толстый» коаксиал. Кабель для внешней прокладки должен быть защищен от влаги и иметь большую механическую прочность; он не подходит для прокладки внутри зданий.

Определяется общая длина используемого кабеля для проектируемой ЛС; определяется также длина кабеля для каждой из подсистем кабельной системы с учетом возможного построения локальной сети из физических сегментов различного типа.

Рассматривается возможность и целесообразность построения проектируемой ЛС избыточной, в т.ч. и по отдельным подсистемам. Отметим, что проектируемую кабельную систему зданий в большинстве случаев предпочтительно строить избыточной, предусматривающей возможность последующей модернизации сети, поскольку стоимость последующего расширения кабельной системы превосходит стоимость установки избыточных элементов.

В соответствии с предыдущими пунктами составляется окончательно и приводится в виде чертежа, с соблюдением всех нормативов, схема проектируемой ЛС. К соответствующей схеме приводится полное описание сети.

Рекомендуемый объем раздела 5–9 стр.

Указания по настройке локальной сети и подключению к Internet

В соответствии с указанными в техническом задании описываются основные сетевые протоколы, применяемые в проектируемой ЛВС: протоколы канального уровня Ethernet, или Token Ring, или FDDI, – согласно выбранной для сети технологии; протоколы межсетевого уровня IP и IPX; протоколы транспортного уровня TCP, SPX, NetBIOS/NetBEUI; протоколы прикладного уровня FTP, POP3, SMTP, HTTP, TELNET, UDP. Для каждого уровня сетевого протокола производится сравнительная оценка с другими протоколами и обосновывается целесообразность применения данного протокола.

Следует кратко описать используемый метод доступа к среде передачи данных (для Ethernet метод CSMA/CD), включая этапы доступа к среде, характерные недостатки метода доступа и возможные последствия их для работы сети. Следует привести данные о максимальной производительности сети и сравнить с ТЗ.

На основании стандарта проектируемой сети определяется тип кадра сети, а также приводится его графическая расшифровка.

Необходимо описать процедуру настройки ЛВС для заданной в техническом задании операционной системы - Microsoft Windows XP, Microsoft Windows 9x/ME или Microsoft Windows 2000 – и привести в тексте пояснительной записки наиболее характерные диалоговые окна. Так же в соответствии с ТЗ описывают процедуру управления доступом к ресурсам сети – сетевым принтерам, сетевым дискам и т.п. - и их подключением, иллюстрируя указанные процедуры соответствующими системными и диалоговыми окнами.

Следует описать используемые для доступа в Internet программные продукты, т.н. локальные прокси-серверы, – программа WinGate и WinRoute, – включая настройку ЛС, настройку и установку программ, настройку доступа к электронной почте. Необходимо привести анализ использования данного продукта в межсетевом взаимодействии.

Объем раздела 7–10 стр.

Заключение

В заключении приводится общая оценка результатов проектирования. Производится сравнительный анализ спроектированной сети и требований ТЗ, отмечаются достоинства и недостатки спроектированной ЛС.

Объем раздела 2–4 стр.

Общее содержание пояснительной записке приведено в разд. 3.4.8.

Выполненная работа предоставляется на рецензию преподавателю-консультанту (в определяемые графиком учебного процесса сроки). При защите курсовой работы студент должен кратко изложить суть проделанной работы и ответить на предложенные вопросы.