Разработка локальной сети

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Локальная вычислительная сеть - группа компьютеров и периферийное

оборудование,  объединенные  одним  или  несколькими  автономными 

высокоскоростными каналами передачи цифровых данных в пределах одного или нескольких близлежащих зданий. Различают: 

–  в  зависимости  от  технологии  передачи  данных:  локальные  сети  с маршрутизацией данных и  локальные сети с селекцией данных; 

–  в  зависимости  от  используемых  физических  средств  соединения:

кабельные локальные сети и беспроводные локальные сети.

Целью курсового проектирования по дисциплине "Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций" является: 

– формирование  навыков  практической  реализации учрежденческой

локальной вычислительной сети;

– обобщение, закрепление и углубление знаний по дисциплине "Сети

ЭВМ и телекоммуникации";

– формирование  навыков  разработки  и  оформления  текстовой  и 

графической технической документации.

Содержанием  курсового  проекта  является  проектирование  локальной  вычислительной  сети  типа  Ethernet.    При этом  необходимо  разработать топологию сети,  выполнить установку и настройку сетевого ПО и разработать специализированное ПО ЛВС.

 

 

 

 

 

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

 

Содержанием  курсового  проекта  является  проектирование  локальной вычислительной  сети  стандарта  Ethernet.  При  этом  необходимо    разработать топологию  сети,  осуществить  установку  и  настройку  сетевого  ПО  и разработать специализированное ПО ЛВС. 

 

Индивидуальный вариант задания, представлен в таблице 1. 

 

Таблица 1 – Задание на курсовой проект

 

 

227

302:8, 303,305, 816

501:8, 503,504, 301

616:10, 614, 306, 819а

819:7, 308, 817, 812, 304

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. АПАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕТИ

 

В  аппаратном  обеспечении  сети  можно    выделить    четыре    основных

компонента: 

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

– серверы;

– сетевые адаптеры (сетевые карты);

– структурированная кабельная  система.

Свитч или  сетевой  коммутатор  —  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 передаѐт данные только непосредственно получателю, исключение  составляет  широковещательный  трафик  (на  MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF)  всем  узлам  сети.  Это  повышает  производительность  и безопасность  сети,  избавляя  остальные  сегменты  сети  от  необходимости  (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор  хранит  в  памяти  таблицу  коммутации  (хранящуюся  в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту  коммутатора.  При  включении  коммутатора  эта  таблица пуста,  и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные  передаются  на  все остальные порты коммутатора.  При этом коммутатор  анализирует кадры (фреймы)  и,  определив  MAC-адрес  хоста отправителя, заносит его в таблицу.  Впоследствии,  если  на  один  из  портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице.  Если  MAC-адрес хоста-получателя  не  ассоциирован  с  каким-либо портом  коммутатора,  то  кадр  будет  отправлен  на  все  порты.  Со  временем коммутатор  строит  полную  таблицу  для  всех  своих  портов,  и  в  результате трафик  локализуется.  Стоит  отметить  малую  латентность  (задержку)  и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI и потому в общем  случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы  были  разработаны  с  использованием  мостовых  технологий  и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для объединения сегментов локальной сети в единое целое служат маршрутизаторы.

В данном курсовом проекте был выбран свитч фирмы Cisco WS-C2950-24 (24 port, 10/100 autosensing, autonegotiating Catalyst Switch).

 Маршрутизатор или роутер  – сетевое устройство, пересылающее  пакеты 

данных  между  различными  сегментами  сети  и  принимающее  решения  на основании  информации  о  топологии  сети  и  определѐнных  правил,  заданных администратором. 

Маршрутизаторы  помогают  уменьшить  загрузку  сети,  благодаря  еѐ

разделению  на  домены  коллизий  или  широковещательные  домены,  а  также благодаря  фильтрации  пакетов.  В  основном  их  применяют  для  объединения сетей разных типов,  зачастую  несовместимых по  архитектуре и протоколам, например  для объединения локальных сетей Ethernet  и WAN-соединений, использующих  протоколы xDSL,  PPP,  ATM,  Frame  relay  и т.  д.  Нередко маршрутизатор используется  для обеспечения  доступа  из  локальной  сети  в глобальную  сеть  Интернет,  осуществляя  функции  трансляции  адресов  и межсетевого  экрана.  В  качестве  маршрутизатора  может  выступать  как специализированное  (аппаратное)  устройство,  так  и  обычный  компьютер, выполняющий  функции  маршрутизатора.  В  курсовом  проекте  используется маршрутизатор фирмы CISCO2911/K9  (Cisco 2911 w/3 GE,4 EHWIC,2 DSP,1

SM,256MB CF,512MB DRAM,IPB). Сервер  —  аппаратное  обеспечение,  выделенное  и/или специализированное  для  выполнения  на  нем  сервисного  программного обеспечения (в том числе серверов тех или иных задач). В данной работе используется сервер фирмы HP ProLiant  ML110G6 со следующими техническими характеристиками: 250 Гб, Intel Xeon X3430 (2,4 ГГц), DDR3 2048 Мб, 2 x USB, LAN 10/100/1000 Мбит/с.

Сетевые  адаптеры  (сетевые  карты)  –  это  сетевое  оборудование,

обеспечивающее функционирование сети на физическом и канальном уровнях. Сетевой  адаптер  относится  к  периферийному  устройству  компьютера, непосредственно  взаимодействующему  со  средой  передачи  данных,  которая прямо  или  через  другое  коммуникационное  оборудование  связывает  его  с другими  компьютерами.  Это  устройство  решает  задачи  надежного  обмена двоичными  данными,  представленными  соответствующими электромагнитными  сигналами,  по  внешним  линиям  связи.  Как  и  любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы, и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером  может  изменяться  от  реализации  к  реализации.  В  данной  работе используются интегрированные сетевые карты.   DNS  —  компьютерная  распределѐнная  система  для  получения

информации о доменах. Чаще всего  используется для получения IP-адреса по имени  хоста  (компьютера  или  устройства),  получения  информации  о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись). 

Основой  DNS  является  представление  об  иерархической  структуре 

доменного  имени  и  зонах.  Каждый  сервер,  отвечающий  за  имя,  может делегировать ответственность за дальнейшую часть домена другому серверу (с административной  точки зрения — другой  организации или человеку),  что позволяет возложить ответственность за актуальность информации на серверы различных организаций (людей),  отвечающих  только  за  «свою»  часть доменного имени.

 

 

3. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ СЕТИ

 

Топология  (конфигурация) – это  способ соединения компьютеров в  сеть.

Тип  топологии  определяет  стоимость,  защищенность,  производительность  и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу. Выделяют  два  основных  класса  топологий:  широковещательные  и последовательные.

В  широковещательных топологиях в любой момент времени на передачу блока данных может работать только одна рабочая станция. Остальные рабочие станции  сети  могут  принимать  этот  блок.  К  таким  топологиям  относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.

В последовательных топологиях информация передается только одному компьютеру.  Примерами  таких  топологий  являются:  произвольная 

(произвольное соединение компьютеров,  ячеистая), кольцо, цепочка. 

Существуют    пять  основных  топологий:  общая  шина,  кольцо,  звезда, древовидная,  ячеистая.  В  данном  курсовом  проекте  используется  топология типа «звезда». Она представлена на рисунке 1. 

 

 

                 

 

Локальные  сети  звездообразной  топологии  объединяют  устройства,

которые расходятся из общей точки, на примере концентратора (на его месте также  может  быть  маршрутизатор  или  свитч).  Если  мысленно  представить концентратор в качестве звезды, соединения с устройствами будут напоминать ее лучи - отсюда и название топологии. В отличие от кольцевых топологий, физических  или  виртуальных  каждому  сетевому  устройству  предоставлено право независимого доступа к среде передачи. Любое устройство в состоянии обратиться  с  запросом  на  доступ  к  среде  передачи  независимо  от  других устройств. В данной работе в качестве общей точки используется свитч.

При такой топологии, в случае отключения или повреждения какого-либо из  лучей  звезды,  в  подсистеме  управления  производятся  необходимые  переключения, но логическая конфигурация остается без изменений. Большие  преимущества звездной топологии привели к тому, что теперь она применяется практически во всех проводках. Звездообразные  топологии  широко  используются  в  современных локальных  сетях.  Причиной  такой  популярности  является  гибкость, возможность расширения и относительно низкая стоимость развертывания по сравнению  с  более  сложными  топологиями  локальных  сетей  со  строгими методами доступа к среде передачи данных.

 

 

3.1 Разработка логической схемы сети

 

Все компьютеры подключены к одной  физической сети. Компьютеры 1.1-1.11, 1.12, 1.13, 1.14 относятся к первой логической подсети, а компьютеры 2.1-2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10 – ко второй, 3.1-3.10, 3.11, 3.12, 3.13 – к третьей, 4.1-4.7, 4.8,  4.9,  4.10 – к четвертой. Каждая логическая IP-подсеть функционирует как отдельная локальная сеть.  Компьютеры,  относящиеся к одной подсети, устанавливают между собой виртуальные каналы для обмена дейтаграммами.

Поскольку теоретически каждая подсеть  образует отдельную сеть, в ней  можно использовать стандартные  способы адресации протокола IP, такие же, как и в любой другой физической сети. Например, для всех компьютеров, относящихся к  одной  логической  подсети, назначается  общий  сетевой  префикс  IP-адреса. Причем  значение  этого  префикса  отличается  от  префиксов,  используемых  в других подсетях. Более того, хотя на разных компьютерах логической подсети может использоваться  разный  (нестандартный)  размер  MTU,  при установке виртуальных каналов между машинами  логической  подсети значение  MTU должно быть одинаковым у всех. И наконец, узлу, принадлежащему к одной логической подсети, запрещается напрямую устанавливать соединение с узлом, расположенным  в  другой  логической  подсети.  Обмен  информацией  между двумя логическими подсетями должен происходить через маршрутизатор. 

На  основе  данных  таблицы 1 построим  логическую  схему  сети.  Она 

представлена на Листе 1.

 

 

 

3.2 Разработка электрической схемы сети

 

В  соответствии  с  вариантом  задания  определим  места расположения рабочих станций и выполним оценку расстояния между ними.

По данным варианта в Локальной  сети 1 в аудитории 106 располагается 

11  персональных  компьютеров.  Следовательно,  целесообразно   разместить  в этой  аудитории   сервер  и  свитч.  К  свитчу  1  так  же  будут  подключены компьютеры, из следующих аудиторий – 108, 110, 111, 208.

К  Локальной  сети  2  (сервер  и  свитч  в  аудитории  323)  подключены компьютеры, из следующих  аудиторий – 316, 219, 220.

К Локальной сети 3 (сервер и свитч  в аудитории 504) – 801, 805.

К Локальной сети 4 (сервер и свитч в аудитории 717) –714, 716, 715, 619.

Занесем полученные результаты в таблицу 2. 

 

Таблица 2 - Места расположения рабочих  станций 

 

 

Для  более  понятного  представления  расположения    компьютеров  и  их принадлежности к логическим  подсетям,  пронумеруем каждый  компьютер в своей локальной сети. Занесем данные в таблицу 3.

Таблица 3 – Номера компьютеров  в сети

 

В  обозначении  рабочей  станции  первая  цифра  отображает  номер  сети, вторая – номер компьютера в этой сети.

На  основании  Таблицы 2  выполним  оценку  расстояния  от  рабочих 

станций до свитчей. В расчетах будем считать расстояние до дверных проѐмов и дополнительно 10 метров на каждую рабочую станцию. Прокладка кабеля на этажах производится на фальш-потолке, между этажами – в шахтах. Расстояние между этажами – 3 метра. Ширина коридора также 3 метра. Свитч  1 установим  в  аудитории  703,  где расположены  10  рабочих

станций. Следовательно, на эту аудиторию израсходуется 100 метров кабеля. Расстояние от 703 до 705 аудитории составляет 35 м, от 611 – 40,4 м, от 209 – 38,4 м. От 209 аудитории до ближайшей шахты, с учѐтом длинны коридора, расстояние составляет 11,8 м. Далее вниз по шахте до 1 этажа – ещѐ 3 м. От шахты на первом этаже, с учѐтом длинны коридора, до аудитории 703 – 40,8 м.

Длина кабеля до дверных проѐмов  составляет 29,6 м и прибавим по 10 м на каждую  рабочую  станцию.  Приблизительно  от  209  до  703  аудитории длина кабеля составит 50 м. В итоге, для подключения рабочих станций к 1 свитчу, потребуется израсходовать 349,3 метров кабеля.

Аналогично  произведем  расчеты  между  остальными  свитчами  и

рабочими станциями.

Занесем полученные данные в таблицу.

Таблица 4 – Расчет длин кабеля между  рабочими станциями и свитчами  

 

Для подключения всех рабочих станций  к свитчам, необходимо 956,5м

кабеля. Далее  необходимо  рассчитать  длину  кабеля  между  свитчами.  Для рационального использования кабеля, соединим свитчи следующим образом: Свитч 2 со Свитчем 4, Свитч 4 со Свитчем 1, Свитч 1 со Свитчем 3.

Занесем полученные расчеты в таблицу.

Таблица 5 – Расчет длин кабеля между свитчами

 

 

 

Для соединения всех свитчей между  собой потребуется 208,5 м кабеля.

Для оптимизации длин кабеля расположим роутер и DNS-сервер в 504

аудитории. Оставим для этого 50 м кабеля. 

В итоге, на прокладку локальной  вычислительной сети необходимо 1 230 м кабеля.

Чертеж электрической схемы  сети представлен на Листе 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Настройка оборудования сети

 

Электрическую схему  сети  введѐм  в Cisco  Packet  Tracer.  Произведем настройки  оборудования. Настройка маршрутизатора представлена в таблице 7. 

Таблица 7 – Настройка маршрутизатора

 

В данном курсовом проекте используется маршрутизатор с 6 портами. В таблице  отражены настройки пяти портов, шестой порт используется для сети Internet.

Настройки свитчей представлены в  таблице 8.

Таблица 8 – Настройка свитчей 

 

 

 

 

Тип доступа Access используется тогда, когда за портом закреплена одна виртуальная  локальная сеть, а тип Trunk – пропускает все виртуальные сети.