Проектирование топологии сети

2



Содержание



Введение

1. Анализ задания и разработка плана

2. Выбор стандарта и оборудования

3. Расчет параметров и определение характеристик сети

4. Расчет стоимости оборудования

5. Расчет PDV

6. Расчет затухания

Выводы


Введение



В настоящее время практически везде, где есть компьютеры, возникает необходимость соединить их в компьютерную сеть, для облегчения передачи данных и ускорения производственного процесса. Также сети повсеместно используются и в домашних условиях. При организации новой компьютерной сети перед разработчиками стоит вопрос в выборе подходящего стандарта сети, наилучшей конфигурации, оптимального быстродействия, а также дешевизны системы.

В данной работе необходимо разработать небольшую сеть на 17 компьютеров стандарта Fast Ethernet, этот стандарт в данный момент времени наиболее распространён и повсеместно используется. Также мы произведём расчёт стоимости сети.


1. Анализ задания и разработка плана



Для заданного плана расположения узлов сети выбрать оптимальную топологию сети и рассчитать минимальную суммарную длину соединительного кабеля. Топологию выбирать с учетом того, что между строениями планируется использовать только оптоволоконный кабель, внутри строений - коаксиальный кабель или витую пару.

Выбрать стандарт для реализации сети, соответствующее пассивное и активное оборудование и оценить его стоимость.

Величины параметров на плане расположения строений и рабочих станций



a

b

c

d

e

f

g

h

k

m

n

p

q

s

120

90

50

50

50

50

110

50

10

20

40

100

110

110



Размещение рабочих станций по этажам (максимальное количествов - 3; высота этажа - 3 м)



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

2

1

3

2

1

1

3

3

2

2

1

1

1

3

3

3

2




Рис.1 План расположения строений и размещения узлов локальной вычислительной сети.



a

s

5

6

7

8

I

b

d

k

     n

17



1

2

4

3

c

p

q

II

e

m

f

10

9

12

 11

III

14

13

15

16

g

    h

IV

17

Условные обозначения:

Строение (зона размещения узлов в сети)

Рабочая станция (узел сети)

Сервер (узел сети)

Коммутатор (SW) или маршрутизатор (М)



2. Выбор стандарта и оборудования



Сеть построена по технологии Fast Ethernet.

Исходя из критерия стоимости, здания объединены между собой по топологии “шина", а в домах применена топология “звезда", которая повышает надежность сети. Таким образом, для реализации сети с вышеприведенными характеристиками возможно использовать стандарты Fast Ethernet 100BaseTX, 100BaseT4 или 100BaseFX.

Официальный стандарт 802.3 установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия:

100Base - TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type1;

100Base - T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3,4, или 5;

100Base - FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используется два волокна.

Оборудование сетей распределяется на активное (повторители, концентраторы и др.) и пассивное (кабели, соединители и др.).

Для соединения рабочих станций в зданиях используется “витая" пара (120 Ом). Для соединения домов оптоволоконный кабель.

Для коммутации узлов могут применяться концентраторы (хабы), коммутаторы, а, в случае необходимости, маршрутизаторы.

В зданиях будет использоваться кабель стандарта 100BaseT4 UTP5 категории.

Между зданиями используем оптоволоконный кабель категории 100BaseFX.



3. Расчет параметров и определение характеристик сети



Существует четыре основных правила корректной конфигурации Ethernet 802.3:

1. количество узлов не более 1024

2. максимальная длина кабеля в сегменте определена соответствующей спецификацией

3. время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала

4. сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала

Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

ограничения на максимальные длины сегментов, которые соединяют устройства - источники кадров (соединение DTE - DTE);

ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих устройства-источники кадров (DTE) с портом повторителя;

ограничения на общий максимальный диаметр сети;

ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.

Расчет первого здания:





1 - Свитч = 25 + 3 + 65 = 93м

2 - Маршрутизатор = 50 + 50 =100м

3 - Маршрутизатор = 3 + 3 + 35 = 41м

4 - Маршрутизатор = 15 + 3 = 18м



Свитч - Маршрутизатор = 35 м

В здании мы используем:

Кабель витая пара 100BaseT4 - 287 метра

Свитч - 1 штука

Маршрутизатор - 1 штука

Вилка RJ-45 - 10 штук

Сетевая карта - 4 штуки

Расчет второго здания:





5 - Маршрутизатор = 20м

6 - Свитч1 = 55 + 45 =100м

7 - Свитч3 = 100м

8 - Свитч3 = 100м

17 - Маршрутизатор = 3м



Свитч1 - Маршрутизатор = 75м

Свитч3 - Маршрутизатор = 3 + 3 = 6м

В здании мы используем:

Кабель витая пара 100BaseT4 = 404 метров

Свитч - 2 штуки

Маршрутизатор - 1 штука

Вилка RJ-45 - 14 штук

Сетевая карта - 5 штук

Расчет третьего здания:





9 - Маршрутизатор = 20 + 50 + 3 = 73м

10 - Маршрутизатор = 20 + 3 =23м

11 - Маршрутизатор = 25м

12 - Маршрутизатор = 10 + 50 = 60м



В здании мы используем:

Кабель витая пара 100BaseT4 - 181 метров

Маршрутизатор - 1 штука

Вилка RJ-45 - 8 штук

Сетевая карта - 4 штуки

Расчет четвертого здания:




13 - Маршрутизатор = 60 м

14 - Маршрутизатор = 10 + 3 + 3 +50 =66м

15 - Свитч = 3 + 3 +55 + 25 = 86м

16 - Свитч = 3 + 3 + 25 = 31м



Свитч - Маршрутизатор = 25 + 60 = 85м

В здании мы используем:

Кабель витая пара 100BaseT4 - 328 метра

Свитч - 1 штука

Маршрутизатор - 1 штука

Вилка RJ-45 - 10 штук

Сетевая карта - 4 штуки

Между зданиями используем оптоволоконный кабель категории 100BaseFX.






Расчет длины оптоволоконного кабеля между зданиями:

Учитывая расстояние между домами, расположение точек связи (маршрутизаторов) определим длину оптоволоконного кабеля, руководствуясь выше представленной схемой расположения домов:



S= 90 + 140 + 100 + 10 = 340м



Вилка для оптоволоконного кабеля - 6 штук

Общая длина кабеля - 340м




Рис.2. Трехмерный план расположения рабочих станций и хабов



Разделим сеть на подсети (по строениям) c помощью маршрутизаторов. Назначим адреса узлам и маршрутизаторам. Определим маски подсети.



Узел/порт маршрутизатора

IP-адрес

Маска

1 узел:

внешние порты:

192.168.0.130

192.168.0.131

внутренние порты:

192.168.0.1

192.168.0.2

192.168.0.3

192.168.0.4

IP адрес интерфейса:

192.168.0.5

192.168.0.6

192.168.0.7

192.168.0.8



255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

2 узел:

внешние порты:

192.168.0.132



внутренние порты:

192.168.0.34

192.168.0.35

192.168.0.36

IP адрес интерфейса:

192.168.0.37

192.168.0.38

192.168.0.39

192.168.0.40



255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

3 узел:

внешние порты:

192.168.0.133

внутренние порты:

192.168.0.66

192.168.0.67

192.168.0.68

IP адрес интерфейса:

192.168.0.69

192.168.0.70

192.168.0.71

192.168.0.72



255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

4 узел:

внешние порты:

192.168.0.134

192.168.0.135

внутренние порты:

192.168.0.96

192.168.0.97

192.168.0.98

192.168.0.99

IP адрес интерфейса:

192.168.0.100

192.168.0.101

192.168.0.102

192.168.0.103



255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224

255.255.255.224



4. Расчет стоимости оборудования



Расчет количества оборудования:



Активные

Пассивные

N

дома

Свичи, шт

Сетевые адаптеры, шт

Маршрутизаторы, шт

Кабель 100BaseT4, м

Кабель 100BaseFX, м

Вилка для оптоволокна, шт

Вилка RJ-45, шт

1 

1

4

1

287

-

2

10

2

2

5

1

404

-

1

14

3

0

4

1

181

-

1

 8

4

1

4

1

328

-

2

10

Итого

4

17

4

1200

340

6

42



Расчет стоимости оборудования:

Наименование

Стоимость за 1 ед.

(1 м) (грн) 

Стоимость в сумме (грн) 

Коммутаторы SureCom 5 ports

300 

1200

Сетевые адаптеры SureCom 10/100Mbit

40

680

Маршрутизатор 3Com Router 5009

2700

10800

Кабель 100BaseT4

1,9

2280

Кабель 100BaseFX

7,6

2584

Вилка RJ-45

2,5

105

Вилка для оптоволоконного кабеля

14

84

Итого



17733



5. Расчет PDV



PDV для первого домена коллизий:

1 - Свитч - Маршрутизатор = (35 + 93) * 1.112 = 142,336 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

PDV для второго домена коллизий:

7 - Свитч3 - Маршрутизатор = (100 + 6) * 1.112 = 117,872 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

PDV для третьего домена коллизий:

9 - Маршрутизатор = 73 * 1.112 = 81,176 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.

PDV для четвертого домена коллизий:

15 - Свитч - Маршрутизатор = (86 + 85) * 1.112 = 190,152 бт

Согласно заданию, время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 512 битовых интервала.



6. Расчет затухания



Так как сеть только планируется и мощность сигнала на входе и выходе неизвестны, то затухание сигнала рассчитываются по таблицам максимального затухания, максимального погонного затухания, максимального затухания соединительной аппаратуры для витой пары 100-Base-T4 (сопротивление 120 Ом, частота 100 МГц) и для оптоволокна MMF 62,5/125 мкм (длина волны 1300нм, частота >10 МГц) международного стандарта ISO/IEC 11801 (Information technology).

Передаваемый сигнал теряет свою мощность в нескольких точках рассматриваемого участка сети в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801:

потери при соединении витой пары к сетевой карте 0,2 дБ;

потери при соединении витой пары к хабу (на входе и на выходе) 0,2 дБ;

потери при соединении витой пары к коммутатору 0,2 дБ;

потери на 100 м витой пары 9,8 дБ;

потери на 1000 м оптоволокна 0,7-1,5 дБ;

потери при соединении оптоволокна к коммутатору 0,1-0,3 дБ.

Максимально допустимое затухание сигнала на сегменте витой пары не должно превышать 10,8 дБ.

Максимально допустимое затухание сигнала на сегменте оптоволокна не должно превышать 4,4 дБ.

Затухание сигнала в сегменте вычисляется как сумма затухания в кабеле и на соединении.

Рассчитаем затухание также для каждого из сегментов сети. В связи с тем, что коммутаторы и маршрутизаторы усиливают сигнал, то расчет должен идти до ближайшего коммутатора, либо маршрутизатора. Целесообразно рассчитать затухания для максимальных, по протяжению, сегментов витой пары и оптоволокна.

Витая пара:



2 - Маршрутизатор = 0,2 + 100·9,8/100+0,2 = 10,2 дБ



Оптоволокно:



Маршрутизатор2 - Маршрутизатор1 = 0,2 + 200·1,5/1000+0,2=0,7 дБ



Т.к. на самих длинных по протяжению сегментах сети загасание не превысило норму (для витой пары - 10,8 дБ, для оптоволокна - 4,4 дБ), то в проектируемой сети не следует ожидать загасания.


Выводы



В данной работе, для заданного плана расположения узлов сети, была выбрана оптимальная топология сети и рассчитана минимальная суммарная длина соединительного кабеля. Топологию выбиралась с учетом того, что между строениями планируется использовать только оптоволоконный кабель, внутри строений - коаксиальный кабель или витую пару.

Выбран стандарт для реализации сети, соответствующее пассивное и активное оборудование и оценена его стоимость.

Использовали 4 маршрутизатора, именно по этому стоимость проекта такая высокая, но это вполне оправдано. Во-первых, расстояние между домами слишком большое, и поэтому если использовать коммутаторы, то возможны большие коллизии, в следствие чего возникает вопрос по поводу работоспособности всей сети. Во-вторых, маршрутизаторы являются более “интеллектуальными” устройствами, поэтому сетью легче будет в последствии управлять системному администратору. В-третьих, возможно дальнейшее развитие сети, так как маршрутизаторы не вносят каких либо задержек.