Разработка компьютерной сети офиса

Компьютерная сеть — система связи двух или более компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Компьютерные сети и сетевые технологии обработки информации стали основой для построения современных информационных систем. Компьютер ныне следует рассматривать не как отдельное устройство обработки, а как «окно» в компьютерные сети, средство коммуникаций с сетевыми ресурсами и другими пользователями сетей.

Сети обычно находится в частной собственности пользователя и занимают некоторую территорию и по территориальному признаку разделяются на:

— локальные вычислительные сети (ЛВС) или Local Area Network (LAN);

— распределенные компьютерные сети, глобальные или Wide Area Network (WAN).

В данной курсовой работе разрабатывается компьютерная сеть. В соответствии с техническим заданием, определяются приемлемые параметры компьютерной сети, необходимые для ее правильного функционирования: осуществляется динамическое распределение ip-адресов для каждого из узлов сети, расчет физических параметров сети, настройка серверов, планирование пространства имен, соединение отдельных частей сети с помощью маршрутизаторов. Для проверки правильности функционирования проводится моделирование потоков трафика в сети, а также расчет удвоенной задержки распространения сигнала (PDV). Производится анализ трудоспособности сети с заданными параметрами.

В настоящее время в деятельности почти каждого предприятия важную роль играет разработка компьютерной сети, т.к. с ее помощью осуществляется связь как между работниками внутри офиса (предприятия, здания), так и в рамках межрайонного, междугороднего или даже международного сообщения. Эффективное управление предприятием невозможно без непрерывного отслеживания информационных потоков, без оперативной координации деятельности всех подразделений и сотрудников.

Посредством установки серверов в сети предоставляется возможность хранения необходимой информации и передачи ее по сети. Данная работа актуальна, т.к. разработанная в ней сеть может быть реализована физически и применяться в работе определенного предприятия.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

поток трафик сервер сигнал

Компьютерная сеть состоит из информационных систем и каналов связи.

Под информационной системой следует понимать объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информации. В состав информационной системы входят: компьютеры, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных. В дальнейшем информационная система, предназначенная для решения задач пользователя, будет называться — рабочая станция (client). Рабочая станция в сети отличается от обычного персонального компьютера (ПК) наличием сетевой карты (сетевого адаптера), канала для передачи данных и сетевого программного обеспечения.

Под каналом связи следует понимать путь, или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют абонентским, или физическим каналом.

В сети все рабочие станции физически соединены между собой каналами связи по определенной структуре, которая называется топологией. Топология — это описание физических соединений в сети, указывает какие рабочие станции могут связываться между собой. Тип топологии определяет производительность, работоспособность и надежность эксплуатации рабочих станций, а также время обращения к файловому серверу. В зависимости от топологии сети используется тот или иной метод доступа.

Современные сети можно классифицировать по различным признакам: по удаленности компьютеров, топологии, назначению, перечню услуг, принципами управления (централизованные и децентрализованные), методами коммутации, методами доступа видами среды передачи, скоростями передачи данных.

Компьютерные сети является вариантом сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации. Объединять компьютеры в сети начали более 30 лет назад. Когда возможности компьютеров выросли и ПК стали доступны каждому, развитие сетей значительно ускорилось.

Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют периферийное оборудование и устройства хранения информации.

1.1 Задание курсовой работы

В данной курсовой работе ставятся такие задачи:

1) Разработать структурную схему компьютерной сети офиса, согласно варианту, в среде моделирования КС.

2) Установить ip-адреса сетевых интерфейсов.

3) Настроить сервера.

4) Осуществить планирование пространства имен, а также соединение отдельных частей сети с помощью маршрутизаторов.

5) Показать результаты моделирования потоков трафика в компьютерной сети.

6) Произвести наглядный расчет удвоенной задержки распространения сигнала (PDV).

7) Сделать соответствующие выводы относительно правильности работы спроектированной сети.

Для разработки компьютерной сети офиса была выбрана среда моделирования Cisco Packet Tracer 6.0.1

Согласно варианту № 14 разрабатывается структурная схема компьютерной сети со следующими параметрами:

— количество компьютеров в сети — N=51;

— количество подсетей — S=5;

— ip-адресация — динамическая;

— технология канального уровняFast Ethernet;

— коммутационное оборудование — коммутаторы;

— физическая среда — витая пара;

— маршрутизация — динамическая;

— сервера: DHCP, HTTP;

Далее выполняется моделирование потоков трафика. Для этого отправляются комплексные пакеты от клиента к серверам по заданным протоколам (согласно варианту — DHCP, HTTP) и определяются соответствующие маршруты движения пакетов, а также их содержание после каждого хопа (перехода).

При расчете удвоенной задержки распространения сигнала в компьютерной сети (PDV) производятся следующие действия:

— определяются все сегменты КС, тип коммутационного оборудования, длинна кабелей;

— определяется суммарная удвоенная задержка (в битовых интервалах), которая вносится кабелем между двумя наиболее отдаленными компьютерами;

— определяется максимальная задержка, которая вносится сетевыми адаптерами двух наиболее отдаленных друг от друга компьютеров;

— определяется суммарная задержка, которая вносится коммутационным оборудованием, соединяющим два наиболее отдаленных компьютера;

— суммируются результаты расчетов удвоенных задержек.

При этом учитывается наличие/отсутствие доменов коллизий в сети и в соответствии с полученными результатами определяется ее трудоспособность. Результатом будет являться удвоенная задержка распространения сигнала (PDV) в КС.

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СЕТИ

В данной главе подробно описаны этапы разработки структурной схемы компьютерной сети, обосновывается выбор и описание отдельных структурных частей, а также производится планирование топологии сети.

По варианту задания на курсовую работу необходимо создать компьютерную сеть, в которую входит 51 компьютер, разбитых на 5 подсетей. В качестве технологии канального уровня необходимо использовать FastEthernet, коммутационное оборудование должно представлять собой коммутаторы, физическая среда — витая пара. Назначение IP-адресов должно быть динамической, а маршрутизация — динамической. Также должны быть сервера, которые выполняют функции DHCP и HTTP.

В качестве хостов будем использовать компьютеры, в программе моделирования Packet Tracer — PC-PT. В каждом компьютере по условию плата Fast Ethernet.

В качестве коммутаторов, которые будут соединять между собой компьютеры каждой из подсетей, выберем Switch 2950−24. Для соединения между собой подсетей будем использовать маршрутизаторы 2621ХМ. В маршрутизаторах необходимо установить дополнительную плату WIC-Cover WIC-2T, которая содержит порты Ethernet.

Для работы в качестве сервера будем использовать элемент Server-PT. Он будет использован для роли DNS и NTP. Все остальные службы, предоставляемые данным устройством, можно сразу отключить.

Начнем строить структурную схему сети. Девять компьютеров подключаются к хабу, который подключается к еще одному хабу по иерархической модели. В одной из подсетей 26, в другой — 27 компьютеров, а также по 4 хаба соответственно. В большей подсети располагается сервер. Для работоспособности каждой из подсетей необходимо провести настройку сервера и назначить IP компьютерам.

После соединения компьютеров в 2 подсети, нам необходимо соединить их в одну сеть — локальную сеть офиса. К роутеру подключаем главные хабы подсетей, для подключения используем разъем Ethernet.

3. ПРИНЦИПЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ IP-АДРЕСОВ

Для работы сетевых устройств и компьютеров — каждому из задействованных портов должен быть назначен уникальный IP-адрес.

Наша система содержит в себе 3 подсети.

1) сеть 192.168.10.0;

2) сеть 192.168.10.64;

3) сеть 192.168.10.128;

Далее опишем настройки маршрутизатора:

1) Для маршрутизатора Router 1 введем следующие настройки:

Ethernet 1/0 — 192.168.10.2 255.255.255.192

Ethernet 1/1 — 192.168.10.129 255.255.255.192

Рисунок 3.1 — Список интерфейсов роутера R1

2) Для маршрутизатора Router 2 введем следующие настройки:

Ethernet 1/0 — 192.168.10.1 255.255.255.192

Ethernet 1/1 — 192.168.10.65 255.255.255.192

Рисунок 3.2 — Список интерфейсов роутера R2

Настроим динамическую маршрутизацию OSPF:

— Router 1:

network 192.168.10.0 0.0.0.63 area 0

network 192.168.10.128 0.0.0.63 area 0

— Router 2:

network 192.168.10.0 0.0.0.63 area 0

network 192.168.10.64 0.0.0.63 area 0

Для настройки сервера для работы в качестве DNS и NTP-сервера необходимо перейти в соответствующие разделы и включить данные службы.

Рисунок 3.2 — Настройки DNS

Для взаимодействия с внешними сетями данная сеть может быть подключена к сети Интернет. Для этого можно, например, подключить один из роутеров к витой паре провайдера. Для доступа к сети Интернет будет необходимо внести в таблицы маршрутизации роутеров изменения, предусматривающие возможность передачи пакетов в сеть Интернет. А также изменить соответствующие настройки на компьютерах (в нашем случае, нужно будет также внести изменения в настройки серверов).

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКОВ ТРАФИКА В СЕТИ

Проведем моделирование потоков трафика от ПК номер 1 к серверу:

Рисунок 4.1 — PDU с рабочей станции до прохода через хаб

Рисунок 4.2 — PDU между HUB1 и HUB3

Хабы никак не меняют свойства пакета, а делают широковещательный запрос с MACадресом приемника. На рабочих станциях данные пакеты отбрасываются, хаб пересылает его дальше, а на роутере пакет обрабатывается.

Рисунок 4.3 — PDU перед прохождением роутера

Рисунок 4.4 — PDU после прохождения роутера

Как видно, после прохождения роутера MAC-адрес назначения становится MAC-адресом источника, а в поле DEST MAC подставляется адрес, соответствующий физическому адресу HUB6.

Рисунок 4.5 — PDU при прохождении HUB6

Рисунок 4.6 — PDU попадает на сервер

Подтверждение работоспособности сети: пинг между рабочей станцией и сервером проходит успешно.

Рисунок 4.7 — Проверка связи между сервером и рабочей станцией командой ping

Рисунок 4.8 — Проверка связи между сервером и рабочей станцией командой tracert

5 РАСЧЕТ УДВОЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИГНАЛА (PDV)

При расчете удвоенной задержки распространения сигнала в компьютерной сети (PDV) производятся следующие действия:

— определяются все сегменты КС, тип коммутационного оборудования, длинна кабелей;

— определяется суммарная удвоенная задержка (в битовых интервалах), которая вносится кабелем между двумя наиболее отдаленными компьютерами;

— определяется максимальная задержка, которая вносится сетевыми адаптерами двух наиболее отдаленных друг от друга компьютеров;

— определяется суммарная задержка, которая вносится коммутационным оборудованием, соединяющим два наиболее отдаленных компьютера;

— суммируются результаты расчетов удвоенных задержек.

При этом учитывается наличие/отсутствие доменов коллизий в сети и в соответствии с полученными результатами определяется ее трудоспособность. Результатом будет являться удвоенная задержка распространения сигнала (PDV) в КС.

Удвоенная задержка, которая вносится кабелем представлена в Таблице 5.1:

Таблица 5.1 — Удвоенная задержка, которая вносится кабелем

Максимальная задержка, вносимая кабелем, приведена в Таблице 5.2:

Таблица 5.2 — Максимальная задержка, которая вносится сетевыми адаптерами

Задержка, вносимая коммутационным оборудованием, приведена в Таблице 5.3:

Таблица 5.3 — Задержка, которая вносится коммутационным оборудованием

Самым дальним расстоянием является расстояние между двумя любыми компьютерами, которые принадлежат разным подсетям. Возьмем компьютеры PT1 и PT51

Маршрутизаторы не создают домен коллизий, поэтому компонентами ее вносящими являются соединительные кабели, сетевые адаптеры и концентраторы класса 2.

ПК1 — 2.95 м (l1) — Hub1 — 6.58м (l2) — Hub3 -3.88м (l3) — R1 -3.7м (l4) — Hub6 — 5.1м (l5) — Hub7 — 2.95м (l6) — ПК51

Компьютеры разделяет 6 сегментов витой пары и 4 хаба, то есть для расчета PDV можно использовать следующую формулу:

1.112*(l1+l2+l3+l4+l5+l6)+4*92+100;

где: l1-l6 — длины сегментов сети,

· 100 — задержка, которую вносят сетевые адаптеры компьютеров;

· 92*4 — задержка от 4 концентраторов 2 класса;

1.112*(2.95+6.58+3.88+3.7+5.1+2.95)+4*92+100=495.9 bt

495.9 bt<512bt, а значит сеть можно считать работоспособной

6. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

6.1 Описание среды моделирования КС

Компьютерная сеть, представленная в данной курсовой работе, была разработана в среде моделирования КС Cisco Packet Tracer. Данный программный продукт разработан компанией Cisco и рекомендован для использования при изучении телекоммуникационных сетей и сетевого оборудования. С помощью данного программного продукта можно создавать и конфигурировать сети и проводить в них поиск неисправностей. Packet Tracer дает возможность более подробно представлять новейшие технологии, тем самым делая учебный процесс чрезвычайно полезен с точки зрения усвоения полученного материала.

Cisco Packet Tracer специально разработан для изучения современных телекоммуникационных систем, и больше других симуляторов отвечает этой задаче. Данный симулятор позволяет проектировать свои собственные сети, создавая и отправляя различные пакеты данных, сохранять и комментировать свою работу. Отличительной особенностью данного симулятора является наличие в нем «Режима моделирования». В данном режиме все пакеты, пересылаемые внутри сети, отображаются графически.

6.2 Описание структурных элементов сети

При разработке компьютерной сети использовались такие структурные элементы как: рабочие станции PC-PT, серверы, маршрутизаторы 1841, коммутаторы.

Рабочая станция — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач. Другое название абонента сети, клиента сети (в противоположность серверу) или специального компьютера, ориентированного на работу в сети.

Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер или компьютерный терминал (устройства ввода-вывода, отделённые и часто удалённые от управляющего компьютера), набор необходимого ПО, по необходимости дополняемые вспомогательным оборудованием: печатающее устройство, внешнее устройство хранения данных на магнитных и/или оптических носителях, сканер штрих-кода и пр.

Сервер — это модуль, который постоянно ожидает прихода из сети запросов от клиентов, и приняв запрос, пытается его обслужить, как правило, с участием локальной операционной системы; один сервер может обслуживать запросы сразу нескольких клиентов (поочередно или одновременно).

Маршрутизатор представляет собой программируемое вычислительное устройство, которое работает под управлением специализированной операционной системы, оптимизированной для выполнения операций построения таблиц маршрутизации и продвижения пакетов на их основе.

Маршрутизатор часто строится по мультипроцессорной схеме, причем используется симметричное мультипроцессирование, асимметричное мультипроцессирование и их сочетание.

Маршрутизаторы можно классифицировать различными способами. Их можно разделить на магистральные и пограничные (по положению относительно границ сети), на маршрутизаторы операторов связи и корпоративные маршрутизаторы (в зависимости от предприятия, владеющего сетью).

Коммутатор, коммутирующий концентратор, переключатель (switching hub, switch) — концентратор, передающий на другие сегменты только те пакеты, которые адресованы им, с целью снижения нагрузки на сеть.

В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт 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.

6.3 Сетевые протоколы/стандарты. Их особенности

Independent Computing Architecture (ICA) это закрытый протокол для сервера приложений, разработанного компанией Citrix Systems. Протокол определяет спецификацию обмена данными между сервером и клиентами, но не встроенный ни в одну из платформ. По умолчанию используется порт TCP 1494. Программные продукты Citrix WinFrame и Citrix Presentation Server (ранее назывался Metaframe) реализуют эти протоколы. Они позволяют выполнять обычные программы Microsoft Windows на Windows-сервере, а поддерживаемым клиентам подключаться к этим приложениям. Кроме Windows, ICA также поддерживается некоторыми серверными платформами Unix и могут использоваться для доступа к приложениям, выполняемых на этих платформах. Клиентские платформы не обязательно должны быть Windows, есть клиенты для Apple Macintosh, Unix, Linux и различных смартфонов. Клиентское ПО ICA также встроен в некоторые аппаратные платформы тонких клиентов. ICA выполняет задачи, во многом схожи с X Window System. Он также предоставляет сервера ввода пользователя, а пользователю графический вывод от приложений, выполняемых на сервере.

Основная трудность такой архитектуры — это производительность. Графически емкие приложения, а таковыми являются большинство GUI-приложений, будучи переданными через медленное соединение, требующих высокой степени сжатия и оптимизации воспроизведения приложения. Клиентская машина может быть на другой платформе и не иметь таких же GUI функций локально — в этом случае сервера может понадобиться передавать bitmap данные через подключение. В зависимости от возможностей клиента серверы также делегировать часть графической обработки клиенту, например отрисовку мультимедийного контента.

UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — один из ключевых элементов Internet Protocol Suite (более известного как TCP / IP), набора сетевых протоколов для Интернета. С UDP компьютерные приложения могут посылать сообщения (в данном случае называемые датаграммы) другим хостам по IP-сети без необходимости предварительного уведомления для установки специальных каналов передачи или путей данных. Протокол был разработан Дэвидом П. Ридом в 1980 году и официально определен в RFC 768.

UDP использует простую модель передачи, без явных «рукопожатий» для обеспечения надежности, упорядочения или целостности данных. Таким образом, UDP предоставляет ненадежный сервис, и датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или совсем исчезнуть без следа. UDP виду, что проверка ошибок и исправления или не нужны, или должны выполняться в приложении. Чувствительны к времени приложения часто используют UDP, так как предпочтительнее сбросить пакеты, чем ждать оказались пакеты, может оказаться невозможным в системах реального времени. При необходимости исправления ошибок на сетевом уровне интерфейса приложение может задействовать TCP или SCTP, разработанные для этой цели.

Природа UDP как протокола без сохранения состояния также полезна для серверов, отвечающих на небольшие запросы от огромного числа клиентов, например DNS и просмотра мультимедийных приложения вроде IPTV, Voice over IP, протоколы туннелирования IP и многие онлайн-игры.

ВЫВОДЫ

В данной курсовой работе была разработана компьютерная сеть офиса топологии «звезда» на основе технологии Ethernet. Сеть офиса состоит из 53 рабочих станций, объединенных в 2 подсети. В каждой подсети рабочие станции соединяются с концентраторами, а те, в свою очередь, с маршрутизатором. В одной из подсетей есть сервер, выполняющий функции TFTP и NTP. Все соединения выполнены с помощью витой пары (UTP5). Распределение IP-адресов для каждого из узлов сети — статическое, маршрутизация — динамическая. В качестве коммутационного оборудования были выбраны хабы. В соответствии с техническим заданием, определены приемлемые параметры компьютерной сети, необходимые для ее правильного функционирования. Произведен расчет физических параметров сети, настройка серверов, планирование пространства имен. Для проверки правильности функционирования проводилось моделирование потоков трафика в сети, а также расчет удвоенной задержки распространения сигнала (PDV). Данная сеть соответствует требованиям (PDV=495.9bt) и является работоспособной.

1. Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. — Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. М.: Издательство ЭКОМ, 2000. — 312 с.: илл.

2. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. // Учебник для вузов. — 4-е изд. — СПб.: Питер, 2010. 944c.

3. Брайан Хилл Глава 9. Основные сведения о концентраторах// Полный справочник по Cisco = Cisco: The Complete Reference. — М.: «Вильямс». — С. 1088. — ISBN 0−07−219 280−1.

4. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Комп'ютерні мережі» для студентів напряму підготовки 6.50 102 «Комп'ютерна інженерія» / Укл. Г. Г. Киричек, О.Г.Маркін, С. Ю. Скрупський. Запоріжжя: ЗНТУ, 2012. — 30 с.

.ur