Построение локальной вычислительной сети БОУ "Шонгская общеобразовательная школа" - Дипломная работа

А так же проведены расчеты длины кабелей, соединяющих информационные розетки, подобрано оборудование для функционирования всей системы и выбрано программное обеспечение для компьютеров. В сети с топологией «шина» данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам, находящимся в сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам: - выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом; В качестве коммутационного оборудования выбирается коммутатор, а не концентратор, так как по цене они практически не различаются, но коммутаторы имеют следующие преимущества: - повышение пропускной способности сети (коммутатор имеет способность «запоминать» адрес каждого компьютера, подключенного к его портам и действовать как регулировщик - только передавать данные на компьютер адресата и ни на какие другие, так же устраняются ненужные передачи и тем самым освобождается пропускная способность);В ходе проделанной работы была спроектирована модель локальной сети кабинета, отвечающая всем требованиям современных учебных заведений. Так же подобрано аппаратное и программное обеспечение с наилучшим сочетанием цены и качества, была рассчитана стоимость приобретения и монтажа сетевого оборудования. В итоге самым оптимальным решением было - построить сеть на топологии «Звезда». По итогу сравнения был выбран программный маршрутизатор, который при небольшой себестоимости может обеспечить доступ в интернет, с хорошей скоростью для всех компьютеров сети. Так же были рассчитаны все необходимые отчисления, затраты на электроэнергию и на оплату работы техника, следящего за сетью.Все важные характеристики роутера TP-Link TL-WR940N приведены в таблице 1. Таблица 1 - Характеристики роутера TP-Link TL-WR940N Тип устройства Маршрутизатор Скорость портов 100 Мбит/сек WAN-порт 1Паспорт коммутатора Все важные характеристики коммутатора TP-Link TL-SG3216 приведены в таблице 1. Таблица 1 - Характеристики коммутатора TP-Link TL-SG3216 Тип устройства Коммутатор Скорость портов коммутатора 10/100/1000 Мбит/секПаспорт компьютера включает в себя информацию о выбранном системном блоке, мониторе, клавиатуре и компьютерной мыши. Все необходимые данные об оборудовании приведены в таблице 1. Данный системный блок оборудован процессором Intel Pentium Dual-Core G2030 с частотой 3ГГЦ, 4Гб оперативной памяти DDR3, жестким диском на 500 Гб, DVD-RW приводом и установленной ОС Windows 8 Ноутбук c экраном 15.6" имеет вес 2.5 кг, процессор Pentium 2400 МГЦ, оперативную память 2 Гб DDR3, встроенную графику, жесткий диск (HDD) 320 Гб, оптический привод DVD-RW, Bluetooth, Wi-Fi и установленную ОС Windows 8 Все важные характеристики выбранного для прокладки кабеля витая пара UTP 5e, а также об информационных розетках приведены в таблице 1 и таблице 2 соответственно.Схема кабинета информатики Кабинет информатики находится на втором этаже здания.

По заданию дипломного проекта требуется спроектировать модель локальной сети для БОУ «Шонгская общеобразовательная школа» с учетом стандартов построения сетей и САНПИН для учебных заведений.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, объединяющую компьютеры и подключаемое к ним оборудование на ограниченной территории, обычно не больше одного предприятия или нескольких зданий. В настоящее время ЛВС стала неотъемлемым атрибутом в любых вычислительных системах, имеющих более одного компьютера.

Достоинства локальной сети - это, прежде всего, централизованное хранение данных, возможность совместной работы и быстрого обмена данными, разделяемый доступ к общим ресурсам, таким как принтеры, сеть интернет и другие.

Еще одной важной функцией локальной сети является создание отказоустойчивых систем, продолжающих функционирование при выходе из строя некоторых входящих в них элементов. В ЛВС отказоустойчивость обеспечивается путем гибкости работы персональных компьютеров.

Большие возможности компьютеров по обработке информации делают их пригодными для разнообразного использования и в области образования. Они могут облегчить изучение и преподавание материала на всех уровнях - от дошкольников, овладевающих чтением, до учащихся старших классов и высших учебных заведений. Компьютеры пригодны для использования в таких областях, как история и естественные науки, профессиональная подготовка, русский язык и математика, музыка и изобразительное искусство, чтение и письмо. Компьютеры открывают новые пути в развитии различных навыков и умения решать проблемы, дают новые возможности для обучения. С помощью компьютеров можно сделать проведение уроков, упражнений, контрольных работ, а также учет успеваемости более простым и действенным. Это помогает учителям и позволяет им оставлять больше времени для занятий. Компьютеры могут сделать многие уроки интереснее и познавательней, а весь поток информации более доступным.

На данный момент тема проекта является актуальной, так как разработка локальной сети - неотъемлемая стадия при проектировании, как офисов, так и школ. В век высоких технологий современная вычислительная сеть необходима для любого учебного заведения, так как ее использование гораздо упрощает и улучшает процесс обучения.

Согласно исходным данным, создаваемая информационно-вычислительная система здания не предназначена для передачи секретной информации. Поэтому структурированная кабельная система строится на более дешевой и менее сложной в практической реализации незащищенной элементной базе.

Решение всех поставленных задач будет выполнено с учетом всех стандартов построения кабельных систем, на основе предложенного плана учебного кабинета.

В результате выполнения дипломного проекта должна быть создана модель локальной сети, являющаяся удобной в настройке, установке и использовании. А так же проведены расчеты длины кабелей, соединяющих информационные розетки, подобрано оборудование для функционирования всей системы и выбрано программное обеспечение для компьютеров.

1. Разработка технического проекта

1.1 Исходные данные

Для выполнения работ по созданию локальной сети и настройке оборудования для доступа обучающихся в сеть интернет, утверждены следующие требования: - свободное подключение учащихся к ресурсам Интернет только в учебных целях;

- наличие сети Wi-Fi в кабинете информатики;

- приобретение нового компьютерного оборудования;

- наличие в сети файлового сервера;

- выбор оборудования должен быть основан на технических характеристиках, способных удовлетворить требованиям к скорости передачи данных;

- оборудование должно быть безопасно, защищено от поражения людей электрическим током. Влияние электромагнитного излучения на обучающихся должно быть снижено;

- удобство и простота при эксплуатации сети;

- наименьшее количество рабочих станций в кабинете должно быть более десяти;

- рабочая станция как место работы должна представлять собой полноценный стационарный или портативный компьютер;

- расположение рабочих мест должно удовлетворять требованиям стандартов размещения оборудования в учебных заведениях;

- затраты на создание локальной сети должны быть минимизированы;

- надежность локальной сети.

1.2 Выбор решений для построения сети

Любое сетевое устройство, коммутатор, маршрутизатор, сетевая карта компьютера используют для своей работы сетевую модель OSI, состоящую из семи уровней. Уровни располагаются снизу вверх, на первом, самом нижнем - расположен физический уровень, на седьмом, высшем уровне располагается прикладной уровень.

Сетевая модель OSI - абстрактная модель для коммуникаций и создания сетевых протоколов, в структуре, которой, каждая часть процесса взаимодействия измеряется отдельно. Благодаря ее использованию взаимодействие программного обеспечения и сетевого оборудования становится намного проще и прозрачнее.

В таблице 1 описана сетевая модель OSI с указанием функций на каждом уровне. Уровни располагаются сверху вниз. [3]

Таблица 1 - Сетевая модель OSI

Модель OSI

Тип данных Уровень (layer) Функции

Данные 7. Прикладной (application) Доступ к сетевым службам

Данные 6. Представительский (presentation) Представление и кодирование данных

Данные 5. Сеансовый (session) Управление сеансом связи

Сегменты 4. Транспортный (transport) Прямая связь между конечными пунктами и надежность

Пакеты 3. Сетевой (network) Определение маршрута и логическая адресация

Кадры 2. Канальный (data link) Физическая адресация

Биты 1. Физический (physical) Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными

1.3 Принципы администрирования СКС

Принципы администрирования СКС полностью определяются ее структурой. Разделяют два вида администрирования одноточечное и многоточечное.

Под многоточечным администрированием понимают управление структурированной кабельной системой, построенной на архитектуре иерархической звезды, то есть она включает в себя магистральную подсистему хотя бы одного уровня. Основным признаком этого варианта является необходимость выполнения переключения минимум двух шнуров (или элементов, их заменяющих), то есть изменения конфигурации. При использовании этого принципа обеспечивается наилучшая гибкость управления, а также увеличиваются возможности СКС при адаптации к новым приложениям.

Архитектура одноточечного администрирования используется тогда, когда требуется максимально упростить управление СКС. Основной ее признак - соединение всех информационных розеток рабочих мест с оборудованием в одном техническом помещении. Принципиально подобная архитектура может использоваться только для кабельных систем, не имеющих магистральной подсистемы. Одноточечную архитектуру предпочтительнее всего использовать в сетях с малым количеством портов.

В данном проекте магистральная подсистема не предусматривается, так как все компьютеры локальной сети и коммутационное оборудование находятся в одном кабинете, а значит, применяется архитектура одноточечного администрирования.

1.4 Обзор и выбор сетевой топологии

Сетевая топология - это способ описания конфигурации сети , схема расположения и соединения сетевых устройств .

Топологию сети обуславливают ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на: - состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры подключены друг к другу. Для этой цели применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Разные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Топология налагает различные условия на сеть. От нее зависти не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология определяет способ взаимодействия компьютеров в сети. Разным видам топологий соответствуют разные методы взаимодействия, и эти методы сильно влияют на сеть.

Все сети строятся на основе трех основных топологий: - шина;

- звезда;

- кольцо.

Если компьютеры подключаются вдоль одного кабельного сегмента, топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключаются к сегментам кабеля, которые исходят из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключаются компьютеры, замыкается в кольцо, такая топология является кольцевой.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

1.4.1 Топология шина

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый сегментом или магистралью, вдоль которого подключены все компьютеры сети (рисунок 1).

Рисунок 1 - Простая сеть с топологией «шина»

В сети с топологией «шина» данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам, находящимся в сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от их количества. Чем их больше, то есть чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе: - характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

- частота, с которой компьютеры передают данные;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип сетевого кабеля;

- расстояние между компьютерами в сети.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выходит из строя, это не скажется на работе других рабочих станций. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

В случаях, когда в сети происходят неполадки, сами по себе компьютеры остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Достоинства топологии «шина»: - простота настройки;

- относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;

- выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии «шина»: - неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;

- сложность поиска неисправностей;

- низкая производительность - в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;

- плохая масштабируемость - для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

При рассмотрении данной топологии и выявлении ее недостатков видно, что для реализации проекта она не является лучшим вариантом ввиду того что для нее не подходит расположение компьютеров по стандартам, а также ее низкая надежность и масштабируемость не удовлетворяют требованиям проекта.

1.4.2 Топология кольцо

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к замкнутому кабелю (рисунок 2). Сигналы передаются по кругу в одном направлении, проходя через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер является повторителем, усиливающим сигнал и передавая его следующему компьютеру. Поэтому, при выходе из строя одного компьютера, прекращает функционировать вся сеть.

Рисунок 2 - Простая сеть с топологией «кольцо»

Достоинства кольцевой топологии: - простота установки;

- практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

- возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако «кольцо» имеет и существенные недостатки: - каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля - работа всей сети останавливается;

- подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;

- сложность конфигурирования и настройки;

- сложность поиска неисправностей.

При обзоре данной топологии можно заключить, что она не подходит для реализации в проекте учебного кабинета.

Во-первых, она имеет низкую надежность. Во-вторых, чтобы она работала, все компьютеры в кабинете должны быть включены, а это требуется не всегда.

1.4.3 Топология звезда

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (рисунок 3). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла еще при появлении вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру. маршрутизатор коммутатор кабель сетевой

Рисунок 3 - Простая сеть с топологией «звезда»

В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. В этом есть недостаток для больших сетей ввиду того что значительно увеличивается расход кабеля, так как все компьютеры подключены к центральной точке. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

Топология «звезда» является основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам: - выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;

- хорошая масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;

- легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;

- высокая производительность;

- простота настройки и администрирования;

- в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, «звезда» не лишена недостатков: - выход из строя центрального концентратора приведет к неработоспособности всей сети;

- дополнительные затраты на сетевое оборудование - устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (концентратор);

- число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.

При рассмотрении основных топологий построения кабельной системы, оценки их достоинств и недостатков, принимается решение использовать топологию «звезда». При выборе подходящего и надежного коммутатора данная топология является наилучшим решением для построения малой сети школы.

2. Выбор сетевого оборудования

Для совместной работы с файлами, необходим отдельный компьютер, выполняющий роль файлового сервера, который предназначается для хранения документации, доступ к которой обеспечен компьютерам сети. Кроме этого понадобится коммутатор, чтобы соединить несколько компьютеров в один сегмент. Далее стоит отметить, что одним из требований к ЛВС является наличие Wi-Fi. Чтобы его обеспечить, необходимо использовать Wi-Fi роутер. Кроме того для прокладки сети необходим сам кабель и розетки, а также короба, чтобы защитить провода от повреждений. Для сетевого оборудования понадобится шкаф.

Итак, для создания локальной сети потребуется следующее оборудование: - компьютер, являющийся файловым сервером;

- коммутатор;

- Wi-Fi роутер;

- сетевой кабель;

- короба для прокладки;

- информационные розетки;

- коммутационный шкаф;

- конечное сетевое оборудование - компьютеры и ноутбуки.

2.1 Подбор маршрутизатора

Маршрутизатор (роутер) - сетевое устройство, используемое в компьютерных сетях, которое, на основании информации о топологии сети (таблицы маршрутизации) и определенных правил, принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI их получателю. Обычно применяется для связи нескольких сегментов сети.

Существует 2 вида маршрутизаторов: программный и аппаратный. В первом случае он является частью операционной системы одного из компьютеров сети, во втором случае - специальным вычислительным устройством.

Аппаратный маршрутизатор - специализированное устройство, собранное на узкоспециализированном процессоре RISC или ARM, объединяющее в отдельном корпусе множество маршрутизирующих модулей.

Программный маршрутизатор - это рабочая станция или выделенный сервер, имеющий несколько сетевых интерфейсов и снабженный специальным программным обеспечением, настроенным на маршрутизацию.

Не смотря на то, что программный маршрутизатор обладают более гибким функционалом, чем аппаратный, в данном проекте он применяться не будет, так является менее надежным и более сложным в использовании. К тому же для него пришлось бы докупать адаптер Wi-Fi. Программный маршрутизатор требует того, чтобы компьютер, на котором он установлен был включенным, а это влечет лишние затраты на электроэнергию.

В отличие от коммутаторов и мостов, в таблицах маршрутизации этих устройств записываются номера подсетей, а не MAC-адреса. Вторым отличием является активный обмен с другими маршрутизаторами информацией о топологии связей в подсетях, их пропускная способность и состояние каналов.

Основные требования, которые предъявляются к маршрутизатору в проекте - это функциональность и скорость работы.

Требование скорости работы маршрутизатора важно, так как к нему будет подключено одновременно несколько компьютеров.

Функциональность характеризуется набором поддерживаемых сетевых протоколов, протоколов маршрутизации, портов, наличие Wi-fi. Она достигается с помощью использования модульной конструкции, когда в одно шасси устанавливается несколько блоков с портами определенного типа.

Благодаря технологии Wi-Fi можно осуществляется выход с ноутбуков, КПК, сотовых телефонов и других устройств, оборудованных приемниками Wi-Fi в интернет без подключения сетевого кабеля.

2.1.1 Выбор маршрутизатора

Для сравнения взято три аппаратных роутера от разных фирм-производителей - D-Link, TP-Link, Asus - приблизительно равной стоимости. Данные о них приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Сравнение характеристик маршрутизаторов

Название D-Link DIR-506L TP-Link TL-WR940N Asus RT-N53

Пропускная способность 150 Мбит/с 300 Мбит/с 300 Мбит/с

Защита информации WPA и WPA2 WEP, WPA, WPA2, 802.1x 64-bit WEP, 128-bit WEP, WPA2-PSK, WPA-PSK, WPA-Enterprise, WPA2-Enterprise, WPS support

Наличие Wi-Fi Есть Есть Есть

Скорость портов 10/100 Мбит/сек 100 Мбит/сек 100 Мбит/сек

Межсетевой экран (FIREWALL) Нет Есть Есть

Название D-Link DIR-506L TP-Link TL-WR940N Asus RT-N53

NAT, DHCP-сервер Есть Есть Есть

Статическая маршрутизация Нет Есть нет

Web-интерфейс На основе браузера Есть Есть

Количество портов 1 4 4

Размеры (ШХВХГ) 102,9x79,8x22,3мм 200x28x140мм 172x145x60мм

Цена 2150,00 руб. 2160,00 руб. 2800,00 руб.

По итогу сравнения выбран маршрутизатор TP-Link TL-WR940N имеющий подходящие для данной сети характеристики и сравнительно невысокую стоимость. Паспорт данного устройства представлен в приложении А.

2.2 Подбор коммутатора

Устройство канального уровня, которое позволяют соединить несколько физических элементов ЛВС в одну общую сеть. Коммутация локальных сетей обеспечивает взаимодействие сетевых устройств по выделенной линии без возникновения коллизий, с параллельной передачей нескольких потоков данных.

Одной из главных характеристик для коммутатора является количество портов, оно определяет количество соединяемых компьютеров.

В качестве коммутационного оборудования выбирается коммутатор, а не концентратор, так как по цене они практически не различаются, но коммутаторы имеют следующие преимущества: - повышение пропускной способности сети (коммутатор имеет способность «запоминать» адрес каждого компьютера, подключенного к его портам и действовать как регулировщик - только передавать данные на компьютер адресата и ни на какие другие, так же устраняются ненужные передачи и тем самым освобождается пропускная способность);

- коммутаторы предоставляют каждому узлу сети выделенную пропускную способность протокол.

2.2.1 Выбор метода коммутации

В коммутаторах локальных сетей могут быть реализованы различные методы передачи кадров.

Коммутация с промежуточным хранением (store-and-forward) -коммутатор копирует весь принимаемый кадр в буфер и производит его проверку на наличие ошибок. Если кадр содержит ошибки (кадр имеет размер меньше 64 байт или больше 1518 байт или не совпадает контрольная сумма), то он отбрасывается. Если кадр не содержит ошибок, то коммутатор находит адрес приемника в своей таблице коммутации и определяет исходящий интерфейс. Затем, если не определены никакие фильтры, он передает этот кадр приемнику. Этот способ передачи связан с задержками - чем больше размер кадра, тем больше времени требуется на его прием и проверку на наличие ошибок.

Коммутация без буферизации (cut-through) - коммутатор локальной сети копирует во внутренние буферы только адрес приемника (первые 6 байт после префикса) и сразу начинает передавать кадр, не дожидаясь его полного приема. Это режим уменьшает задержку, но проверка на ошибки в нем не выполняется. Существует две формы коммутации без буферизации: Коммутация с быстрой передачей (fast-forward switching) - эта форма коммутации предлагает низкую задержку за счет того, что кадр начинает передаваться немедленно, как только будет прочитан адрес назначения. Передаваемый кадр может содержать ошибки. В этом случае сетевой адаптер, которому предназначен этот кадр, отбросит его, что вызовет необходимость повторной передачи этого кадра.

Коммутация с исключением фрагментов (fragment-free switching) - коммутатор фильтрует коллизионные кадры, перед их передачей. В правильно работающей сети, коллизия может произойти во время передачи первых 64 байт. Поэтому, все кадры, с длиной больше 64 байт считаются правильными. Этот метод коммутации ждет, пока полученный кадр не будет проверен на предмет коллизии, и только после этого, начнет его передачу. Такой метод коммутации уменьшает количество пакетов передаваемых с ошибками. [3]

Для использования в небольшой школьной сети, предпочтительнее всего коммутатор с коммутацией промежуточного хранения - store-and-forward.

2.2.2 Выбор уровня коммутатора

Для того чтобы выбрать коммутатор, оптимально подходящий под нужды сети, нужно знать его уровень. Этот параметр определяется на основании того, какую сетевую модель OSI (передачи данных) использует устройство.

Устройства первого уровня, использующие физическую передачу данных, уже практически исчезли с рынка. Пример физического уровня - хабы, у которых информация передается сплошным потоком.

Уровень 2. К нему относятся практически все неуправляемые коммутаторы. Используется так называемая канальная сетевая модель. Устройства разделяют поступающую информацию на отдельные пакеты (кадры, фреймы), проверяют их и направляют конкретному девайсу-получателю. Основа распределения информации в коммутаторах второго уровня - MAC-адреса. Из них свитч составляет таблицу адресации, запоминая, какому порту какой MAC-адрес соответствует. IP-адреса они не понимают.

Уровень 3. Данный вид коммутатора работает с IP-адресами, и также может преобразовывать логические адреса в физические. На третьем, сетевом уровне передачи данных, работают практически все маршрутизаторы и наиболее «продвинутая» часть коммутаторов.

Уровень 4. Сетевая модель OSI, которая здесь используется, называется транспортной. Даже не все роутеры выпускаются с поддержкой этой модели. Распределение трафика происходит на интеллектуальном уровне - устройство умеет работать с приложениями и на основании заголовков пакетов с данными направлять их по нужному адресу. Кроме того, протоколы транспортного уровня, к примеру TCP, гарантируют надежность доставки пакетов, сохранение определенной последовательности их передачи и умеют оптимизировать трафик.

Так как сеть не требует специальных возможностей и для устройства не предусматривается постановка сложных задач, для реализации выбирается коммутатор второго уровня.

2.2.3 Выбор коммутатора для решения поставленных задач

Исходя из количества рабочих мест, коммутатор должен иметь не менее 16 портов. Проведя анализ оборудования на рынке (таблица 3) выбирается коммутатор TP-Link TL-SG3216, как лидер по соотношению цены и производительности.

Таблица 3 - Сравнительная таблица коммутаторов 2 уровня

Название D-Link DES-3200-18/B1A TP-Link TL-SG3216 HP 1910-16G Switch (JE005A)

Производитель D-Link TP-Link HP

Количество портов 18 16 20

Скорость портов коммутатора 10/100/1000 Мбит/сек 10/100/1000 Мбит/сек 10/100/1000 Мбит/сек

Размер таблицы MAC адресов 8K 8K 8192

Размеры (ШХВХГ) 228.5x195x44 мм 440х220х44мм 442x160x432мм

Метод коммутации store-and-forward store-and-forward store-and-forward

Цена 10 250 руб. 10 300 руб. 12 100 руб.

2.3 Файловый сервер

Файловый сервер - это выделенный компьютер, оптимизированный для выполнения файловых операций ввода-вывода и предназначенный для хранения файлов любого типа. Как правило, обладает большим объемом дискового пространства. Его наличие в сети позволяет повысить скорость обмена данными, повысить надежность хранения информации.

При выборе сервера следует обратить внимание на такие характеристики как: - производительность процессора;

- объем оперативной памяти;

- скорость жесткого диска;

- отказоустойчивость.

2.4 Выбор стационарного компьютера

Настольный компьютер (рабочая станция), подключенный к сети, является самым универсальным узлом. Прикладное использование компьютера в сети определяется программным обеспечением и установленным дополнительным оборудованием.

Учебные компьютеры отличаются от игровых пониженной ценой за счет уменьшения возможностей компьютера. Их комплектация сбалансирована таким образом, чтобы всегда было комфортно работать с необходимыми приложениями. В качестве стационарных компьютеров будут использоваться четыре идентичных компьютера.

Так как на файловый сервер не ложиться слишком большая нагрузка, в качестве него используется компьютер с такой же производительностью, как и у рабочих станций. Полный паспорт для всех компьютеров приведен в приложении В.

2.5 Выбор портативного компьютера

По заданию технического проекта, в локальной сети присутствуют не только стационарные, но и портативные компьютеры (ноутбуки).

Так как ноутбук используется исключительно в учебных целях, высокая производительность от него не требуется. По сочетанию цены и качества прекрасно подходит ноутбук Lenovo B590. Паспорт данного устройства приведен в приложении Г.

2.6 Обзор и выбор сетевого кабеля

Для локальных сетей существует три принципиальные схемы соединения: с помощью витой пары, коаксиального или волоконнооптического кабеля. Для передачи информации так же могут использоваться спутники, лазеры, микроволновое излучение и тому подобное, однако они выходят за область рассмотрения данного дипломного проекта, так как требуется организовать простую в реализации и эксплуатации, а также дешевую локальную сеть.

2.6.1 Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (коаксиал) - электрический кабель , состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Состоит из двух цилиндрических проводников, соответственно вставленных один в другой (рисунок 4). Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идет второй проводник - медная сетка или алюминиевая фольга. Благодаря совпадению центров обоих проводов потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния и использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих других областях. [2]

Рисунок 4 - Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель не используется при построении данной локальной сети, ввиду следующих причин: - сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано коммутатором от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент;

- коаксиальный кабель менее удобен для монтажа, чем витая пара.

2.6.2 Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель - кабель на основе оптоволокна. Оптоволокно это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения (рисунок 12). Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна (рисунок 5). Многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно - на длинных дистанциях. Изза строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение многомодовых компонентов. [2]

Рисунок 5 - Одномодовое и многомодовое оптоволокно

Не смотря на то, что оптоволокно может быть использовано не только как средство для дальней связи, но и построения компьютерной сети, использоваться при проектировании оно так же не будет, так как одна из задач - минимизация расходов на построение сети, а оптоволокно значительно дороже, чем кабель витая пара. Поэтому использовать его не целесообразно, так как в данной сети не требуются сверхбольшие скорости передачи данных.

2.6.3 Витая пара

Витая пара в настоящее время является самой распространенной средой передачи и представляет собой пару свитых проводов. Кабель, составленный из нескольких витых пар, как правило, покрыт жесткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия внешней среды и механических повреждений. Изображение витой пары представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 - Кабель витая пара

В нормальных условиях витая пара поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с. Однако ряд факторов может существенно снизить скорость передачи данных, в частности, потеря данных, перекрестное соединение и влияние электромагнитного излучения.

Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование (кабель из витых пар покрывается фольгой или оплеткой). Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его ослабление при передаче из одной точки сети в другую. Экранирование изменяет сопротивление, индуктивность и емкость таким образом, что линия становится склонной к потере данных. Подобные потери могут сделать витую пару нежелательной и ненадежной средой передачи. И экранированная, и неэкранированная витая пара используется для передачи данных на несколько сотен метров.

В соответствии со спецификациями ассоциации электронной и телекоммуникационной промышленности вводится пять стандартных категорий кабеля из витых пар. При определении категорий кабеля используется только неэкранированная витая пара (UTP).

Кабель первой категории используется для передачи голосовых данных. С начала 80-х годов кабель категории 1 используется в основном в качестве проводки телефонных линий. Кабель первой категории не сертифицирован для передачи данных любого типа и в большинстве случаев не рассматривается как среда для передачи цифровых данных, а значит, для реализации проекта он не подходит.

Кабель второй категории используется для передачи информации со скоростью не более 4 Мбит/с. Этот тип проводки характерен для сетей устаревшей сетевой топологии, использующих протокол с передачей маркера. Кабель тактируется частотой 1 Мгц. Данная категория кабеля не может использоваться, так как не удовлетворяет требованиям проекта к скорости передачи данных.

Кабель третьей категории в основном используется в локальных сетях с устаревшей архитектурой Ethernet 10base-T и сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с. Кабель тактируется частотой 16 МГЦ.

Кабель четвертой категории используется в качестве среды соединения сетей с кольцевой архитектурой или архитектурой 10base-T/100base-T. Кабель четвертой категории сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16Мбит/с и состоит из четырех витых пар. Тактируется частотой 20 МГЦ.

Кабель пятой категории является самой распространенной средой передачи для Ethernet. Кабель поддерживает скорость передачи данных до 100Мбит/с и используется в сетях с архитектурой 100base-T и 10base-T. Кабель тактируется частотой 100 МГЦ. [4]

На данный момент кабель витая пара категории 5е является наилучшим выбором для использования в локальных сетях как большого, так и малого размера. Он поддерживает наилучшую скорость передачи данных и также может использоваться в сетях с различными архитектурами. Именно поэтому он и будет использоваться при реализации проекта. Кабель имеет преимущества перед другими схемами соединения, так как обладает следующими достоинствами: - простота монтажа;

- гибкость кабеля;

- относительно невысокая стоимость при хороших показателях пропускной способности;

- простота замены или наладки при повреждении.

В данном проекте используется кабель витая пара UTP категории 5e компании TOPLAN. Информация о кабеле приведена в приложении Д.

2.7 Выбор информационных розеток

Для данного проекта предусматривается по одной информационной розетке с одним розеточным модулем для каждого рабочего места с ноутбуком.

Тип розеточных модулей определяется с учетом требований по пропускной способности, конфигурации рабочего места и способа крепления. Розеточный модуль устанавливается на высоте 0,5 м от пола.

Для монтажа кабеля на рабочих местах выбраны стандартные розетки с одним разъемом RJ-45 категории 5е. Для данного проекта используются розетки Logicpower (LP-212) информация о которых приведена в приложении Д.

2.8 Выбор монтажного оборудования

2.8.1 Шкаф для коммутационного оборудования

Исходя из того, что для аппаратуры не потребуется отдельное помещение, все оборудование монтируется в настенный коммутационный шкаф, в качестве которого используется ЦМО ШРН 9.650 со стеклянной дверью. Данный шкаф выбран, так как он хорошо подходит к габаритам оборудования, имеет невысокую стоимость, а также имеет точечный замок.

2.8.2 Кабель-канал

Для прокладки и защиты кабелей используются пластиковые короба двух видов. Для прокладки по полу применяется декоративный канал DKC CSP-N 75x17 G.

Для подведения кабелей по стене к коммутационному шкафу - кабель-канал DKC 01050. Данные о коробах приведены в приложении Е.

3. Проектная часть

3.1 Разработка модели сети

При проектировании сети в первую очередь разрабатывается наглядная модель сети с привязкой к имеющимся планам и инженерным конструкциям. Данное действие позволяет: - определиться в каком месте будет установлено коммуникационное оборудование;

- выбрать с учетом имеющихся коммуникаций наименьшее расстояние для прокладки коммуникационных кабелей;

- учитывая масштаб плана, позволяет рассчитать приблизительную длину каждого кабельного сегмента.

Для разработки модели выбран метод имитационного моделирования, поскольку он в большей степени соответствует предъявляемым требованиям по адекватности и сложности.

В качестве программы для разработки имитацио

В ходе проделанной работы была спроектирована модель локальной сети кабинета, отвечающая всем требованиям современных учебных заведений. Так же подобрано аппаратное и программное обеспечение с наилучшим сочетанием цены и качества, была рассчитана стоимость приобретения и монтажа сетевого оборудования.

Как и требовалось по заданию проекта, рабочие места включают в себя не только стационарные, но и портативные компьютеры. В качестве управляющего элемента выступает выделенный файловый сервер.

Проект сети максимально упрощен для монтажа и дальнейшей эксплуатации.

В ходе составления проекта были рассмотрены различные топологии, сравнивались их достоинства и недостатки. В итоге самым оптимальным решением было - построить сеть на топологии «Звезда».

После выбора топологии были рассмотрены различные виды маршрутизаторов. Сравнивались программные и аппаратные реализации данных устройств. По итогу сравнения был выбран программный маршрутизатор, который при небольшой себестоимости может обеспечить доступ в интернет, с хорошей скоростью для всех компьютеров сети.

Далее был выбран коммутатор, имеющий достаточное количество портов для объединения всего оборудования.

Так как в школе имеются устаревшие компьютеры, было принято решение заменить их на более современные для повышения производительности. На всех компьютерах, за исключением файлового сервера установлена новая операционная система Windows 8. Для сервера, соответственно была выбрана серверная ОС - Windows Server 2012. Все компьютеры обеспечены антивирусной защитой.

При обзоре трех разновидностей кабеля было принято решение использовать кабель - витая пара, так как по ряду причин он лучше всего подходит для данной малой сети.

В качестве технологии доступа был выбран Fast Ethernet 100BASE-TX, обеспечивающий скорость обмена данными в 100 Мбит/с.

Для всех компьютеров были подобраны IP-адреса класса C.

По завершению была рассчитана общая стоимость сети, включающая в себя затраты на аппаратное и программное обеспечение, монтажное оборудование и непосредственно сам монтаж сети. Так же были рассчитаны все необходимые отчисления, затраты на электроэнергию и на оплату работы техника, следящего за сетью. При выборе оборудования было уделено большее внимание на сочетание цены и качества, так как это требуется по заданию проекта.

Данная модель полностью готова и может быть реализована в БОУ «Шонгская общеобразовательная школа».

Список сокращенных слов

ARM - усовершенствованная RISC-машина

DHCP - протокол динамической настройки узла

HIPS - система предотвращения вторжений

IIS - информационные службы интернета

IP - интернет протокол

IPAM - адрес интернет-протокола управления

NAT - преобразователь сетевых адресов

OSI - взаимосвязь открытых систем

PSK - фазовая манипуляция

REFS - отказоустойчивая файловая система

RISC - компьютер с сокращенным набором команд

TCP - протокол управления передачей

TIA - ассоциация телекоммуникационной промышленности

UTP - неэкранированная витая пара

WPA - защищенный доступ Wi-Fi

WEP - алгоритм конфиденциальности

ГОСТ - государственный стандарт

ЗП - заработная плата

КПК - карманный персональный компьютер

ЛВС - локальная вычислительная сеть

ПО - программное обеспечение

САНПИН - санитарно-эпидемиологические нормативы и правила

СКС - структурированная кабельная система

1 Технико-экономическое обоснование дипломных проектов: учебно-методическое пособие. - Архангельск, 2007. - 37 с. : ил. (наиболее полное справочное руководство).

2 ГОСТ Р 53246 - 2008. Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Проектирование основных узлов системы. Общие требования. - Введ. 2008. - 25. 12. - Москва: Стандартинформ, 2009. - 72 с.