Лабораторная работа: Проектирование топологии сети
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.
Строение (зона размещения узлов в сети)
Рабочая станция (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.
2 — Маршрутизатор = 50 + 50 =100м
3 — Маршрутизатор = 3 + 3 + 35 = 41м
4 — Маршрутизатор = 15 + 3 = 18м
Свитч — Маршрутизатор = 35 м
Кабель витая пара 100BaseT4 — 287 метра
Свитч1 — Маршрутизатор = 75м
Свитч3 — Маршрутизатор = 3 + 3 = 6м
Кабель витая пара 100BaseT4 = 404 метров
9 — Маршрутизатор = 20 + 50 + 3 = 73м
10 — Маршрутизатор = 20 + 3 =23м
12 — Маршрутизатор = 10 + 50 = 60м
Кабель витая пара 100BaseT4 — 181 метров
14 — Маршрутизатор = 10 + 3 + 3 +50 =66м
15 — Свитч = 3 + 3 +55 + 25 = 86м
Свитч — Маршрутизатор = 25 + 60 = 85м
Кабель витая пара 100BaseT4 — 328 метра
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:
Вилка для оптоволоконного кабеля — 6 штук
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.
4. Расчет стоимости оборудования
Расчет количества оборудования:
Расчет стоимости оборудования:
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.
2 — Маршрутизатор = 0,2 + 100·9,8/100+0,2 = 10,2 дБ
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.
Задачи
• Присвойте адреса и маски подсети интерфейсам устройств.
• Проверьте использование доступного пространства сетевых адресов и будущего потенциала роста.
Исходные данные/сценарий
При наличии топологии сети важно определить необходимое количество подсетей. В этой лабораторной работе представлены несколько сценариев топологий вместе с базовым сетевым адресом и маской подсети. Вам необходимо разделить на подсети сетевой адрес и составить схему IP-адресации, позволяющую разместить указанное в топологии количество подсетей. Вы должны будете определить необходимое количество битов, количество узлов для каждой подсети и возможности для дальнейшего расширения согласно инструкциям.
Часть 1: Топология сети A
В части 1 дается сетевой адрес 192.168.10.0/24 для разделения на подсети с указанной топологией. Определите необходимое количество сетей и составьте соответствующую схему адресации.
Шаг 1: Определите количество подсетей в топологии сети A.
a. Каково количество подсетей? ___________
b. Сколько битов необходимо использовать для создания необходимого количества подсетей? _________
c. Сколько имеется полезных адресов узла в подсети в данной структуре адресации? _________
d. Как будет выглядеть новая маска подсети в десятичном формате с точкой-разделителем? _________________________
e. Сколько подсетей останутся свободны для использования в будущем? _______________
Шаг 2: Запишите информацию о подсетях.
Занесите информацию о подсетях в следующую таблицу:
Первый используемый адрес узла
Последний используемый адрес узла
Широковещательный адрес