Разработка технического решения по сопряжению локальных вычислительных сетей в интересах создания единой системы управления учебным процессом

ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОЙ ОБОРОНЫ имени МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА Г.К. ЖУКОВА

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема Разработка технического решения по сопряжению локальных вычислительных сетей в интересах создания единой системы управления учебным процессом ВА ВКО Дипломный проект

Тверь 2007 г.

Содержание

Введение

ГЛАВА 1. Анализ предметной области

1.1 Анализ существующей ЛВС

1.2 Анализ предложения по развитию сопряженной ЛВС ВА ВКО и УЦА

1.2.1 Анализ технологии 100 Мбит Ethernet

1.2.2 Анализ технологии виртуальных сетей VLAN

1.2.3 Анализ оборудования

· ВОЛС

· Медиаконверторы

· Оптический кросс

· Мультиплексор

· Коммутатор Ethernet

· Аппаратура сопряжения с аппаратурой связи старого парка

ГЛАВА 2. Средства и способы сопряжения ЛВС ВА ВКО и УЦА

2.1. Разработка структуры сопряженной ЛВС ВА ВКО и УЦА и определение используемых программно-аппаратных средств

2.1.1 Переход к 100 Мбит Ethernet

2.2 Оборудование, используемое на сети

2.2.1 оптическое волокно

2.2.2 медиаконвертер

2.2.3 аппаратура сопряжения с аппаратурой связи старого парка ИМК-30-4

2.2.4 оптический кросс

2.2.5 мультиплексор

2.2.6 коммутатор Ethernet

ГЛАВА 3. Расчетные обоснования

3.1. Расчет пропускной способности

3.2 Расчет надежности.

3.3 Расчет капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

3.3.1 Расчет капитальных затрат

3.3.2 Расчет эксплуатационных расходов

ГЛАВА 4. Технико-экономическое обоснование

4.1 Методика выбора аппаратуры

4.2 Экономические выгоды при реализации проекта

Заключение

Введение

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей, до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е - Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных организаций работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике. Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых нескольких компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций,

Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети, а так же локально-вычислительных сетей:

1. Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы,

например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

2. Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

3. Разделение программных средств.

Разделение программных средств - предоставляют возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

4. Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

5. Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте OSI - Open System Interconnection.

ГЛАВА 1. Анализ предметной области

1.1 Анализ существующей ЛВС

Необходимость построения сопряженной ЛВС ВА ВКО и УЦА заключалась в упрощении процесса получения и обработки информации, а именно данных касающихся кафедр, отделов, служб и факультетов.

Вся информация о кафедрах, отделах, службах и факультетах, находится на серверах, как ВА ВКО, так и УЦА, где и происходит ее обработка.

А именно:

· обращение к базам данных факультетов, служб, кафедр, отделов;

· пересылка информации внутри факультетов, служб, кафедр, отделов;

· проведение занятий при помощи ЭВМ, и т.д.

С приходом новых технологий обмена данными, процесс обработки информации значительно ускорился и занимает намного меньше времени, нежели до этого.

Следовательно, происходит увеличение обработанной информации, отсюда повышается и производительность.

В настоящее время, не сопряженные сети не обеспечивают требуемых характеристик, поэтому необходимо реализовать предложение по развитию ЛВС ВА ВКО и УЦА.

Необходимость построения сопряженной ЛВС ВА ВКО и УЦА заключалась в упрощении процесса получения и обработки информации, а именно:

· организации обмена информации между ВА ВКО и УЦА;

· создание единого информационного пространства ВА ВКО;

· ведение электронного документооборота и оперативное управление учебным процессом;

· дистанционное проведение учебных занятий и консультаций с использованием В и ВТ, интегрированной учебно-лабораторной базы академии и УЦА;

· проведение практических и лабораторных занятий на современной телекоммуникационной технике с обучающимися по направлениям ГОС ВПО 654200, 654600, 160400;

· создание единого фонда учебно-методических материалов и доступа к нему обучающихся и преподавателей непосредственно из аудиторий;

· создание объединенного каталога библиотечных фондов учебной и методической литературы с доступом пользователей с рабочих мест ВА ВКО и УЦА;

· согласованное ведение баз данных кафедр, факультетов, служб ВА ВКО;

· проведение командно-штабных учений, конференций и семинаров по вопросам совершенствования способов ведения боевых действий с использованием возможностей моделирующих комплексов и группировки учебных командных пунктов ВА ВКО;

· проведение служебных совещаний, и т.д.;

· проведение консультаций;

· обменом служебной информацией.

Для решения этих проблем возникла необходимость сопряжения локально- вычислительной сети ВА ВКО и УЦА, что и рассматривается в данном дипломном проекте.

1.2 Анализ предложения по развитию сопряженной ЛВС ВА ВКО и УЦА.

Новый вариант построения сопряженной локально-вычислительной сети ВА ВКО и УЦА представляет собой, дополнение:

Перевод всех линий связи на одномодовую ВОЛС;

Переход на более скоростную, технологию Ethernet 100 Мбит/с;

Организацию виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;

Состав оборудования при проектировании сопряженной локально-вычислительной сети ВА ВКО и УЦА представляют собой:

§ комплекта кабелей ВОЛС;

§ медиаконвертора;

§ аппаратуры сопряжения с аппаратурой связи старого парка;

§ оптического кросса;

§ коммутатор Ethernet;

§ мультиплексора.

Требования, предъявляемые к сопряженной ЛВС:

1. Пропускная способность- не менее 100 Мбит/с.

Данное требование обосновывается тем, что для организации единой системы управления учебным процессом в ВА ВКО и УЦА, необходимо организовать для каждого факультета видеоконференцию. Она необходима для проведения дистанционных занятий, консультаций, совещаний, презентаций. При организации проведения одной видеоконференции минимальное расширение изображения-160*120 точек при 24 разрядном представлении цвета имеет размер 57600 байт. После сжатия (при условии сохранения более или менее приемлемого качества изображения) кадр занимает около 2-3 Кбайт. Но даже если объем каждого кадра будет не более 1 Кбайт, то при скорости в канале 10 Мбит/с можно, используя весь ресурс канала, в лучшем случае будет передавать не более 3 кадров в секунду в дуплексном режиме. Но проведения одной видеоконференции не достаточно. Необходимо так же организовать документооборот. Но т.к. все это должно организовываться одновременно, на нескольких факультетах, кафедрах и т.д., то с общей пропускной способностью линий связи более 100 Мбит/с, возможна организация, до 4 одновременных процесса с использованием видеоконференции. Для организации дистанционных занятий, консультаций, совещаний, презентаций, этого вполне достаточно.

2. Минимальная стоимость аппаратуры при условии, обеспечения требования 1.

При условии, что аппаратура обеспечивает возможности по пропускной способности, приобретается аппаратура, с наименьшей ценой.

3. Коэффициент готовности не менее 0,99975, среднее время восстановления 0,5 часа.

При несоответствии этим требованиям, организация учебного процесса срывается, трафик, чувствительный к задержкам, нарушается. Данные требования приведены в книге «Новые сетевые технологии в системах управления военного назначения».

1.2.1 Анализ технологии 100 Мбит Ethernet

Основное направление совершенствования технологий локальных сетей связано с технологией Ethernet и это не удивительно.

Поэтому создание высокоскоростных технологий, максимально совместимых с Ethernet, представляло собой важную задачу сетевой индустрии. Решение этой задачи сулило огромные выгоды и преимущества для сетевых пользователей, интеграторов, администраторов, эксплуатации и, естественно, для производителей.

Существует три варианта физического уровня 100 Мбит Ethernet:

100Ваsе-ТХ для двух парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5 (или экранированной витой паре STP Туре1);

100Ваsе-Т4 для четырех парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3,4,5;

100Ваsе-FХ для оптоволоконного кабеля.

Сетевой мир получил технологию, с одной стороны, решающую самую болезненную проблему- нехватку пропускной способности на нижнем уровне сети, а с другой стороны, очень легко внедряющуюся в существующие сети Ethernet.

Легкость внедрения 100 Мбит Ethernet объясняется следующими факторами:

Общий метод доступа позволяет использовать 100 Мбит Ethernet в сетевых адаптерах;

Совместимость ВОЛС с технологиями 100 Мбит Ethernet;

У технологии 100 Мбит Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения.

К этим свойствам относятся:

высокая скорость передачи данных - 100 Мбит/с;

возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки - UTP Category 5, UTP Category 3, STP Tуре 1, оптоволокне.

100 Мбит Ethernet дает простую общую рекомендацию, ее следует применять в тех организациях и в тех частях сетей, где требуется высокая пропускная способность. Однако сегодняшние условия или же ближайшие перспективы требуют еще более высокую пропускную способность в таких частях сетей. Для тех случаев, когда важно предоставлять конечному узлу больше 10 Мбит/с, разделяемые сегменты 100 Мбит Ethernet оказываются предпочтительным решением.

Существует также возможность применения технологии Token-Ring, ее так же как и технологию Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. В сетях Token Ring используется маркерный метод доступа, который гарантирует каждой станции доступ к разделяемому кольцу в течение времени оборота маркера. Из-за этого свойства маркерный метод иногда называют детерминированным.

Сети Token Ring работают на двух скоростях (4 и 16 Мбит/с) и могут использовать в качестве физической среды экранированную витую пару, неэкранированную витую пару, а также волоконно-оптический кабель. Максимальное количество станций в кольце - 260, а максимальная длина кольца - 4 км.

Максимальный размер поля данных кадра Token Ring зависит от скорости работы кольца. Для скорости 4 Мбит/с он равен около 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с - около 16 Кбайт. Минимальный размер поля данных кадра не определен, то есть может быть равен 0.

Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. За счет обратной связи кольца одна из станций - активный монитор - непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации, а если она не помогает, то для локализации неисправного участка кабеля или неисправной станции используется процедура beaconing.

Причины, по которым технология Token Ring не используется в проекте

· не обеспечивает пропускную способность в 100 Мбит/с;

· сложности в обслуживании;

· высокая стоимость аппаратуры по сравнению с аппаратурой, примененной в технологии Ethernet;

· сложности в сопряжении с другой аппаратурой;

1.2.2 Анализ технологии виртуальных сетей VLAN

Виртуальные локальные сети стали сегодня основным механизмом структуризации локальных сетей, построенных на коммутаторах. В коммутируемой структуре без физических границ виртуальные локальные сети позволяют использовать привычные методы построения маршрутизируемых сетей, но на новой, более гибкой программируемой основе.

Коммутаторы внесли в решение проблемы "объединения-разъединения" новый механизм - технологию виртуальных сетей (Virtual LAN).

С появлением этой технологии отпала необходимость образовывать изолированные сегменты физическим путем - его заменил программный способ, более гибкий и удобный.

Виртуальной сетью (VLAN) называется группа узлов сети, трафик которой в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.

Виртуальные сети - это логическое завершение процесса повышения гибкости механизма сегментации сети, первоначально выполняемого на физически раздельных сегментах. При изменении состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе приходится производить физическую пере коммутацию разъемов на передних панелях повторителей или в кроссовых панелях. Поэтому в больших сетях это превращается в постоянную и обременительную работу, которая приводит к многочисленным ошибкам в соединениях. Промежуточным этапом совершенствования технологии сегментации стали много сегментные повторители. В наиболее совершенных моделях таких повторителей приписывание отдельного порта к любому из внутренних сегментов производится программным путем, обычно с помощью удобного графического интерфейса.

Программное приписывание порта сегменту часто называют статической или конфигурационной коммутацией. Однако решение задачи изменения состава сегментов с помощью повторителей накладывает некоторые ограничения на структуру сети. Количество сегментов такого повторителя обычно невелико, поэтому выделить каждому узлу свой сегмент, как это можно сделать с помощью коммутатора, нереально. По этой причине сети, построенные на основе повторителей с конфигурационной коммутацией, по-прежнему основаны на разделении среды передачи данных между большим количеством узлов. Следовательно, они обладают гораздо меньшей производительностью по сравнению с сетями, построенными на основе коммутаторов.

При использовании технологии виртуальных сетей одновременно решаются две задачи:

повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как в нее не заходит широковещательный трафик других виртуальных сетей;

изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути нежелательного трафика.

Виртуальная сеть должна поддерживать различные типы физических сред. В коммутируемых сетях возможна работа централизованных ресурсов (магистралей) с более высокими скоростями, нежели скорость рабочих станций. Например, рабочие станции Ethernet (100 Мбит/с ) могут работать с серверами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet или ATM. Администратор сети должен быть уверен, что VLAN можно организовать для всех типов используемых в организации сетевых сред с учетом перспектив развития

В эффективных реализациях виртуальных сетей серверы могут входить в несколько VLAN. Трафик в таком случае не передается через маршрутизатор или магистраль, что снижает нагрузку на сетевые магистрали и уменьшает задержку.

Способы построения виртуальных сетей можно разбить на несколько основных схем:

использование номеров подсетей сетевого уровня;

группировка портов;

группировка МАС-адресов;

группировка протоколов сетевого уровня;

использование номеров VCI/VPI технологии АТМ;

добавление к кадрам канального уровня меток виртуальных сетей.

Все способы, за исключением первого, решают проблему создания виртуальных сетей на канальном уровне и поэтому не зависят от протоколов, работающих в сети на верхних уровнях.

Использование для создания VLAN номеров подсетей сетевого уровня требует, чтобы во всех узлах сети работал какой-либо протокол сетевого уровня, например, IР, IРХ или Арр1е Та1k, причем один и тот же. В этом случае концепция виртуальной сети полностью совпадает с пониманием этого термина на сетевом уровне, то есть виртуальная сеть IР является подсетью IР, а виртуальная сеть IРХ - подсетью IРХ. Такой подход требует и от коммутаторов обязательной поддержки сетевого протокола. Это пока еще не стало повсеместным явлением - "чистые" коммутаторы 2 уровня по-прежнему широко применяются в сетях.

Поэтому при стандартизации техники VLAN разработчики пошли по другому пути. Они разработали механизмы создания VLAN за счет средств только канального уровня.

Группировка портов коммутатора является одним из наиболее простых способов образования виртуальных сетей.

К каждому порту коммутатора приписывается номер виртуальной сети. При о6работке кадров, пришедших в коммутатор, проверяется, принадлежит ли порт назначения той же виртуальной сети, что и порт источника. Если да, то кадр передается (или подвергается дополнительной фильтрации, если коммутатор поддерживает пользовательские фильтры или механизмы профилирования трафика QoS). Этот способ не требует от администратора большой работы, и он также весьма экономичен при реализации в коммутаторах. Группировка портов плохо работает в сетях, построенных на нескольких коммутаторах. Это объясняется тем, что при переходе кадра от одного коммутатора информация о его принадлежности виртуальной сети теряется, если только коммутаторы не связаны между собой столькими портами, сколько всего имеется виртуальных сетей. Поэтому группировка портов применяется в коммутаторах совместно с другими способами поддержания виртуальных сетей, способных передавать информацию о принадлежности кадра определенной VLAN между коммутаторами.

Сегодня существует достаточно много вариантов реализации VLAN. Простые варианты VLAN представляют собой набор коммутаторов, более сложные реализации позволяют создавать группы на основе других критериев. В общем случае возможности организации VLAN тесно связанны с возможностями коммутаторов.

Сети на базе портов, простейший вариант организации виртуальной сети. VLAN на базе портов обеспечивают высочайший уровень управляемости и безопасности. Устройства связываются в виртуальные сети на основе портов коммутатора, к которым эти устройства физически подключены. VLAN на базе портов являются статическими и для внесения изменений необходимо физическое переключение устройств.

Однако построенные на базе портов виртуальные сети имеют некоторые ограничения. Они просты в установке, но позволяют поддерживать для каждого порта только одну виртуальную ЛВС. Следовательно, такое решение мало приемлемо при использовании концентраторов или в сетях с мощными серверами, к которым обращается много пользователей. Кроме того, виртуальные сети на основе портов не позволяют вносить в сеть изменения достаточно простым путем, т.к. при каждом изменении требуется физическое переключение устройств

Технология виртуальных сетей признается многими специалистами вторым по важности технологическим новшеством в локальных сетях после появления коммутаторов. Для связи виртуальных сетей в интерсеть требуется привлечение сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе или работать в составе коммутатора, если это коммутатор третьего уровня. Собственно, виртуальные сети и нужны для того, чтобы создать логическую структуру подсетей, являющуюся основой для работы маршрутизатора.

Группировка МАС-адресов свободна от этого недостатка, но обладает другим. Нужно помечать номерами виртуальных сетей все МАС-адреса, имеющиеся в таблицах каждого коммутатора, а это кропотливая работа, сопоставимая с программированием в машинных кодах. Коммутаторы поддерживают этот способ, но он пригоден только для небольших сетей.

Группировка протоколов сетевого уровня не предназначена для последующего объединения виртуальных сетей с помощью маршрутизаторов. Этот способ отделяет трафик одного сетевого протокола от другого для предоставления определенного качества обслуживания или направления пакетов разных протоколов по разным каналам коммутируемой сети. Последние два способа объединяет то, что они используют специальное поле для хранения номера виртуальной сети в самом кадре. Это позволяет сохранять значение метки VLAN при перемещении кадров от одного коммутатора к другому.

Использование номеров VCI/VPI технологии АТМ применяется при передаче кадров локальных сетей через коммутаторы АТМ. При этом номер виртуальной сети отождествляется с номером виртуального пути VPI/VCI, используемого для передачи трафика этой виртуальной локальной сети через сеть АТМ. Этот способ стандартизован в протоколе LANE, разработанном АТМ Forum, и поддерживается всеми производителями коммутаторов АТМ для локальных сетей. Эмулируемые локальные сети ELAN стандарта LANE представляют те же виртуальные сети, изолированные друг от друга для всех видов адресов протоколов канального уровня локальных сетей. Для эффективного объединения ELAN маршрутизаторы могут применять стандарт МРОА, который создан для сквозной маршрутизации трафика ELAN через магистраль АТМ. Для согласованного применения технологии виртуальных сетей в масштабах всей корпоративной локальной сети пограничные коммутаторы между традиционными сегментами и магистралью АТМ должны отображать VLAN, построенные на основе одного из перечисленных способов, на ELAN, и наоборот.

Добавление к кадрам канального уровня меток виртуальных сетей является наиболее универсальным и надежным способом сохранения информации о номере VLAN при передаче кадров между коммутаторами.

В этом способе к обычному кадру локальной сети формата Ethernet, Toking Ring или FDDI добавляется специальное поле для хранения номера виртуальной сети. Однако это требует изменения формата кадра технологии локальной сети, что не всегда удобно.

Производители коммутаторов достаточно давно применяют этот способ, но только на связях между коммутаторами. Поле, переносящее номер виртуальной сети, добавляется к кадру тогда, когда кадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно удаляется. При этом модифицируется протокол взаимодействия "коммутатор-коммутатор", а программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизменным.

Примеров фирменных протоколов, использующих метки VLAN в кадрах, много, но общий недостаток у них один - они не поддерживаются другими производителями. Даже у одной компании существовало несколько способов, маркировки кадров, в зависимости от используемой технологии.

Сегодня фирменные способы маркировки VLAN должны постепенно заменяться на стандартный способ, определенный в спецификациях IEEE 802.1 p/Q, которые решают и другие актуальные задачи.

При реализации проекта, способ группировки портов при организации виртуальных сетей будет самым оптимальным т.к.

1. Топология сети меняться не будет, а значит физическое переключение портов не нужно, которое необходимо делать при изменении номеров подсети, когда меняется топология.

2. Коммутаторов в данном варианте сопряжения только 2, а значит сгруппировать нужные порты можно быстро и просто.

3. Обеспечивает высокий уровень надежности т.к. изменение номера порта требует физического переключения, что позволит трафику, чувствительному ко времени, передаваться без ошибок, задержек, и т.д.

4. Наиболее простой способ создания виртуальных сетей.

1.2.3 Анализ оборудования

· ВОЛС.

В качестве среды передачи данных 100-мегабитная сеть Ethernet использует оптическое волокно.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля - он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) - стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

1. многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления

2. многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления

3. одномодовое волокно (рис. 1.1.2., в).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Изготовление сверхтонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:

светодиоды, или светоизлучающие диоды (Light Emmited Diode, LED);

полупроводниковые лазеры, или лазерные диоды (Laser Diode).

Для одномодовых кабелей применяются только лазерные диоды, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно - он имеет чересчур широкую диаграмму направленности излучения, в то время как лазерный диод - узкую. Поэтому более дешевые светодиодные излучатели используются только для многомодовых кабелей.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один серьезный недостаток - сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания (увеличения длины) кабеля.

Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это делается для витой пары. В случае же некачественных соединений резко сужается полоса пропускания волоконно-оптических кабелей и линий.

Стоит добавить, что при выборе того или иного типа линий связи разработчики прежде всего учитывают их технические характеристики, стоимость, а также простоту монтажа. Сегодня наиболее перспективными являются волоконно-оптические кабели. На них строятся как магистрали крупных территориальных и городских сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей.

У технологии ВОЛС есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения, которые подходят для использования в проекте.

1. тип кабеля - обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше)

2. лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Для реализации данного проекта, на участках между ВА ВКО-АМТС, АМТС-ГАТС-33, ГАТС-33-УЦА, можно также использовать другие типы кабелей такие, как витая пара, коаксиальный кабель. Они обладают рядом преимуществ (цена установки, механическая прочность и т.д.), но в свою очередь они обладают рядом недостатков, которые и объясняют то, что они не были использованы в проекте (пропускная способность, существующей проложенной линии не обеспечивает уровень в 100 Мбит/с). Т.к. требование по пропускной способности является основным, то использование их бессмысленно.

· Медиаконверторы.

Область применения.

В связи с развитием сетей пакетной коммутации и использованием волоконно-оптических линий связи как основной среды передачи данных все более широкое применение в качестве оборудования преобразования физической среды передачи пакетов Ethernet находят медиаконверторы. В настоящее время медиаконверторы широко используются при строительстве мультисервисных сетей, предназначенных для передачи интегрированного трафика (голос, данные, видео) на основе единой технологии пакетной коммутации IP/MPLS. Применение медиаконверторов при построении сетей операторов связи, ведомственных и корпоративных сетей, а также организации абонентского доступа для частных лиц позволяет обеспечить передачу данных со скоростью до 1000 Мбит/с на значительные расстояния.

Следуя тенденциям развития рынка услуг связи, большинство серьезных операторов стремится обеспечить предоставление таких комплексных услуг широкополосного доступа, как: высокоскоростной доступ в Интернет; цифровая телефонная связь; организация каналов VPN; передача видеоконтента по запросу. Такой канал может быть организован на основе ВОЛС с использованием медиаконверторов в качестве узлового и абонентского оборудования. Конвертерные шасси, объединяющие несколько отдельных модулей, позволяют подключать множество сходящихся в центральном узле волоконно-оптических сегментов к коммутатору, оснащенному портами Еthernet (10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-T), что позволяет строить протяженные волоконно-оптические сегменты сетей Еthernet с дуплексным каналом связи.

Операторы связи, корпоративные пользователи услуг связи и системные интеграторы уделяют особое внимание вопросам сетевого управления при выборе оборудования и разработке проектов построения сетей.

Основные технические требования, предъявляемые к оборудованию:
Медиаконверторы, применяемые в российских сетях связи, должны соответствовать стандартам IEEE 802.3, 802.3u и т.д., а также нормативным документам РД 45.176-2001 "Аппаратура связи, реализующая функции коммутации кадров в локальной сети на уровне звена данных. Технические требования".

К оборудованию операторского класса предъявляются следующие требования:

1. Необходимо наличие единой системы сетевого менеджмента для всех устройств (медиаконверторы и устройства другого типа, устанавливаемые в узловое универсальное шасси и находящиеся на удаленной стороне: мультиплексоры, конвертеры, модемы и т.д.);

2. система сетевого менеджмента должна обеспечивать SNMP-управление узловым и удаленным абонентским оборудованием при помощи модуля, устанавливаемого в шасси. Возможно также локальное управление оборудованием в настольном варианте исполнения при помощи DIP-переключателей;

3. система сетевого менеджмента должна обеспечивать работу по интерфейсам RS-232 (консоль для установки параметров SNMP-агента) и Ethernet, а также поддерживать протоколы: Terminal через RS-232; Telnet, SNMP через Ethernet;

4. Необходимо наличие возможности просмотра состояния интерфейсов (наличие сигналов, аварии, наличие ошибок, установленных шлейфов и т.д.) на оборудовании в шасси и на удаленном оборудовании;

5. Конфигурирование оборудования и активизация всех режимов тестирования должны осуществляться при помощи системы сетевого менеджмента (без применения переключателей, джамперов и т.д.);

6. Все настройки параметров узлового оборудования должны сохраняться в энергонезависимой памяти линейного модуля независимо от наличия модуля управления в шасси;

7. Конструктивное исполнение оборудования должно обеспечивать возможность горячей замены модулей при использовании в шасси.

Классификация медиаконвертеров

По критерию управляемости, в настоящее время доступно значительное количество различных типов медиаконвертеров как от известных вендоров, так и от производителей, недавно появившихся на российском телекоммуникационном рынке.

Можно выделить два основных класса медиаконверторов, различающихся по критерию управляемости:

1. неуправляемые медиаконвертеры эконом-класса;

2. удаленно управляемые медиаконвертеры операторского класса.

Конструктивное исполнение

Медиаконверторы могут различаться также по конструктивному исполнению: настольное (standalone) или модульное для установки в шасси; вариантами исполнения с поддержкой возможности работы по одномодовому или многомодовому волокну, по одноволоконной оптической линии, а также наличием слотов под SFP-модули.

Оборудование преобразования физической среды операторского класса условно делится на две группы:

1. Узловое;

2. Абонентское.

Узловое оборудование

Узловое оборудование (размещаемое на узле доступа) выполнено в виде модулей, вставляемых в универсальное шасси. Шасси шириной 19" и высотой до 3U предназначено для установки линейных модулей и модуля управления. Питание шасси осуществляется от источника постоянного тока напряжением в диапазоне от -36 до -72 В или от источника переменного тока напряжением 220 В. Универсальное шасси может иметь два блока питания с возможностью их "горячей" замены.

Абонентское оборудование

Абонентское оборудование - это устройство, конструктивно выполненное в виде блока в отдельном корпусе.

Размещение - настольное или настенное. Питание: ~220 В или -48 В (в диапазоне от -36 до -72 В).Вариант исполнения с SFP-модулем Применение сменных SFP-модулей позволяет эффективно решать задачи организации сетевого доступа и расширения локальной сети на базе гибкой платформы, наращиваемой по мере необходимости. Основные параметры медиаконверторов В зависимости от решаемой задачи и варианта исполнения (скорость передачи данных, работа по одному или двум волокнам, дальность передачи сигнала и т.д.), параметры медиаконверторов могут существенно отличаться.

Наличие функции ограничения скорости передачи данных

Наличие функции ограничения скорости передачи данных позволяет оператору при необходимости гибко изменять параметры обслуживания клиентов из центрального узла управления сетью.

Дальность передачи сигнала

Наличие варианта исполнения с повышенной дальностью передачи дает возможность построения протяженных трактов при объединении сегментов локальных сетей, например подключение удаленного абонента к центральному без организации дополнительных пунктов регенерации сигнала, в нашем случае, подключение нового сегмента при последующем расширении сети ВА ВКО УЦА.

При реализации проекта медиаконвертер позволяет принимать информацию от коммутатора и после преобразований передает ее по ВОЛС, данная аппаратура позволяет организовывать передачу информации равную 100 Мбит/с.

· Оптический кросс.

У оптических кроссов имеется принципиальное ограничение - они хорошо справляются со своими обязанностями при работе на скоростях до 2,5 Гбит/с, но, начиная со скорости 10 Гбит/с и выше, габариты таких устройств и потребление энергии становятся недопустимыми.

В сетях с ячеистой топологией необходимо обеспечить гибкие возможности для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы (ОХС), позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов (конечно, при условии, что никакой другой сигнал этого порта не использует эту волну, иначе необходимо выполнить трансляцию длины волны).

Существуют оптические кросс-коннекторы двух типов: с промежуточным преобразованием в электрическую форму и полностью оптические.

При реализации проекта, оптические кроссы позволяют реализовать схему «кольцо» ВА ВКО - ГАТС 33 - АМТС - ВА ВКО. «Узкое место» в предлагаемом варианте сопряжения является связь между ГАТС 33 и УЦА.

· Мультиплексор.

Тракты E1 и потоки Ethernet 10T/100T могут организовываться в любом количестве (в пределах возможности аппаратуры) между любыми полукомплектами соединенными оптическим волокном.

Дополнительный поток Ethernet c пропускной способностью 100 Мбит/с позволяет включить в одну подсеть заданные пользователем полукомплекты.

Управление и конфигурация:

Конфигурация сети, контроль и управление всеми полукомплектами, местными и удаленными может осуществляться из любого пункта связи с компьютера типа IBM PC, имеющего порт Ethernet. Для конфигурирования и контроля работы всей сети используется программа «Центр управления».

Аппаратура - асинхронная. От синхронной аппаратуры отличается тем, что не нужно задавать источник синхронизации и зависеть от него. Вследствие этого, аппаратура для передаваемых потоков Е1 абсолютно прозрачна.

Топология сети:

«точка-точка по одному волокну» (пунктов связи - 2);

«связь по одному волокну между несколькими пунктами связи» (пунктов связи - 132);

«кольцо с резервированием по одному волокну между несколькими пунктами связи» (пунктов связи - до 132);

«кольцо» (пунктов связи - 132).

Максимальная длина участка регенерации зависит от типа оптического волокна и типа используемого лазера и варьируется от 60 до 120 км в зависимости от типа полукомплекта.

Минимальная длина участка регенерации равна нулю.

При реализации проекта данная аппаратура позволяет организовать тракты E1.

ВА ВКО:

1) ИКМ-30 (направление АМТС) - Е1 - 1 шт.

2) ИКМ-30 (направление ГАТС-33) - Е1 - 1 шт.- аппаратура каналообразования П-309(I, II) (П-330-1) на коммутатор «Ананас», аппаратура каналообразования П-309(I, II) (П-330-1) на коммутатор «Ананас», на коммутатор «Ананас»; на коммутатор «Ананас»;

3) П-331М (направление УЦА) - Е1 - 1 шт.- сопряжение АПД В и ВТ группировки учебных командных пунктов;

4) АМЦК - Е1 - 1 шт.;

5) ЦАТС на 1024 номера (896 аналоговых - обеспечение учебного процесса и жизнедеятельности ВА ВКО, 128 цифровых - обеспечение связи группировки учебных командных пунктов) - Е1 - 1 шт.;

АМТС:

1) ИКМ-30;

2) Е1;

ГАТС-33:

1) ИКМ-30 - Е1 - 1 шт. - физическая пара №53, физическая пара №128,; коммутатор УС МО;

2) цифровая городская АТС №33 - Е1 - 1 шт.;

УЦА:

1) Е1 - 1 шт.- сопряжение АПД В и ВТ группировки учебных командных пунктов;

2) Е1 - 1 шт.;

· Коммутатор Ethernet.

Коммутатор производит коммутацию входящих в его порты информационных потоков, направляя их в соответствующие выходные порты.

Для реализации процесса коммутации поступившие данные анализируются на предмет наличия в них признаков какого-либо из потоков, заданных в таблице коммутации. Если произошло совпадение, то эти данные направляются на интерфейс, который был определен для них в маршруте.

При построении сопряженной ЛВС коммутатор должен иметь несколько портов для входа и несколько портов для выхода, при выходе информация должна поступать на медиаконвертор, где она будет передаваться дальше по ВОЛС.

При реализации проекта, коммутатор, находящийся в ВА ВКО и УЦА, объединяют в себе ЛВС кафедр, ЛВС отделов и служб, а также ЛВС факультетов.

· Аппаратура сопряжения с аппаратурой связи старого парка.

Т.к. одной из функций, которую будет выполнять сопряженная ЛВС ВА ВКО и УЦА, это проведение дистанционных учебных занятий, то возникает проблема сопряжения самой сети с аппаратурой старого парка. Данную проблему решает аппаратура сопряжения со старой аппаратурой связи.

Аппаратура должна обеспечивать реализацию следующих функций

--Межстанционные соединительные линии АТС любого типа

--организацию нескольких каналов передачи дискретной информации со скоростью 64 Кбит/с, вместо каналов ТЧ, каналы служебной связи

--Обеспечивать полуавтоматический контроль линейных трактов

--Организовывать централизованное обслуживание оборудования

ГЛАВА 2. Средства и способы сопряжения ЛВС ВА ВКО и УЦА

2.1 Разработка структуры сопряженной ЛВС ВА ВКО и УЦА и определение состава используемых программно-аппаратных средств

Сопряженная локально-вычислительная сеть ВА ВКО и УЦА в разработанном варианте построения, представлена в приложениях 1,2,3,4.

Необходимость построения сопряженной ЛВС возникла из-за проблем:

пользователям не хватает пропускной способности сети;

малая скорость ответа серверов на запросы;

необходимость перехода на более скоростное выделенное соединение;

обеспечение высокой надежности сети;

удобное управление сетью;

Вследствие этих проблем новый вариант построения сопряженной локально-вычислительной сети ВА ВКО и УЦА включает в себя:

Организацию Виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;

Переход на скоростную технологию 100 Мбит Ethernet;

Переход на ВОЛС и цифровое оборудование;

2.1.1 Переход к 100 Мбит Ethernet.

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов.

Основными достоинствами 100 Мбит Ethernet являются:

увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мбит/c;

метод случайного доступа Ethernet;

поддержка традиционных сред передачи данных.

Сегодня все чаще и чаще возникают повышения требований к пропускной способности каналов между клиентами сети и серверами. Это происходит по разным причинам:

повышение производительности клиентских компьютеров;

увеличение числа пользователей в сети;

появление приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая хранится в файлах очень больших размеров;

увеличение числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени.

Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

Метод доступа CSMA/CD..

В сопряженной ЛВС ВА ВКО и ЛВС УЦА используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/ CD).

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной. Все серверы ЛВС факультетов, отделов и кафедр имеют непосредственный доступ к общей среде, поэтому она может быть использована для передачи данных между двумя коммутаторами-узлами сети. Одновременно все серверы ЛВС факультетов, отделов и кафедр имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать в общую среду.

Простота схемы подключения - один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet.

Оптоволоконные стандарты, в качестве основного типа кабеля рекомендуют достаточно дешевое многомодовое оптическое волокно, обладающее полосой пропускания 500-800 МГц при длине кабеля 1 км, чего вполне достаточно для обмена данными в пределах ВА ВКО. Сети серверы ЛВС факультетов, отделов и кафедр используют витую пару. Но для связи с удаленными АМТС и ГАТС-33, необходимо применять более дорогое одномодовое оптическое волокно с полосой пропускания в несколько гигагерц, но при этом нужно применять специальный тип трансивера.

Данный дипломный проект учитывает такие требования задания, как повышение пропускной способности, коэффициент готовности не менее 0,99975, среднее время восстановления 0,5 часа, минимальная стоимость аппаратуры при условии, обеспечения требуемой пропускной способности.

Решение основано на использовании :

§ комплекта кабелей ВОЛС;

§ медиаконверторов;

§ аппаратуры сопряжения со старой аппаратурой связи;

§ оптического кросса;

§ коммутатор Ethernet.

Предоставление большей пропускной способности является только частичным решением. Не менее важным вопросом становится своевременность, безопасность и достоверность. Другими словами, создание "интеллектуальной" сети.

2.2 Оборудование, используемое на сети.

2.2.1 оптическое волокно.

Данный тип оптоволокна предназначен для прокладки по мосту 400 м.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Внешний диаметр, мм	14.9
Масса кабеля, кг/км	215.0
Минимальный радиус изгиба, мм	10-20 d кабеля
Максимальное усилие растяжения, кН	2.7
Максимальное раздавливающее усилие, кН/см	0.5
Рабочая температура	от -60°C до +70°C
Температура прокладки	от -30°C до +50°C

Оптические характеристики

Параметр	Значение при 9,5/125 мкм
Рабочая длина волны, нм	1310/1550
Хроматическая дисперсия, пс/нм.км	менее 3.5/18
Коэффициент затухания, дБ*км	менее 0.21/0.35

Наименование: Одномодовый оптический кабель для внешней прокладки

Артикул:FB-2R/NMA-S

Производитель: AESP

Магистральный одномодовый оптический кабель для внешней прокладки с броней из стальной гофрированной ленты.

FB-xR/NMA-S (где х - количество волокон). Волокно 9.5/125 мкм (250 мкм)

Назначение:

1.Для прокладки в кабельной канализации, блоках, коллекторах, трубах при опасности повреждения грызунами, по мостам, эстакадам.

2.Для прокладки внутри здания по стенам, в вертикальных кабельпроводах и кабельростам, в тоннелях и коллекторах при опасности повреждения грызунами.

Данный тип оптоволокна предназначен для основной прокладки по городу.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Внешний диаметр, мм	10
Масса кабеля, кг/км	150.0
Минимальный радиус изгиба, мм	10-12 d кабеля
Максимальное усилие растяжения, кН	2.7
Максимальное раздавливающее усилие, кН/см	0.5
Рабочая температура	от -60°C до +70°C
Температура прокладки	от -30°C до +50°C

Производитель:AESP Магистральный одномодовый оптический кабель для внешней прокладки в пластиковой оболочке.

Оптические характеристики

Параметр	Значение при 9,5/125 мкм
Рабочая длина волны, нм	1310/1550
Хроматическая дисперсия, пс/нм.км	менее 3.2/18
Коэффициент затухания, дБ*км	менее 0.21/0.35

Наименование: Одномодовый оптический кабель для внешней прокладки в пластиковой оболочке.

2.2.2 медиаконвертор.

DMC-615SC

1. тип соединителя: SC;

2. рабочая длина волны: 1310/1550 нм;

3. мощность передатчика: от -12 до -3 дБм;

4. чувствительность приемника: -32 дБм дальность передачи: 0-25 км;

5. затухание: 0,5 дБ/км (относится к характеристикам линии, исходя из которой определяется дальность передачи);

6. скорость электрического порта: 10/100 Мбит/с.

Этот медиаконвертер преобразует сигнал из стандарта 100BASE-TX Ethernet на витой паре в сигнал стандарта 100BASE-FX Ethernet по одномодовому оптическому кабелю. Поддерживает 1 порт RJ-45 для витой пары и 1 порт для оптического кабеля.

Тип интерфейса 1	100BASE-TX
Конструктивное исполнение	Внешний
Разъем интерфейса 1	RJ-45
Тип интерфейса 2	100BASE-FX (SM)
Разъем интерфейса 2	SC
Конструктивное исполнение штатного источника питания	Внешний
Габаритные размеры, мм	120 x 88 x 25
Вес, кг	1,1
Возможность установки в шасси	Да
Дополнительные характеристики	Индикаторы: питание, 100Mbps (для порта на витой паре), Full Duplex/Collision (для оптического порта и порта на витой паре), LINK/ACT (для порта на витой паре). Горячая замена при установке в шасси
Максимальная длина оптического кабеля	15 км

2.2.3 аппаратура сопряжения с аппаратурой связи старого парка ИМК-30-4.

НАЗНАЧЕНИЕ

Уплотнение городских и пригородных кабелей связи типов Т и ТПП по одно- и двухкабельной схеме.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Позволяет организовать: