Контрольна робота по "Програмування і комп'ютерів"

Завдання

Вирішення стандартної  задачі на проектування комп’ютерної мережі Ethernet та розрахунок її параметрів

Завдання: створити оптимальний  план проведення локальної комп’ютерної мережі на одному з поверхів підприємства.

 

Варіант 16.

 

План кімнат:

Рисунок 1. План розташування кімнат, у яких повинна бути проведена комп’ютерна мережа

 

Тип підключення до Internet:  виділена лінія, кімната 4.

Кімнати, у яких користувачі працюють з базами даних, розмір файлу та середня кількість користувачів:

Кімнати 2 та 3, розмір файлу – 40 МБ, 2 користувача.

Кімната 1 – кімната керівника.

 

 

Рішення задачі

 

1. Визначення  архітектури мережі та простору  адрес. Для забезпечення оптимальної швидкодії мережі розведення буде проводитись на крученій парі 5 категорії.

Виходячи з того, що у кімнатах 2 та 3 працівникам необхідно використовувати корпоративну базу даних, цю мережу варто відокремити її від мережі у кімнатах 1 та 4. Тобто, варто використати 1 сервер бази даних, 1 маршрутизатор для виходу в Internet, та 2 концентратори. Один концентратор треба підключити до маршрутизатору і розвести на ньому мережу у кімнатах 1 та 4. Враховуючи те, що до цього концентратору буде підключено 4 + 4 = 8 комп’ютерів, і, крім того, один порт треба підключити до маршрутизатору, необхідно буде використати 8 + 1= 9 портів. Тобто, концентратор 1, підключений до маршрутізатору, навіть з врахуванням перспектив розвитку мережі, може мати 12 порти. Щодо розташування цього концентратору, варто його розташувати у кімнаті 4, у правому куті куті, ближче до кімнати 3. Адреса підмережі, яку буде обслуговувати цей концентратор, може бути 192.168.0.1.

До серверу бази даних  підключається концентратор 2. Крім того, сервер зв’язаний з маршрутизатором через окремий сегмент мережі для забезпечення виходу користувачів підмережі, підключеної до концентратора 2, в Internet, а також для можливості зв’язку з комп’ютерами першої підмережі. Він з’єднує тільки два мережних інтерфейси – інтерфейс маршрутизатора з інтерфейсом сервера бази даних. Якщо для цього сегменту обрати підмережу третього рівня 192.168.1, то варто адресу інтерфейса маршрутизатора встановити 192.168.1.1, а адресу інтерфейса сервера – 192.168.1.2. Тоді для підмережі, яку обслуговує концентратор 2, установимо адресу 192.168.2.1. Розрахуємо тепер кількість портів концентратора. Кількість підключених до нього комп’ютерів 18 + 19 = 37, тобто, враховуючи з’єднання з сервером, буде задіяно 38 портів. Маючи на увазі можливість розвитку мережі, будемо вважати, що у цьому випадку варто поставити концентратор на 48 портів. Щодо розташування концентратора, з точки зору економії кабелю варто поставити його у правому куті кімнати 2, ближче до кімнати 1. На рисунку 2 наведений узагальнений план проекту мережі. Тут для спрощення креслення числові адреси комп’ютерів вказані без адреси підмережі, тобто вони містять лише одне число – адрес комп’ютера у мережі. Повні чотирьох-рівневі числові адреси вказані на інтерфейсах серверів, а на концентраторах вказані трьох-рівневі адреси підмереж, які вони обслуговують.

Рисунок 2. Узагальнений план проведення комп’ютерної мережі

 

2. Розрахунок  вартості кабеля. Оскільки вся мережа розведена крученою парою за деревоподібною топологією, вартість 1 метру кабеля становить 2,90 гривні [4] для кабеля категорії 5. Згідно з планом мережі, розрахуємо довжину кабеля для всіх сегментів. Оскільки такі розрахунки можуть бути лише оціночними, отриману загальну розрахункову довжину збільшимо на 10%.

1. Міжсерверний сегмент, від  інтерфейса 192.168.1.1 до інтерфейса 192.168.1.2 - 11= 54 м.

2. Два сегмента кабеля від сервера до концентратору 2 та від маршрутизатору до концентратору 1 відповідно 4 м та 8 м, ітого – l2 = 4 м + 8 м = 12 м.

3. Чотири сегмента кабеля від концентратора 1 до комп’ютерів з адресами 2, 3, 4 та 5  підмережі 192.168.0, які знаходяться у кімнаті 4, довжиною по 11 м, 9 м, 7 м та 5 м відповідно. Ітого, l3 = 11 м + 9 м + 7 м + 5 м = 33 м.

4. Чотири сегмента кабеля від концентратора 1 до комп’ютерів з адресами 6, 7, 8 та 9 підмережі 192.168.0, які знаходяться у кімнаті 1, довжиною по 45 м, 47 м, 49 м та 51 м відповідно. Ітого, l4 = 45 м + 47 м + 49 м +  51 м = 192 м.

5. Дев’ять сегментів кабеля від концентратора 2 до комп’ютерів з адресами 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 та 11 підмережі 192.168.2, які знаходяться у кімнаті 2, довжиною по 3 м, 5 м, 7 м, 9 м, 11 м, 13 м, 15 м, 17 м та 19 м відповідно. Ітого, l5 = 3 м + 5 м + 7 м + 9 м + 11 м + 13 м + 15 м + 17 м + 19 м = 99 м.

6. Дев’ять сегментів кабеля від концентратора 2 до комп’ютерів з адресами 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 та 20 підмережі 192.168.2, які знаходяться у кімнаті 2, довжиною по 22 м, 24 м, 26 м, 28 м, 30 м, 32 м, 34 м, 36 м та 38 м відповідно. Ітого, l5 = 22 м + 24 м + 26 м + 28 м + 30 м + 32 м + 34 м + 36 м + 38 м = 270 м.

7. Дев’ять сегментів кабеля від концентратора 2 до комп’ютерів з адресами 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 та 29 підмережі 192.168.2, які знаходяться у кімнаті 3, довжиною по 26 м, 28 м, 30 м, 32 м, 34 м, 36 м, 38 м, 40 м та 42 м відповідно. Ітого, l5 = 26 м + 28 м + 30 м + 32 м + 34 м + 36 м + 38 м + 40 м + 42 м = 306 м.

8. Одинадцять сегментів кабеля від концентратора 2 до комп’ютерів з адресами 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 та 40 підмережі 192.168.2, які знаходяться у кімнаті 3, довжиною по 40 м, 42 м, 44 м, 46 м, 48 м, 50 м, 52 м, 54 м, 58 м, 60 м та 62 м відповідно. Ітого, l5 = 40 м + 42 м + 44 м + 46 м + 48 м + 50 м + 52 м + 54 м + 58 м + 60 м + 62 м = 556 м.

Тепер необхідно визначити тип  кабелю. Оскільки вся мережа розведена  за деревоподібною топологією, треба  використовувати кабель крученої пари. При цьому для всіх сегментів буде використаний кабель категорії 5, який, забезпечує швидкість передачі даних 100 Мбіт/c.

Враховуючи запас кабеля 10 %, загальна довжина кабеля крученої пари категорії 5, необхідна для прокладення мережі, складає:

L_к = (l1 +  l2 + l3 + l4 + l5+ l6 + l7 + l8 + l9 + l10 + l11 + l12) × 1,1 = (54 м + 12 м + 33 м + 192 м + 99 м + 270 м + 306 м + 556 м) × 1,1 = 1522 м × 1,1 ≈ 1674 м.

Тоді вартість кабеля складає:

С_к = 1674 м × 2,90 грн/м = 4854,60 грн.

 

3. Розрахунок  вартості концентраторів. Вартість концентраторів[7] згідно з визначеною моделлю мережі складає:

С_кон = 800 грн + 300 грн = 1100 грн.

 

4. Розрахунок  вартості мережних адаптерів. На всіх робочих станціях можна встановлювати мережні адаптери зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/с, кількість таких адаптерів 8 у підмережі 192.168.0 та 40 у підмережі 192.168.2. А також мережеві адаптери на сервері та маршрутизаторі. Два адаптера підмережі 192.168.1, теж розраховані на швидкодію на 100 Мбіт/с. Сумарна вартість мережних адаптерів буде[8]:

С_а = (8 + 40 + 2 + 2) × 100 грн = 52 × 150 грн = 5200 грн.

 

5. Розрахунок  вартості серверів. Оскільки сервер для виходу в Інтернет працює тільки як комутатор та маршрутизатор і не потребує великої потужності, можна купувати один комп’ютер-маршрутизатор та один комп’ютер-сервер. За попередньою оцінкою, молжива вартість маршрутизатора та сервера буде[8]:

С_с = 2200 грн + 3800 грн = 6000 грн.

 

6. План прокладення  кабелю та розрахунок загальної  вартості проекту мережі. При проведенні мережі кабелі прокладаються у спеціальних коробах, які встановлюються вздовж стін. План прокладення коробів наведений на рисунку 3. Якщо кількість кабелів у коробі повинна бути меншою, ніж 16, але більшою, ніж 8, необхідно брати короб на 16 кабелів. Якщо більшою від 16, тоді потрібен короб на 24 кабеля або на 32 за відповідних умов.

Рисунок 3. План прокладення коробів

 

Розрахунок необхідної кількості  та вартості коробу:

Короб на 32 кабеля:

С_кор1 = 12,37 грн/м × (34 м) = 294,40 грн;

Короб на 16 кабелів:

С_кор2 = 8,42 грн/м × (3 × 18 м + 16 м) = 8,42 грн/м × 70 м = 589,40 грн;

Короб на 8 кабелів:

С_кор3 = 4,50 грн/м × (8 м + 18 м) = 4,50 грн/м × 26 м = 117,00 грн;

Загальна вартість коробів[5]:

С_кор1 + С_{кор2 +} С_кор3 = 294,40 грн + 589,40 грн + 117,00 грн = 1000,80 грн

Загальна вартість проекту мережі розраховується як сума всіх отриманих складових та наведена у таблиці 1.

 

Таблиця 1. Вартість проекту  мережі

Найменування  виробів та комплектуючих	Кількість	Вартість, грн.
Комп’ютер-маршрутизатор	1 шт.	3800,00
Комп’ютер-сервер	1 шт.	2200,00
Концентратор, 12 портів	1 шт.	300,00
Концентратор, 48 порта	1 шт.	800,00
Мережні адаптери, 100 Мбіт/с	54 шт.	5200,00
Кабель крученої пари категорії 5	1674 м	4854,60
Короб на 32 кабеля	34 м	294,40
Короб на 16 кабелів	70 м	589,40
Короб на 8 кабелів	26 м	117,00
Всього		18155,4

 

 

7. Розрахунок часу подвійного  обернення сигналу та зменшення  міжкадрового інтервалу для найбільш  віддалених вузлів мережі.

Для розробленого проекту  локальної мережі найбільш віддаленими  є вузли 40 та 39 підмережі 192.168.2. Розрахункова довжина сегментів кабелю між цими вузлами та концентратором складає 62 м та 60 м відповідно. Структура частини мережі, для якої необхідно розрахувати значення PDV та PVV, наведена на рисунку 4.

 

Рисунок 4. Структура сегменту, для якого необхідно розрахувати значення PDV та PVV

Оскільки сегменти кабелю у підмережі, яка розглядається, мають різну довжину, необхідно PDV розрахувати двічи, взявши у першому  випадку більшою довжину лівого сегменту, а у другому випадку  – правого. Реальним значенням PDV буде більша з двох розрахованих величин, яка повинна бути меншою за 575 bt.

1. Розрахунок PDV для довжини  лівого сегменту 62 м, правого – 60 м.

Лівий сегмент 1:

15,3 bt + 62 м × 0,113 bt/м = 22,306 bt.

Правий сегмент 2:

165 bt + 60 м × 0,113 bt/м = 171,78 bt.

Сума PDV на всіх сегментах:

PDV₁  = 21,40 bt + 170,54 bt = 194,086 bt.

2. Розрахунок PDV для довжини  лівого сегменту 60 м, правого – 62 м.

Правий сегмент 1:

15,3 bt + 62 м × 0,113 bt/м = 22,306 bt.

Лівий сегмент 2:

165 bt + 60 м × 0,113 bt/м = 171,78 bt.

Сума PDV на всіх сегментах:

PDV₂  = 21,40 bt + 170,54 bt = 194,086 bt..

3. Так як значення PDV однакові, то результуюче значення  буде 

PDV = 191,94 bt.

4. Значення зменшення міжкадрового інтервалу PVV для обох розрахованих випадків конфігурації мережі становить PVV = 10,5 bt, що значно менше за критичну величину 49 bt.

Тобто, можна зробити  висновок, що проект мережі є коректним  і відповідає головному правилу Ethernet. В принципі, для отриманої  нами простої конфігурації мережі можна було і не розраховувати значення PDV та PVV, оскільки розроблений проект повністю відповідає правилу чотирьох концентраторів, яке є більш жорстким, чим головне правило Ethernet.

 

8. Розрахунок  часу затримки реакції системи  на запити користувачів. Як відомо, при використанні концентраторів вся підмережа, яку вони обслуговують, знаходиться у єдиній області колізій. А це означає, що у випадку, коли 2 користувачів одночасно звертаються до файлу розміром 40 МБ, будь то для читання чи для запису файлу, на кожне з двох робочих місць буде переданий весь інформаційний потік даної мережі, а він становить 40 МБ × 2 = 80 МБ. Тобто, в даному випадку, високошвидкісний мережний адаптер, розрахований на швидкість передачі даних 100 Мбіт/с та встановлений на сервері баз даних, у розробленому проект мережі задовольняє поточним вимогам та надає можливості для подальшого маштабування навантаження.

Проведемо розрахунки часу реакції системи на запит користувачів, виходячи з оцінки швидкості передачі даних для кадру Ethernet максимального розміру. Якщо розраховувати на обчислену там середню швидкість передачі даних С_{п mах} = 100 Мбіт/с, час затримки реакції системи на запит користувачів буде:

T_p = (80 × 1024 × 1024 × 8) біт / 100 × 10⁶ біт/с = 6,71 c.

 

 

9. Оцінка оптимальності проекту мережі та пропозиції щодо його удосконалення. В спроектованій мережі затримка відповіді на запит користувачів є досить малою. Використання 100 Мбіт/с мережевих адаптерів у розробленому проекті мережі задовольняє поточним виробничим вимогам та надає можливості для подальшого маштабування навантаження. Тобто, розроблений проект мережі можна вважати оптимальним.

Для вдосконалення проекту  можна запропонувати підприємству встановити в одну з кімнат точку WiFi. Кімнати 2 та 3 працюють з базами даних, та мають велику кількість вже підключених комп’ютерів. Отже точку доступу треба встановити в кімнаті 1 чи кімнаті 4. Для оптимізації мережі, оптимальним варіантом буде встановити точку у кімнаті 4. Для налаштування безпровідної мережі потрібен роутер з підтримкою технології WiFi. Вартість такого роутера складає 320 грн.[6] Крім того він повинен буде з’єднаний окремим сегментом мережі з маршрутизатором, для виходу користувачів без провідної підмережі в Інтернет, а також для можливості зв’язку зі користувачами підмереж підключених до концентраторів 1 та 2. Довжина цього сегменту мережі буде складати 2м, а його вартість 5,80 грн.  Адресу роутера варто встановити 192.168.1.3.

На рисунку 5 наведений  узагальнений план проекту мережі, після встановлення  безпровідної точки доступу.

 

Рисунок 5. Узагальнений план проведення комп’ютерної мережі з безпровідною точкою доступу. 
Висновок

Створивши мережу за наданим  проектом, підприємство буде мати оптимально налаштовані окремі ділянки для  роботи, з’єднанні в одну мережу.

Користувачі базами даних  будуть відокремлені від інших, щоб  не навантажувати усю мережу при  виконанні своєї роботи.

Було запропоновано  включити до мережі точку без провідного доступу WiFi, як елемент безпровідної мережі. Даний елемент дозволить  розширити можливості мережі за рахунок включення мобільних пристроїв за технологією WiFi.

Мережа була спроектована таким чином, щоб користувачі  не заважали один одному, але мали можливість зв’язку з будь-яким іншим користувачем цієї мережі.

 

Список літератури та використаних джерел