Проектирование сети Спасобардинской общеобразовательной школы

Введение

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - это такой способ совместного подключения нескольких компьютеров к общему каналу передачи данных, благодаря которому обеспечивается совместное использование ресурсов, таких, как базы данных, оборудование, программы. С помощью локальной сети удаленные рабочие станции объединяются в единую систему, имеющую следующие преимущества:

1.  Разделение ресурсов - позволяет совместно использовать ресурсы, например, периферийные устройства (принтеры, сканеры), всеми станциями, входящими в сеть.

2.  Разделение данных - позволяет совместно использовать информацию, находящуюся на жестких дисках рабочих станций и сервера.

3.  Разделение программных средств - обеспечивает совместное использование программ, установленных на рабочих станциях и сервере.

4.  Разделение ресурсов процессора - возможность использования вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть.

Широкие возможности компьютеров по обработке информации делают их в принципе пригодными для разнообразного использования в области образования. Они могут облегчить преподавание и изучение материала на всех уровнях - от дошкольников, овладевающих алфавитом, до учащихся старших классов. Компьютеры пригодны для использования в таких областях, как языковедение и математика, история и естественные науки, профессиональная подготовка, музыка и изобразительное искусство, а также чтение и письмо. Компьютеры открывают новые пути в развитии навыков мышления и умения решать проблемы, предоставляют новые возможности для активного обучения. С помощью компьютеров можно сделать проведение уроков, упражнений, контрольных работ, а также учет успеваемости более эффективными. Это разгружает учителей и позволяет им уделять больше времени индивидуальным занятиям. Компьютеры могут сделать многие уроки более интересными и убедительными, а огромный поток информации - легкодоступным.

Проектирование локальной вычислительной сети будет вестись в Спасобардинской общеобразовательной школе.

Цель данного курсового проекта - выбор оборудования, протоколов передачи данных, указание рекомендаций настройки ПО и настройки маршрутизаторов.

 

1. Описание деятельности организации

В рамках данной курсовой работы необходимо спроектировать локальную сеть для школы.

ЛВС в данной организации должна состоять из 26 компьютеров. Сеть позволит ускорить перемещение данных между компьютерами. Для каждой рабочей станции необходимо обеспечить доступ к глобальной сети Интернет, для некоторых доступ к сетевому принтеру.

Здание школы одноэтажное. ЛВС необходимо развернуть в правом крыле школы. Так же необходимо поставить сервер для хранения данных школы. В школе уже присутствует следующее оборудование: 26 компьютеров и 3 принтера.

Таблица 1. Требования сотрудников к сетевым ресурсам

Категория пользователя	Доступ в интернет	Доступ к файловому серверу	Доступ к сетевым принтерам
директор	должен присутствовать	полноценный	должен присутствовать
секретарь	должен присутствовать	полноценный	должен присутствовать
бухгалтер	должен присутствовать	ограниченный (доступ только к ресурсу «Бухгалтерия»)	должен присутствовать
Учитель физики	должен присутствовать	ограниченный (доступ только к ресурсу «Школьная программа»)	без доступа
Учитель информатики	должен присутствовать	ограниченный (доступ только к ресурсу «Школьная программа»)	без доступа
Школьник	ограниченный	ограниченный (доступ только к ресурсу «Школьникам»)	без доступа

Общее количество компьютеров составляет 26: по одному компьютеру у директора, секретаря, учителя физики и учителя информатики; два компьютера у бухгалтеров и по 10 компьютеров на классы физики и информатики для учеников старших классов. У каждого сотрудника или школьника есть свое рабочее место.

2. Схема размещения рабочих мест сотрудников

адресный сетевой кабель коммутатор

Каждый из сотрудников имеет свое рабочее место, которое определяется кабинетом сотрудника.

В правом крыле школы находятся следующие кабинеты:

1.      Кабинет директора;

2.      Кабинет секретаря;

.        Кабинет бухгалтерии;

.        Кабинет физики;

.        Кабинет информатики;

.        Служебное помещение.

Расположение оборудования каждого рабочего места изображено на схеме (рис. 1).

Рис. 1. План помещений правого крыла школы

 

3. Подбор и описание параметров оборудования

В школе уже присутствует следующее оборудование: 26 компьютеров и 3 принтера.

У каждой рабочей станции имеется розетка с разъемом RJ45 и в каждой станции есть сетевой адаптер, который встроен в системную плату. Поэтому, для подключения рабочей станции к сети необходимо иметь в наличии сетевой кабель с разъемами RJ45 на концах.

Рабочая станция как место работы специалиста представляет собой полноценный компьютер.

 

4. Выбор сетевого оборудования

Теперь, когда уже установлены требования для сети, можно определиться с тем, с помощью чего можно это реализовать. Во-первых, для совместной работы с файлами, нам необходим отдельный компьютер, который будет выполнять обязанности файлового сервера. На нем будут храниться документы, доступ к которым будет обеспечен большинству компьютеров сети. Кроме этого нам понадобятся несколько коммутаторов, чтобы соединить несколько компьютеров в один сегмент. Это позволит не прокладывать кабель по всему зданию, из чего следует, что снизятся затраты и увеличится надежность. Кроме того для прокладки сети будет необходим сам кабель и короба, чтобы защитить провода от повреждений.

Итак, можно сделать вывод, что для создания локальной сети потребуется следующее оборудование:

·        файловый сервер;

·        коммутаторы;

·        сетевой кабель (витая пара);

·        короба.

 

.1 Файловый сервер

Файловый сервер - это выделенный сервер, 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.

Для повышения отказоустойчивости файлового сервера так же необходимо приобрести источник бесперебойного питания.

При выборе сервера следует обратить внимание на такие характеристики как:

·          производительность процессора;

·        объем оперативной памяти;

·        скорость жесткого диска;

·        отказоустойчивость.

Системный блок Matrix Office Comfort RC13 (2.93 ГГц, 2 ядра, Intel Core i3/4096 Мб DDR3/диск 1000 Гб/встроенная видеокарта, 384 Мб/DVD/CD-RW)

Описание / Процессор: Intel, Core i3, 2930 МГЦ, 2 ядра, Core i3-530 4Mb+2x256 Clarkdale LGA1156 / Вентилятор процессора: Cooler Master Hyper TX3 PWM [RR-910-HTX3-GP] (1156/1155 /775/AM2/AM3/754/939/940) / Оперативная память: DDR3, 4096 Мб, 1333 МГц, 1 Шт., DDR3 2048 Mb pc-10660 1333MHz *2 шт. / Материнская плата: iH55 S1156 2*DDR3 PCI-E16x SATA II HDMI GB Lan mATX / Разъемы материнской карты (сзади корпуса): PS/2 VGA DVI LAN Audio USB 2.0 / Винчестер: 1000 Гб, HDD, 7200rpm 32Mb S-ATA / Видеокарта: встроенная, 384 Мб, разъемы: D-SUB DVI / Оптический привод: DVD/CD-RW, DVD+-R/RW&CD-RW SATA / Аудиосистема: 5.1 / Сетевая карта: есть (10/100/1000Mbps Gigabit Ethernet UTP NIC 32-bit) / Корпус: mATX, INWIN EMR013 Black MicroATX 400W (24+4 пин) / Блок питания: 400 Вт (24+4 pin + SATA).

Рис. 2. Системный блок Matrix Office Comfort RC13

Источник бесперебойного питания

ИБП Ippon Back Power Pro 400 ВА является приемлемым по критерию цена качество количество ВА. Сервер имеет не слишком высокую потребляемую мощность, поэтому использование ИБП на 400 ВА вполне оправдано. ИБП представлен на рис. 3.

Рис. 3. ИБП Ippon Back Power Pro.

.2 Коммутаторы

Так как локальная сеть будет состоять из сегментов, то для объединения компьютеров в сегменте и сегментов между собой используются коммутаторы.

Одной из главной характеристики для коммутатора является количество портов, оно определяет количество соединяемых компьютеров.

В качестве коммутационного оборудования были выбраны коммутаторы (2 коммутатора с 16 портами и 2 коммутатора с 8 портами), а не концентраторы, так как по цене они практически не различаются, но коммутаторы имеют ряд преимуществ:

) повышение пропускной способности сети (коммутатор имеет способность «запоминать» адрес каждого компьютера, подключённого 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 сетевая пропускная способность);

) коммутаторы предоставляют каждому узлу сети выделенную пропускную способность протокол.

В качестве коммутаторов будут использоваться:

·        Коммутатор switch D-link DGS-1016D/GE, Gigabit Switch, 16x10/100/1000Mbps, (DGS-1016D/GE), коммутатор такого типа изображен на рис. 4.

Рис. 4. Коммутатор switch D-link DGS-1016D/GE.

·        Коммутатор switch NetGear 8-port 10/100 Mbps switch with external power (FS108-200PES), коммутатор такого типа изображен на рис. 5.

Рис. 5. Коммутатор switch NetGear.

 

.3 Сетевой кабель и короба

Для выхода в интернет используется выделенная оптоволоконная линия. Выбор именно этого средства обуславливается тем, что по сравнению с другими способами он обеспечивает более высокую скорость соединения.

Другой положительной чертой является то, что оптоволокно обеспечивает симметричный канал, что гарантирует не только высокую скорость входящего, но и исходящего соединений. Сейчас данная технология развивается очень стремительно, что делает ее более доступной.

Выход в интернет будет организован с помощью выделенного канала, который уже предоставлен местным провайдером. В школе уже есть оптоволоконный кабель.

В сети же компьютеры будут подключены с помощью витой пары.

Витая пара

Для прокладки сети используется сетевой кабель FTP (экранированная витая пара) категории 5, она изображена на рис. 6.

Рис. 6. Витая пара 5 категории.

Кабель-канал

Для прокладки кабеля используются короб шириной до 5 см для общего потока, и до 2 см для одного кабеля. Рис. 7 иллюстрирует стандартный короб.

Рис. 7. Кабель-канал.

В результате анализа стоимости сетевого оборудования и выбора оптимальной комплектации получена следующая таблица:

Таблица 2. Стоимость сетевого оборудования

Наименование	Количество	Цена (руб.)	Сумма (руб.)
Системный блок Matrix Office Comfort RC13	1 шт.	16 050	16 050
Ippon Back Power Pro 400 ВА	1 шт.	1 530	1 530
Коммутатор switch D-link DGS-1016D/GE	2 шт.	3 230	6 460
Коммутатор switch NetGear 8-port 10/100 Mbps	2 шт.	1 050	2 100
Витая пара	500 м	10	5 000
Кабель-канал	200 м	20	4 000
Итого: 35 140

Таким образом, стоимость сетевого оборудования для данной сети, в рамках поставленной задачи, составляет: 35 140 руб.

 

5. Структурная схема сети

Наиболее распространенной на сегодняшний день является топология «звезда» на технологии Ethernet, которая отвечает всем современным требованиям к локальной сети и довольно удобна в эксплуатации. Из схемы структурированной кабельной системы рис. 9 можно однозначно судить о том, что данная топология лучше всего подходит для данной организации.

Рис. 8. Топология «звезда»

 

Достоинства:

·              выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

·              хорошая масштабируемость сети;

·              лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

·              высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

·              гибкие возможности администрирования.

Недостатки:

·              выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

·              для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

В центре каждой «звезды» - концентратор или коммутатор, который непосредственно соединен с каждым отдельным узлом сети через тонкий гибкий кабель UTP, так же называемый «витой парой».

Кабель соединяет сетевой адаптер с ПК, с одной стороны, с концентратором или коммутатором - с другой. Устанавливать сеть с топологией «звезда» просто и недорого. Число узлов, которые можно подключить к концентратору, определяется возможным количеством портов самого концентратора. Однако имеется ограничение по числу узлов: сеть может иметь максимум 1024 узла. Рабочая группа, созданная по схеме «звезда», может функционировать независимо или может быть связана с другими рабочими группами.

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

В качестве подвида данной технологии был выбран 100BASE-TX, IEEE 802.3u - развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5: CAT5 - скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар. Кабель категории 5 является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине.

Формирование адресной структуры сети:

Для формирования адресного пространства данной сети выбраны IP-адреса класса С. (адреса из диапазона от 192.0.0.0 до 223.255.255.0). Маска подсети имеет вид 255.255.255.0. Первые 3 байта формируют номер сети, последний байт формирует номер узла.

Рис. 9. Схема структурированной кабельной системы

 

6. Логическая организация сети

Имеется ряд IP-адресов, которые зарезервированы для использования только в локальных сетях. Пакеты с такими адресами не передаются маршрутизаторами Интернета. В классе С к таким IP-адресам относятся адреса от 192.168.0.0 до 192.168.255.0.

Поэтому для локальной сети школы назначаем следующие IP-адреса:

·  сервер - 192.168.1.1;

·        компьютер секретаря - 192.168.1.2;

·        сетевой принтер в кабинете секретаря - 192.168.1.3;

·        компьютер директора - 192.168.1.4;

·        сетевой принтер в кабинете директора - 192.168.1.5;

·        компьютер главного бухгалтера - 192.168.1.6;

·        компьютер бухгалтера - 192.168.1.7;

·        сетевой принтер в кабинете бухгалтеров - 192.168.1.8;

·        компьютеры в кабинете физики имеют IP-адреса от 192.168.1.9 до 192.168.1.19;

·        компьютеры в кабинете информатики имеют IP-адреса от 192.168.1.20 до 192.168.1.30.

7. Программные средства для организации сети

В качестве операционной системы сервера будет использоваться Windows Server 2008, которая является наиболее надежной и безопасной операционной системой в семействе серверных ОС Windows, что является необходимым условием для сервера.Server 2008 версия серверной операционной системы от Microsoft. Выпущена 27 февраля 2008 года.

Эта версия заменяет Windows Server 2003 как представитель операционных систем поколения Vista (NT 6.x). В Windows Server 2008 имеются средства для анализа состояния и диагностики операционной системы, так же данная серверная операционная система предлагает целый ряд новых технических возможностей в области безопасности, управления и администрирования, разработанных для повышения надежности и гибкости работы сервера.

В качестве ОС на рабочих станциях оставляется установленная ранее Windows XP Professional.

Операционная система Windows XP Professional:

·    обеспечивает высокий уровень масштабируемости и надежности;

·    обеспечивает более высокий уровень безопасности, включая возможность шифрования файлов и папок с целью защиты корпоративной информации;

·              обеспечивает поддержку мобильных устройств для обеспечения возможности работать автономно или подключаться к компьютеру в удаленном режиме;

·              обеспечивает встроенную поддержку высокопроизводительных многопроцессорных систем;

·              обеспечивает возможность работы с сервером Microsoft Windows Server;

·    обеспечивает эффективное взаимодействие с другими пользователями по всему миру благодаря возможностям многоязычной поддержки.

·              Кроме этого, на все компьютеры необходимо поставить антивирусную программу ESET NOD32 Business Edition.

Эта антивирусная программа была выбрана по следующим причинам:

) Проактивная защита и точное обнаружение угроз. Антивирус ESET NOD32 разработан на основе передовой технологии ThreatSense®. Ядро программы обеспечивает проактивное обнаружение всех типов угроз и лечение зараженных файлов (в том числе, в архивах) благодаря широкому применению интеллектуальных технологий, сочетанию эвристических методов и традиционного сигнатурного детектирования.

2) Host Intrusion Prevention System (HIPS). Усовершенствованная система защиты от попыток внешнего воздействия, способных негативно повлиять на безопасность компьютера. Для мониторинга процессов, файлов и ключей реестра HIPS используется сочетание технологий поведенческого анализа с возможностями сетевого фильтра, что позволяет эффективно детектировать, блокировать и предотвращать подобные попытки вторжения.

) Высокая скорость работы. Работа Антивируса ESET NOD32 не отражается на производительности компьютера - сканирование и процессы обновления происходят практически незаметно для пользователя, не нагружая систему.

) Удобство. Антивирус ESET NOD32 разработан по принципу минимальной нагрузки на систему и занимает не более 44 Мб памяти.

) Простота использования.

В результате анализа стоимости программного обеспечения получена следующая таблица:

Таблица 3. Стоимость программного обеспечения

Программа	Модель	Цена, руб.	Количество	Стоимость, руб.
Операционная система на сервер	Windows Server 2008	19 774	1	19 774
Антивирусная программа	ESET NOD32 Business Edition newsale for 28 User	28 586	1	28 586
Итого:				48 360

Таким образом, стоимость программного обеспечения составила 48 360 рублей.

8. Защита сети

Для нормального и бесперебойного функционирования сети необходимо обеспечить ее безопасность. Специализированные программные средства защиты информации от несанкционированного доступа обладают в целом лучшими возможностями и характеристиками, чем встроенные средства сетевых ОС. Кроме программ шифрования, существует много других доступных внешних средств защиты информации. Из наиболее часто упоминаемых, следует отметить следующие системы, позволяющие ограничить информационные потоки:

1.      Firewalls - брандмауэры (дословно firewall - огненная стена). Между локальной и глобальной сетями создаются специальные промежуточные сервера, которые инспектируют и фильтруют весь проходящий через них трафик сетевого/ транспортного уровней. Это позволяет резко снизить угрозу несанкционированного доступа извне в корпоративные сети, но не устраняет эту опасность совсем. Более защищенная разновидность метода - это способ маскарада (masquerading), когда весь исходящий из локальной сети трафик посылается от имени firewall-сервера, делая локальную сеть практически невидимой.

2.      Proxy-servers (proxy - доверенность, доверенное лицо). Весь трафик сетевого / транспортного уровней между локальной и глобальной сетями запрещается полностью - попросту отсутствует маршрутизация, а обращения из локальной сети в глобальную происходят через специальные серверы-посредники. Очевидно, что при этом методе обращения из глобальной сети в локальную становятся невозможными. Очевидно также, что этот метод не дает достаточной защиты против атак на более высоких уровнях - например, на уровне приложения (вирусы и JavaScript).

3.      Антивирусная программа (антивирус) - изначально программа для обнаружения и лечения программ, заражённых компьютерным вирусом, а также для предотвращения заражения файла вирусом. Многие современные антивирусы позволяют обнаруживать и удалять также троянские программы и прочие вредоносные программы. И напротив - программы, создававшиеся как файрволы, также обретают функции, роднящие их с антивирусами (например, Outpost Firewall), что со временем может привести к ещё более очевидному распространению смысла термина на средства защиты вообще.

В нашей сети будет использоваться антивирусная программа ESET NOD32 Business Edition.

 

9. Отказоустойчивость

Отказоустойчивость - это один из основных факторов, который нужно учитывать при построении локальных сетей.

В случае выхода сети школы из строя возможны нарушение работы сотрудников, потеря данных. В таблице 4 приведены различные неисправности и их последствия.

Для того, что бы свести к минимуму вероятность отказа сети прибегают к нескольким средствам:

·              дублирование блоков питания;

·              возможность «горячей» замены компонентов;

·              дублирование управляющего модуля;

·              дублирование коммутационной матрицы / шины;

·              использование технологии Multi-Link Trunk (MLT) и Split-MLT;

·              возможное внедрение протоколов балансировки нагрузки и дублирования на уровне маршрутизации;

·              разнесение окончания каналов;

·              разнесение каналов;

·              использование высоконадежного оборудования.

Таблица 4. Возможные неисправности и их последствия

Неисправность	Возможная причина	Последствия для сети	Решение проблемы	Меры предотвращения
Выход и строя главного коммутатора	Механическая неисправность; неправильная эксплуатация.	Выход из строя всей сети.	Замена коммутатора.	Правильная эксплуатация; наличие запасного коммутатора.
Выход и строя коммутатора в одном из отделов.	Механическая неисправность; неправильная эксплуатация.	Выход из строя сегмента сети.	Замена коммутатора.	Правильная эксплуатация; наличие запасного коммутатора.
Выход из строя сервера.	Механическая неисправность; неправильная эксплуатация; отказ комплектующих сервера.	Вероятность потери всех данных; пропадает возможность централизованного хранения данных.	Ремонт сервера (возможна замена комплектующих, или в крайнем случае полная замена сервера).	Подбор сервера, полностью справляющегося с потребностями фирмы; подбор комплектующих с повышенной надежностью.
Выход из строя компьютеров пользователей.	Механическая неисправность, деятельность вирусов, неправильная эксплуатация; конфликты ПО.	Пропадает возможность обмена данными с неисправным компьютером.	Ремонт клиентского компьютера.	Правильная эксплуатация: технические осмотры; наличие антивируса; ограничение прав пользователей.
Выход из строя модема, точки доступа, сетевого принтера.	Механическая неисправность; неправильная эксплуатация.	Ограничение функций неисправного оборудования (отсутствие Wi-Fi, выхода в Интернет…)	Замена оборудования.	Правильная эксплуатация: технические осмотры; наличие антивируса; наличие запасного оборудования.
Выход из строя сетевого кабеля	Механическое повреждение.	Выход из строя сети или ее части.	Замена сетевого кабеля.	Кабель должен находиться в коробах; наличие запасного кабеля.

Спроектируемая сеть обладает несколькими преимуществами в плане отказоустойчивости:

·    топологией сети является «звезда», что позволяет легко находить и устранять неисправности;

·        в случае выхода из строя одного из коммутаторов он в экстренном темпе заменяется на рабочий, и сеть снова полностью функционирует;

·        в случае выхода из строя одной из рабочих станций, остальные пользователи продолжают функционировать в обычном режиме;

·    применение антивирусного программного обеспечения позволяет обезопасить сеть от сбоев в случае атак вирусов.

Заключение

В ходе проделанной работы были изучены и закреплены знания в таких областях как: общие принципы построения вычислительных сетей, базовые технологии локальных сетей, построение локальных сетей, глобальные сети.

Была спроектирована локальная сеть в Спасобардинской общеобразовательной школе. Пропускная способность канала внутри сетей - 100 Мбит/с, имеется доступ в интернет, а так же в сети присутствует файловый сервер.

Стоимость сетевого оборудования составляет 35 140 руб.

Стоимость программного обеспечения составляет 48 360 руб.

В результате, общая стоимость всего сетевого оборудования, материалов и ПО составила 83 500 рублей.

Общая стоимость проекта является приемлемой, так как локальная вычислительная сеть проектировалась для общеобразовательного учреждения.

Список используемых источников

1.     Компьютерные сети. Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Питер, 2001.

2.      Компьютерные сети. Практика построения. Для профессионалов. 2-е изд./ М.В. Кульгин. - СПб.: Питер, 2003.

.        В.Г. Олифер, Н.А. Олифер «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы».

.        Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие* / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. - М. : Питер, 2008. - 765с.

.        Таненбаум Э. Компьютерные сети : Э. Таненбаум. - М. : Питер, 2008. - 991с/