Проектирование компьютерных сетей

МИНИСТЕРСТВООБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИИ

ТАГАНРОГСКИЙРАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедравычислительной техники

_____________________________________________________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по курсу: «Проектированиекомпьютерных сетей»

Тема проекта: «Проектирование распределеннойинформационно-вычислительной сети для заданной зоны проектирования»

разработала: Головко О.Н. студентка гр. ВД-39

проверил:                               доцент Поленов М.Ю.

Таганрог

2001

Содержание

1.   ЦЕЛЬ КУРСОВОГОПРОЕКТА. ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

2.   ТЕОРЕТИЧЕСКАЯЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

2.1.Основные теоретические положения иобщая методика проектирования РИВС

2.2.Метод коммутации пакетов – вариантвиртуального канала

3.   ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС

3.1.Анализ технического задания напроектирование РИВС. Проектирование региональных вертикальных сетей

3.2.Проектирование межрегиональнойгоризонтальной сети

3.3.Карта РИВС

4.   РАЗРАБОТКАПРОГРАММНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕРИВС

5.   ВЫВОД

6.   ПРИЛОЖЕНИЕ 1

1. ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. ОБЩЕЕТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Целью данного курсовогопроекта является приобретение  практических навыков в проектированиикомпьютерных сетей различного масштаба и определении их основных параметров.

Фамилия:             Golovko            Группа: ВЗ-63

Произвести синтез СПД с вертикальными связями для 11регионов:

Общее количество городов: 168

Например,в сетях можно использовать переменный размер окна. Так, в соответствии срекомендацией документа RFC-793 время ожидания подтверждений вычисляется поформуле

T _ож= 2*T_ср,  где T_ср := 0,9*T_ср + 0,1*T_i, 

T_ср- усредненное значение времени прохода пакета до получателя и обратно,

T_i- результат очередного измерения этого времени.

Основноесвойство виртуального канала - это сохранение порядка поступления пакетов. Этоозначает, что отсутствие одного пакета в пункте назначения исключаетвозможность поступления всех следующих пакетов. Организация виртуального каналамежду двумя пользователями равносильно выделению им дуплексного канала связи,по которому данные передаются в их естественной последовательности. Виртуальныйканал сохраняет все преимущества способа - “коммутация пакетов” в отношениискорости передачи данных и мультиплексирования, но добавляет к ним еще односвойство, а именно - сохраняет естественную последовательность данных.

Виртуальный канал - логическое, протокольно-независимоесоединение, устанавливаемое в сети пакетной коммутации по протоколу Frame Relay,между двумя оконечными устройствами, обеспечивающими пользовательский интерфейсEthernet по стандарту 10BaseT и характеризующееся следующими параметрами:

·    пропускная способность;

·    среда передачи на абонентскойсубмагистрали.

Пользовательский интерфейс Ethernet образуется навыходе маршрутизатора Cisco 1601, подключенного к выделенному каналу ссоответствующей пропускной способностью к центру пакетной коммутации по стыкуV.35.

Виртуальные каналы могут использоваться для соединениятерриториально разнесенных объектов как по схеме точка - точка, так и по схемемультиточка или звезда.

Виртуальные каналы сети пакетной коммутации,построенной на базе сети SDH и вторичной сети выделенных каналов. Эффективныйспособ соединения географически удаленных локальных вычислительных сетей. FrameRelay совместим со всеми протоколами, наиболее часто используемыми в ЛВС (TCP,Novell IPX, DECNET или NETBIOS). Этот протокол обеспечивает эффективную работупо каналам связи высокого качества. Позволяет эффективно передаватьнеравномерно распределенный по времени трафик. Обеспечивает малое времязадержки при передаче информации через сеть. В отличие от вторичной сетивыделенных каналов, для организации нового соединения нет необходимостиустанавливать дополнительную аппаратуру. В стоимость услуги также входитустановка модема для оптической или медной линии и маршрутизатора с портом10-BaseT для подключения локальной сети клиента

При централизованной маршрутизация в сети виртуальныхканалов отправитель в адресат устанавливают виртуальный канал и маршрут междуними фиксируется на время сеанса связи. Решение об изменении маршрута междуданной парой отправитель-адресат может приниматься только до начала сеансасвязи.

Непосредственнойпричиной перегрузок в сети связи является чрезмерная загруженность каналовсвязи. Поэтому заполняются буфера сетевых процессов (СП) в узлах, возникаютблокировки. Было предложено использовать измеренную интенсивность потоков вканалах в качестве основного параметра системы управления потоками, которая объединяетфункции маршрутизации пакетов и ограничения нагрузки в сети связи. В этомслучае для каждого канала устанавливают пороговые значения интенсивностипотоков и различают несколько состояний каналов, например:

·    нормальное, когда интенсивностьпотока в канале не превосходит 70% теоретически возможной;

·    предупреждающее - 70-80%;

·    тревожное - более 80%.

Узлы сети обмениваются маршрутнымитаблицами, отражающими состояния каналов для каждого узла-адресата, чтопозволяет в каждом узле принимать решения по управлению потоками в зависимостиот состояний канатов. Возможны различные варианты таких алгоритмов управленияпотоками. Например, когда в узле выходящий канал выбранного маршрута находитсяв предупреждающем состоянии, то пакет ставится в очередь к этому каналу, какпри нормальных условиях, а отправителю посылается блокирующее сообщение,предписывающее ограничить поток. Если канал находится в тревожном состоянии, топакет отбрасывается.

3.    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС.

3.1.    АНАЛИЗТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Проектирование распределенной вычислительной сетидля региональных вертикальных связей проводилось в  11 регионах. Каждый регионбыл оптимизирован в соответствии с заданием в программе NET-PRO. При детализации этапа проектирования вертикальной сетипередачи данных использовались все вертикальные регионы, а при горизонтальнойсети передачи данных осуществлялся анализ всех возможных топологий. Главнымикритериями при проектировании были выбор оптимальной проектируемой топологии ис критерием оптимизации по общей стоимости сети, при этом максимальное времязадержки составляет не более 14сек., а среднее время задержки не превышает1сек. Это достигалось увеличением числа переприемов между абонентскимипунктами. В результате выяснилось, что самым оптимальной получаетсязвездообразная структура, а самой не выгодной кольцевая, так как в ней даже неудалось избавиться от «плохих маршрутов».

3.2.    ПРОЕКТИРОВАНИЕРЕГИОНАЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Первоначально сеть передачи данных для региона 1была представлена в том виде что она изображена на рис 1. Данный вариант сетинебыл оптимизирован. Оптимизация проводилась по критерию обеспечивающемуминимальную стоимость. В процессе оптимизации был изменен центр сети, измененымаршруты и их пропускные способности, также были изменены места расположенияконцентраторов и их пропускные способности – все эти изменения привели к томучто сеть стала наиболее оптимальной и ее стоимость снизилась на 11,33% посравнению с первоначальной. На рис 2 изображена оптимизированная по критериюминимальной стоимости сеть передачи данных.

Результаты  синтеза  сети передачи  данных  с  вертикальными  связями для региона 1

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  2974  рублей.

Центр  СПД  -  Кадом.

Места  размещения концентраторов:

   Каналы связи междугородами:

Первоначально сеть передачи данных для региона 2была представлена в том виде что она изображена на рис 3. Данный вариант сети небылоптимизирован. Оптимизация проводилась по критерию обеспечивающему минимальнуюстоимость. В процессе оптимизации был изменен центр сети, изменены маршруты иих пропускные способности, также были изменены места расположенияконцентраторов и их пропускные способности – все эти изменения привели к томучто сеть стала наиболее оптимальной и ее стоимость снизилась на 22,37% посравнению с первоначальной. На рис 4 изображена оптимизированная по критериюминимальной стоимости сеть передачи данных.

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных с веpтикальными  связями для региона 2.

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  18569  pублей.

Центp  СПД  -  Аян

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Первоначально сеть передачи данных для региона 3была представлена в том виде что она изображена на рис 5. Данный вариант сетинебыл оптимизирован. Оптимизация проводилась по критерию обеспечивающемуминимальную стоимость. В процессе оптимизации был изменен центр сети, измененымаршруты и их пропускные способности, также были изменены места расположенияконцентраторов и их пропускные способности – все эти изменения привели к томучто сеть стала наиболее оптимальной и ее стоимость снизилась на 4,28% посравнению с первоначальной. На рис 6 изображена оптимизированная по критериюминимальной стоимости сеть передачи данных.

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных с  веpтикальными  связями для региона 3

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  3873  pублей.

Центp  СПД  -  Трубчевск

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Ниже приводятся результатысинтеза сети  пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для остальныхрегионов.

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для региона 4

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  1688  pублей

Центp  СПД  -  Екимовичи.

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для региона 5

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  615  pублей.

Центp  СПД  - Иванофранковск.

Meста  pазмещения концентpатоpов

   Каналы связи междугородами

Результаты  синтеза  сети  пеpедачи  данных с веpтикальными  связями длярегиона 6

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  4323  pублей.

Центp  СПД  -  Днепропетровск

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных с  веpтикальными  связями для региона 7

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  1493  pублей.

Центp  СПД  -  Ковель

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных с  веpтикальными  связями для региона 8

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  3259  pублей.

Центp  СПД  -  Токмак.

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Результаты  синтеза  сети пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для региона 9.

Полная  стоимость  СПД  в сутки  -  9156  pублей

Центp  СПД  -  Гуга

Meста  pазмещения концентpатоpов

Каналы связи между городами

Рис 1. Регион 1 до оптимизации

Рис 2. Регион 1 послеоптимизации.

Рис 3. Регион 2 до оптимизации.

Рис4. Регион 2 после оптимизации

Рис6. Регион 3 после оптимизации

3.3.    ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕЖРЕГИОНАЛЬНОЙГОРИЗОНТАЛЬНОЙ  СЕТИ

При проектировании горизонтальной сети я основывалсяна заданных критериях:

-     тип проектируемой топологии:оптимальная;

-     критерий оптимизации: общаястоимость сети;

-     ограничения на проектирование:

14 секунд: - максимальное время задержки;

1 секунда: - среднее время задержки

            Горизонтальныйсинтез проектируемой сети организуется как процесс синтеза одной из возможныхтопологий в соответствии с приведенными алгоритмами.

            Длясинтеза оптимальной кольцеобразной сети используется задача коммивояжера. Сутьданной задачи заключается в том, что коммивояжер должен выехать из одногогорода, побывать во всех остальных по одному разу и вернуться обратно. Задачазаключается в определении последовательности объезда городов, при которомкоммивояжеру требуется проехать наименьшее суммарное расстояние, при этомпредполагается, что расстояние до каждой пары городов известно. Рис.7.

Рис.7. Топология «Кольцо»

            Длясинтеза оптимальной древовидной сети используется алгоритм Прима, которыйпорождает минимальное связанное дерево. Рассматривается определенное множествогородов, которые необходимо объединить. Рис. 8.

Рис.8. Топология «Дерево»

            Задачасинтеза оптимальной звездообразной сети по критерию минимальной стоимостизаключается в переборе всех возможных вариантов звездообразных сетей и выбореварианта с минимальной стоимостью. Рис.9

Рис. 9. Топология «Звезда»

Синтез распределенной сети заключается вследующем алгоритме:

-     решить задачу коммивояжера, врезультате которой будет получена минимальная связная кольцеобразная сеть;

-     задать допустимое числопереприемов в маршруте;

-     решить задачу маршрутизации, есличисло «плохих» маршрутов равно нулю – то закончить;

-     отсортировать неиспользованныедуги сети в порядке убывания их стоимостей;

-     добавить очередную минимальнуюнеиспользованную дугу в решение;

-     решить задачу маршрутизации;

-     если добавление данной дуги врешение привело к уменьшению количества «плохих» маршрутов, то оставить дугу врешении, иначе исключить эту дугу из решения;

-     если число «плохих» маршрутовравно нулю, то закончить, иначе перейти к сортировке.

Результатомработы данного алгоритма является связанная сеть, любой маршрут в которойсодержит не более заданного числа переприемов.

Рис.10.

Рис.10. Топология «Распределенная»

Симбиозомбудет являться совокупность топологий звезды, кольца, дерева и распределенной.При этом обеспечивается наибольшая эффективность. Рис.11.

Рис11. Топология «Симбиоз»

5.   ВЫВОД

В данной курсовой работе согласно техническому заданиюбыла спроектирована распределенная информационно-вычислительная сеть. Для этихцелей использовался программно-инструментальный комплекс NET-PRO.Перед проектированием сначала был произведен топологический синтез, а именно,было определенно количество узлов сети и способы их связи между собой иисточниками информации, а так же параметры и места размещения каналов связи,концентраторов и т.п.

Выбор структуры при проектировании основывался на том,чтобы обеспечить оптимальную топологическую структуру по всем критериям, хотясамым главным критерием оптимизации в моем курсовом проекте являлась стоимостьсети.

Проектирование выполнялось в два этапа: проектированиерегиональных сетей передачи данных и проектирование горизонтальной сетипередачи данных, которая объединяет отдельные региональные сети в одну единую.На последнем этапе была полученная конечная карта распределеннойинформационно-вычислительной сети, которая, представляет из себя симбиозтопологий, и которая является самой оптимальной по главному критерию общейстоимости сети и обеспечивает 100% эффективность по сравнению с  остальнымивариантами разработанных топологий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Решетняк В.Н., ГузикВ.Ф., Сидоренко В.Г. «Проектирование распределенныхинформационно-вычислительных систем.» Учеб. пособие. Таганрог: ТРТУ ,1996год.                   

2. Ларионов А.М., Майоров С.А. НовиковГ.И. «Вычислительные комплексы , системы и сети». Ленинград Энергоатомиздат1987 г

3. Стен Шатт под редакцией М.А. Мазина«Мир компьютерных сетей». Киев 1996 г.

4.   Ю.А. Кулаков,Г.М. Луцкий. «Компьютерные сети». Киев «Юниор» 1998 г.

5.   Д. Филлипс, А.Гарсия-Диас «Методы анализа сетей», М., Мир, 1984. 496 с.