1 Техническое задание
1.1 Назначение и область применения разрабатываемой системы
Цель: Спроектировать внутреннюю, информационную сеть предприятия для ее реорганизации, включающую в себя подключение к общей сети новых элементов и замена старого подключения, средствами позволяющими, реализовать высокую скорость передачи данных.
Проектируемая информационная сеть предназначена обеспечивать бесперебойную работу не менее 400-от рабочих станций, с поддержкой видео конференций, наблюдением за поведением системы в режиме «реального времени», предназначена обеспечивать устойчивую работу при воздействии внешних факторов, таких как: грозы, помехи и внешний шум.
1.2 Требования к информационной системе
Разработанная система должна удовлетворять следующим требованиям:
? Единая кабельная система для всех сетевых узлов.
? Централизация сети.
? Иерархическая схема, включающая:
? Распределительный пункт здания (РПЗ) - в отдельном помещении Телекоммуникационный центр (ТКЦ) - Состоит из активного сетевого и коммутационного оборудования и источника бесперебойного питания.
? Распределительный пункт этажа (РПЭ). Состоит из кроссовых блоков (КБ) для кроссировки и соединительных шнуров, обеспечивающих переключение цепей горизонтальной подсистемы с вертикальной подсистемой.
? Вертикальная подсистема. Кабельная подсистема, обеспечивающая соединение РПЗ с РПЭ всех этажей.
? Горизонтальная подсистема - индивидуальная кабельная разводка от РПЭ до телекоммуникационной розетки (ТР) рабочего места пользователя.
? Подсистема рабочего места (РМ) - представляет собой устройства и интерфейсные шнуры, соединяющие их с горизонтальной подсистемой СКС.
? Внешняя подсистема. Служит для соединения между собой коммуникационных систем зданий, находящихся на территории предприятия.
? Использование только компонентов (кабельных и коммутационных), соответствующих категории 5e или выше, обеспечивающих современные скорости передачи данных (до 10Гбит/сек).
? Высокая помеха устойчивость сети.
? Защищенность информации от стороннего проникновения.
? Соблюдение правил пожарной безопасности (NEC).
1.3 Дополнительные требования к проекту
? Условия эксплуатации активного сетевого оборудования:
? Рабочая температура - от 0° до 40° C
? Температура при хранении - от -25° до +70° C
? Рабочая влажность - 85% относительной влажности, без конденсации
? Влажность при хранении - 95% относительной влажности, без конденсации
? Рабочая высота - до 3048 м над уровнем моря
? Высота при хранении - до 12 096 м над уровнем моря
? Электрические характеристики активного сетевого оборудования:
? входное напряжение (для питания переменного тока) - 185-240В с частотой 47-63 Гц
? потребляемая мощность (для питания переменного тока) - макс. 500 Вт;
? максимальная сила тока - 6,5 A
?
2 Технико-экономическое обоснование
Эффективность работы предприятия во многом зависит от его степени развития информационной инфраструктуры. Организация корпоративной сети на основе волоконно-оптических линий связи, позволит существенно повысить уровень производительности на предприятии, за счет широкой пропускной способности ВОЛС, такие линии обеспечивают потенциальную возможность передачи потока информации по одному оптическому волокну за несколько терабит в секунду. Кабель ВОЛС не окисляется, не намокает и не зависит от электромагнитного воздействия, что предполагает высокую надежность и помехоустойчивость информационной сети. Одним из самых важных критериев на предприятии в последнее время является - информационная безопасность. Так как оптоволокно имеет свойство не излучать в радиодиапазоне, что позволяет уберечь передаваемые по нему данные от перехвата, волоконно-оптические линии связи становятся наилучшим техническим решением для защиты информации. По экономическим требованиям строительство ВОЛС обходится дороже, чем прокладка традиционной корпоративной сети, но благодаря высокой дальности сигнала, возможно, значительно сэкономить на ретрансляторах - для оптики они ставятся на расстоянии до 100 км.
При использовании технологии ADSL (около 50% рабочих станций на предприятии) реальная скорость передачи данных всегда меньше канальной скорости соединения как минимум на 13-15%. Это технологическое ограничение. Данная технология доживает последние дни и вот-вот перестанет отвечать минимальным требованиям сотрудников. В идеальных условиях при скорости соединения 12 Мбит/с можно рассчитывать на максимальную реальную скорость передачи данных до 10 Мбит/с. В действительности, помимо технологического ограничения, есть еще целый ряд факторов, снижающих скорость передачи. [3]
Таким образом, с учетом всех преимуществ волоконно-оптических линий связей, они являются частью современных информационных систем любого предприятия, соответственно проектирование и внедрение таких систем - это решение одной из самых актуальных задач.
Все компьютерное оборудование для проектирования предоставлено предприятием, нет необходимости для его приобретения.
?
3 Архитектурное проектирование корпоративной сети
3.1 Общая информация о существующей сети
На предприятии, где разрабатывался данный дипломный проект, существует собственная корпоративная сеть на основе медно-телефонных каналах передачи данных и малоразвитое подключение оптоволокна. Сеть включает в себя: Главное здание, откуда идут коммуникации в 2, 6, 15 цех, Бюро пропусков, Отдел кадров, Управление, Бухгалтерию, Технико-конструкторский отдел и на склад.
Бухгалтерия, Технико-конструкторский отдел и 2 цех объединены в общую подсеть волоконно-оптическим кабелем. Пример подключения этих корпусов представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Пример подключения волоконно-оптических связей
Все остальные корпуса подключены к сети средствами модемного ADSL подключения к интернету. В общий состав сети входит 320 рабочих станций, соединенные внутри корпусов в отдельные подсети витой парой. Для управления такой системой используется распространенный вариант схемы - «Звезда», с одним общим телекоммуникационным центром. Пример подключения медпункта к общей сети на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – пример подключения в помещении?
Главный узел находиться в ТКО на втором этаже в специальном помещении, содержит основное коммутационное и серверное оборудование. Система архивирования представляет собой RAID- массив 1 уровня - «зеркало».
3.2 Недостатки существующей сети
Имеющаяся сеть имеет ряд существенных недостатков:
? Так как сеть организованна разными способами подключения, она не является однотипной, что усложняет процесс администрирование системы.
? Сеть характеризуется низкой помехоустойчивостью
? Архивирование, построенное на RAID - массиве типа 1, является устаревшим и экономически не выгодным.
На основе выявленных недостатков, существующей информационной сети необходима полная реорганизация, для повышения производительности и качества труда на предприятии.
3.3 Анализ способа реорганизации сети с помощью ВОЛС
Обозначив недостатки существующей системы, проведем анализ подходящей технологии для решения поставленной задачи.
Организация сети вне корпусов, предполагает собой подключение к общей системе зданий, находящихся на расстоянии друг от друга от 150 метров. Учитывая необходимость поддержания высоких скоростных показателей передачи данных без существенных потерь, использование технологии основанной на прокладке кабеля «витой пары», возможно лишь при условии значительной потери системы помехоустойчивости, и дополнительных экономических затрат на усилитель сигнала. Необходимо учитывать, что обязательным требованием являться защита информации от несанкционированного доступа в сеть. «Витая пара» сильно уступает другим технологиям защиты, так как ее излучение в радиодиапазоне легко перехватить.
Другим вариант решения поставленных задач является технология ВОЛС. Эта технология обладает такими преимуществами как: большие расстояния между станциями (пунктами ретрансляции); высокая помехозащищенность; отсутствие излучаемых помех; высокая степень защищенности от несанкционированного доступа; гальваническая развязка; взрывобезопасность и пожаробезопасность, что полностью удовлетворяет поставленным задачам в разрабатываемом проекте. Рассмотрим преимущества и недостатки информационной системы на основе ВОЛС более подробно.
?
3.4 Преимущества и недостатки информационной системы на основе ВОЛС
В сравнении с другими средами передачи данных у ВОЛС множество достоинств, например:
? Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой, несущей 1014 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
? Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.
? Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.
? Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В много волоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
? Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно «одеть» во множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.
? Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить «взламываемый» канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных. Рассмотрение волоконно-оптических сенсорных систем выходит за рамки материала данной книги.
? Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических «земельных» петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.
? Взрывобезопасность и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
? Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4 000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.
? Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемопередающих систем.
? Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.
Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков вероятнее всего будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.
К недостаткам можно отнести:
? Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.
? Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.
? Требование специальной защиты волокна.
Стекло, как материал, выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1 ГПа (109 Н/м2). Это означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. На практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например, нитями на основе кевлара (неметаллический материал, выдерживающий большие нагрузки на растяжение). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля.
Таким образом, преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько высоки, в отличие от других технологий, что, несмотря на перечисленные недостатки, данная технология является оптимальным решение поставленных задач.
