Инфраструктура территориально-распределительной корпоративной сети

Инфраструктура территориально-распределительной корпоративной сети

1. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все современные крупные компании (со штатом сотрудников от 100 человек) проводят четкую политику развития IT структуры компании. Основной частью этой структуры является разработка и внедрение корпоративной сети. Обычным явлением для крупной корпоративной сети является наличие централизованного администрирования всех филиалов, а также построение распределенной сети, позволяющей связывать между собой как различные филиалы, так и отдельных работников. Так же для таких организаций свойственно формирование отдельных групп пользователей, имеющих уникальные способы доступа (через беспроводные сети, через выделенные каналы и т.п.).

Настоящая курсовая работа предназначена для создания проекта корпоративной сети крупной компании CorpKAM.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1 Исходные данные

2.1.1 Структура компании

Рис.1 Структура подразделений корпорации CorpKAM

Корпорация имеет главный офис (здание А) и два филиала:

-  производство продукции Manufacture (M) – здание B;

-  отдел исследований и новейших разработок Research (R) – здание C;

Структура здания А:

1 этаж. Подразделения корпорации:

-  отдел кадров и подготовки специалистов Human Resource (HR);

-  отдел маркетинга Sales (S);

-  служба информационных технологий и технической поддержки Information Technologies (IT).

2 этаж. Подразделения:

-  руководство корпорацией Executive (E);

-  бухгалтерия Accounting (Acc);

-  отдел экономики и планирования Business (Bus).

На 3, 4, и 5 этажах расположено проектное отделение, при этом:

3 этаж. Проектный отдел Project 1 (P1);

4 этаж. Проектный отдел Project 2 (P2);

5 этаж. Проектный отдел Project 3 (P3).

Для 2-х групп сотрудников отдела маркетинга необходимо организовать защищенную беспроводную сеть с выходом в интернет.

Структура здания B:

В - одноэтажное здание, где производятся изделия двух типов, одно из них на площадях М1, другое - на площадях М2. Кроме того, имеется автоматизированный склад готовой продукции Production (P). Филиал Manufacture (M) (здание В) расположен в другом городе, удаленном на значительное расстояние, и соединен с главным офисом каналом Т1.

Структура здания С:

Здание С связывается с главным офисом через Internet маршрутизаторами с функцией “дозвон по требованию”, используя подключение ADSL.В двухэтажном здании С филиала отдел Research занимает два этажа, при этом на 1 этаже расположена рабочая группа Research 1 (R1), на 2 этаже группа Research 2 (R2).

Также имеется небольшой штат сотрудников корпорации в Европе, которые соединяются с главным офисом по каналам ISDN. Несколько сотрудников работают в своих домашних офисах SOHO, подключающихся к главному офису по коммутируемым каналам связи PSTN Dial-up 56 Кб/с.

2.1.2 СОСТАВ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ТРЕБОВАНИЙ

Для определения исходных данных определяем, что номер варианта N=5.

В качестве исходных данных берется достаточность полосы пропускания каналов передачи данных (Т1, ISDN, ASDL) для обеспечения сетевого трафика с удовлетворительным клиентским откликом.

Критерием расположения серверов является минимизация служебного трафика.

Основные технологии - Ethernet по стандарту 100/1000BASE-T (на витой паре cat5 и выше) и FDDI.

Каждое подразделение корпорации имеет свой конфиденциальный сервер приложений, доступ к которому могут иметь только сотрудники соответствующего подразделения.

Для внешних IP_интернет адресов используется диапазон адресов (Public_IP) 131.107.х.0/24, где х=50*G+N G={1, 2, 3} – номер группы, N- номер варианта. Таким образом, имеем x=50*1+5=55 и диапазон 131.107.55.0/24.

Для диапазона внутренних адресов (Private_IP) используется зарезервированный ICANN диапазон адресов 10.55.0.0/16

Величины K = 5, L = 1, N = 5, G = 1.

Таблица 1 Поэтажное расположение рабочих групп и количество рабочих станций трёх проектных отделов в здании А

В таблице 3 приведены данные по количеству рабочих групп и рабочих станций в одноэтажном здании филиала В Manufacture.

Таблица 2 Количество рабочих групп и рабочих станций в одноэтажном здании филиала В Manufacture

Таблица 4 Поэтажное число групп и рабочих станций в здании С филиала Research

Таблица 5 Данные общекорпоративных служб

Детально проработать реализацию служб и протоколов VPN-L2TP/IPSec, используя для построения сети оборудование фирмы 3Com.

Требования

При выполнении работы выполните также следующие требования:

-  в качестве службы каталогов корпоративной сети использовать Active Directory;

-  предоставить доступ к размещенному в головном офисе Web и FTP серверам корпорации CorpKAM как пользователям Интернета, так и пользователям внутренней корпоративной сети (intranet) в любое время в любой день недели;

-  изолировать корпоративную сеть от Интернета, кроме Web и FTP-сервера;

-  изолировать внутреннее пространство имен;

-  защитить все данные, пересылаемые между головным офисом и филиалом Research;

-  каждое подразделение должно иметь свой конфиденциальный сервер приложений;

-  обеспечить защиту конфиденциальных данных при пересылке в подразделениях корпоративной сети с использованием IPSec;

-  обеспечить защиту конфиденциальных данных при пересылке через Интернет с использованием VPN;

-  обеспечить защищенные подключения к корпоративной сети удаленных пользователей по телефонным линиям (ASDL/ISDN);

-  обеспечить защиту беспроводных сетей WLAN;

-  обеспечить проведение аудио и видеоконференций (*);

-  обеспечить надежную работу соединений путем введения дополнительных, резервных маршрутных подключений (*);

-  предусмотреть меры по снижению сетевого трафика, вызываемого потоковыми аудио и видеоконференциями (*);

-  выполнить оценку стоимости оборудования и сопутствующего ПО.

* - необязательное (но желательное) для выполнения.

3. ФИЗИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ

В физическое проектирование сети включается подбор оборудования, проектирование расположения оборудования на этажах, а также выбор ПО, которое будет использовано при построении сети.

3.1 Геометрические характеристики зданий

Для правильной оценки количества устанавливаемого оборудования и монтируемых линий необходимо иметь представление о геометрических параметрах здания, в котором осуществляется монтаж. Так как ТЗ не содержит данных для этого, примем, что:

- здания имеют форму параллельного параллелепипеда;

- если не оговорено иное, то каждое подразделение располагается на своем этаже;

- расчет выполняется из наихудших условий труда – что бы рабочее место каждого сотрудника удовлетворяло минимальным санитарным нормам (4 м/человека);

- ввиду того, что размер одной РГ меняется по заданию от 7 до 22 РС в РГ, то будем считать, что площадь РГ с запасом в 50% на расширение сети равна 1,5*22*4=132 м. Учитывая возможности по расширению, а также то, что человеку реально нужно дял организации рабочего места больше 4 м, будем считать, что в РГ 30 РС.

- распределение оборудования по этажу выполняется так, что бы обеспечить подключение РГ в любой точке этажа.

Для геометрических расчетов применим следующую методику расчета, основанную на геометрической оптимизации.

3.1.1 Модель рабочей группы (РГ)

Под РГ понимается комната здания (или несколько смежных комнат здания), в которой расположены РС. Так как порядок расположения РС неизвестен, то считаем, что они равномерно распределены по комнате (смежным комнатам). Для простоты расчетов считаем, что РГ имеет прямоугольную форму. Как будет показано ниже, можно при решении задачи о средней длине ЛС внутри РГ можно перейти от прямоугольной формы РГ к квадратной без потери общности. Так же не известно расположение РГ друг относительно друга, поэтому считаем, что на каждую РГ выделяется один коммутатор (или коммутационный узел из нескольких коммутаторов).

В силу того, что по заданию РГ размещены на существенном расстоянии друг от друга, необходимо предусмотреть возможность их объединения коммутаторами горизонтального подуровня ГП. Введем в рассмотрение модель такого подключения.

Допустим, что от коммутатора РГ к коммутатору ГП идет одна или несколько ЛС, объединенных в один канал связи КС. Необходимо установить, как именно геометрически расположить коммутаторы и линии связи, что бы общая стоимость такого подключения была минимальной. Для простоты модели, а так же исходя из реальных конструкций зданий, считаем, что ЛС можно прокладывать только под прямым углом (рисунок 1).

Рисунок 1. Модель №1 подключения РГ к ГП

На рисунках 1 и 2 X и Y – расстояние между коммутаторами ГП и РГ по длине и ширине здания соответственно, N*M – габариты РГ, W и L – габариты прямоугольной области, противоположными точками которых являются коммутатор ГП и наиболее удаленная от него РС РГ. Габариты W и L описывают так называемую зону охвата коммутатора ГП и будут использованы в п. 3.1.2 при построении математической модели ГП.

При таком расположении коммутатора РГ в РГ имеем среднюю длину ЛС между РС и коммутатором как:

          (1)

Считается, что длина ЛС изменяется от 0 (РС расположена около коммутатора) до (N+M) – (РС расположена в противоположном углу от коммутатора РГ).

Рассмотрим другое расположение коммутатора РГ (рисунок 2). Коммутатор РГ расположен в центре РГ. Это увеличивает расстояние до коммутатора ГП на (N+M)/2, а средняя длина ЛС внутри РГ равна:

          (2)

Получается, что расположение коммутатора не влияет на среднюю длину ЛС внутри РГ, но влияет на длину ЛС между коммутаторами РГ и ГП, увеличивая ее с (N+M) метров до 1.5*(N+M) метров.

Рисунок 2. Модель №2 подключения РГ к ГП.

Для снижения стоимости РГ и стоимости ее подключения к ГП необходимо

 и

Так как мы не можем повлиять на габариты РГ, то мы можем только минимизировать длину ЛС между коммутаторами РГ и ГП, поэтому для дальнейшей работы выбираем модель РГ №1.

Из формул (1) и (2) видно, что

зависит не от конкретных значений габаритов РГ, а от периметра РГ, поэтому можно заменить при расчете средней длины ЛС в РГ N+M на 2Z, то есть представить РГ в виде квадрата со стороной Z.

В допущениях приведены оценки габаритов РГ. Если взять в первом приближении, что РГ имеет квадратную форму, то сторона квадрата Z будет составлять примерно 11-12 метров. Реально получается, что Z не менее 15-17 м (увеличение номинальных габаритов РГ на 25-30 % позволяет учесть особенности индивидуальной проводки внутри каждой РГ, в том числе проводку в коробах, под потолком, петли в коробах и т. д.).

Установим зависимости между величинами X, Y и Z для того, что бы в дальнейшем оценивать суммарную длину ЛС, используемых при подключении РГ к коммутатору ГП.

Исходя из того, что сеть должна иметь минимальную стоимость, то выбираем в качестве ЛС коммутатора ГП и РГ UTP cat5. Это накладывает ограничения на величины X+Y<=90м. Формально для UTP cat5 максимальная длина составляет 100м, однако IEEE рекомендует брать эту величину не более 90 м для гарантированно устойчивой работы. Исходя из соображений экономии (КС коммутатора ГП и РГ будет содержать гораздо меньше кабелей, чем КС РС внутри РГ) неравенство преобразуем в равенство X+Y=90. Таким образом, имеем, что

                             (3)

Полученные зависимости (3) позволяют оценить, можно ли вообще подключить РГ к ГП, и если да, то определить, какая будет суммарная длина ЛС. Оценим длину ЛС, необходимых для образования РГ и ее подключения к коммутатору ГП

(4)

Выводы

1) Средняя длина ЛС внутри РГ не зависит от габаритов РГ, а зависит только от периметра РГ (1). Поэтому можно взять в качестве математической модели РГ квадрат со стороной Z=(N+M)/2. Если Z<15, то для расчета необходимо взять Z=15.

2) Оценка совокупной длины ЛС, необходимой для образования РГ и подключения ее к коммутатору ГП, производится по формуле (4).

3.1.2 Модель горизонтального подуровня (ГП)

Для ГП этажа характерно, что имеется небольшое количество межэтажных переходов (1-2 на здание), к которым необходимо подвести коммуникации со всего этажа. Так как в задании не уточнено, каким именно межэтажными переходами обладает здание и как они расположены, то считаем, что переход делают при монтаже сети. Так как это достаточно долгая и дорогостоящая процедура, то считаем, что межэтажный переход у нас один и находится примерно в центре этажа.

Как было определено в предположениях, сеть ГП должна обеспечить подключение РГ в любой точке этажа. При такой неопределенной ситуации относительно расположения РГ единственно верное решение – обеспечить на уровне проекта возможность подключения РГ к ГП в любой точке.

Для того, что бы обеспечить такую возможность, необходимо, что бы в зону охвата коммутаторов ГП попали все РС этажа любой подгруппы. Коммутаторы ГП предлагается объединять конструктивно общей шиной, то есть когда у каждого коммутатора, кроме оконечных, один порт используется для подключения других коммутаторов, расположенных «левее», а другой – для подключения коммутаторов, расположенных «правее». С точки зрения эксплуатации это одна высокоскоростная шина, на которой организованы точки доступа – коммутаторы ГП. Такая схема показала свою эффективность на практике, и поэтому при разработке модели ГП будем придерживаться ее.

Рассмотрим модель ГП, которая позволит нам оценить, сколько коммутаторов необходимо использовать в ГП, что бы стоимость ГП была минимальной (с учетом того, что в ГП входит все РГ). На рисунке 3 схематично изображена зона охвата одним коммутатором ГП.

Рисунок 3. Модель зоны охвата коммутатора ГП

Обозначения величин соответствует обозначениям на рисунках 1 и 2. Зоной охвата коммутатора ГП считаем прямоугольник 2W*2L. Теперь рассмотрим, какие данные можно получить на основании такой модели.

1) Можно получить размеры зоны охвата коммутатора ГП, если знать габариты РГ и длину ЛС между коммутаторами ГП и РГ. Если считать, что Z=(N+M)/2, для образования ЛС между коммутаторами используется кабель UTP cat5 (п. 3.1.1), а решение будет эффективно при  (п. 3.1.1). Если при этом учесть, что минимальное значение Z=15 (п. 3.1), то получим, что

                                     (5)

Формула (5) устанавливает, что W+L=120, то есть экономическая эффективность вводит ограничение на периметр зоны охвата. Это позволяет при одном известном габарите вычислить другой. В частности, если использовать UTP cat5, то максимальное значение величины W составляет 105 метров (120-105=15 метров сторона квадрата РГ). Эта величина превышает технологический предел использования кабелей UTP cat5 в 90 метров. Таким образом, мы можем использовать любое значение величины W, допустимое технологией передачи данных.

Получаем, что нам необходимо минимизировать периметр РГ при сохранении ее площади. Из геометрии известно, что прямоугольник с минимальным периметром и заданной площадью – это квадрат. Таки образом, берем, что РГ – квадрат со стороной 15 м. Для здания А максимальное число РГ на этаж составляет 20, для здания B – 25, для здания С – 9. Определим, какой минимальной площади должны быть этажи зданий, чтобы выполнялись требования санитарных норм (п. 3.1). Получаем, что площадь здания A равна 20*225=4500 м2, здания В 25*225=5625 м2, здания С – 9*225=2025 м2.

2) На основании модели можно рассчитать, сколько коммутаторов ГП необходимо для покрытия прямоугольного помещения произвольных габаритов. Основная задача в этом случае – минимизировать количество коммутаторов ГП с соблюдением требования по периметру зоны охвата и расстояния между соседними коммутаторами РГ. Последнее требование связано с тем, что эти коммутаторы потребуется соединять между собой для построения магистрали ГП. Слишком большие расстояния потребуют применять дорогие ВОЛС и соответствующее оборудование. Поэтому задача минимизации стоимости ГП может рассматриваться только с учетом совокупной стоимости ЛС, оборудования и проведения работ по монтажу.

3.1.3 Принятые габариты зданий

Рассмотрим нашу задачу для каждого здания. Как было показано выше, зона охвата описывается выражением (5), при условии, что W,L<=90 и W+L<=120. Площадь зоны охвата равна 4WL. Необходимо этими зонами охвата покрыть весь этаж здания, площадь которого для каждого здания определена выше.

Для здания А: имеем S=4500 м2, для простоты будем считать, что здание имеет форму прямоугольника 50*90м. Тогда получаем, что W=90/2=45 и L=50/2=25. Условие W+L=70<=120 выполняется и из этого следует, что при заданных габаритах здания достаточно иметь один коммутатор ГП, к которому будут подключаться РГ.

Если взять другие габариты здания, то результат может быть другим. Например, если габариты здания 20*180, то W=20/2=10, L=180/2=90. Условие W+L=100<=120 так же выполняется, что позволяет нам использовать так же один коммутатор ГП.

Для здания B: имеем S==5625 м2, для простоты будем считать, что здание имеет форму прямоугольника 45*125м. Тогда получаем, что W=125/2=62,5 и L=45/2=22,5. Условие W+L=85<=120 выполняется и из этого следует, что при заданных габаритах здания достаточно иметь один коммутатор ГП, к которому будут подключаться РГ.

Если взять другие габариты здания, то результат может быть другим. Например, если габариты здания 90*62,5, то W=90/2=45, L=62,5/2=31,25. Условие W+L=96,25<=120 так же выполняется, что позволяет нам использовать так же один коммутатор ГП.

Для здания С: имеем S=2025 м2. Очевидно, что для покрытия такой площади хватит одного коммутатора ГП.

На основании проведенных выкладок можно сделать вывод о том, что ГП всех зданий будет состоять из ЛС UTPcat5 и использовать один коммутатор ГП и по одному коммутатору РГ на РГ. Соответственно, без информации о положении РГ на этаже невозможно выполнить чертежи расположения коммутационного оборудования РГ, а можно выполнить только чертеж расположения коммутационного оборудования ГП и ВП.

Согласно расчетам, проведенным в пп. 3.1.1-3.1.2, для дальнейших расчетов примем:

- габариты здания А 50*90 м2, число этажей 5;

- габариты здания В 45*125 м2, число этажей 3;

- габариты здания С 27*75м2, число этажей 2.

3.2 Установка требований к сети и подбор оборудования

3.2.1 Требования к оборудованию и ЛС по пропускной способности и надежности

По заданию базовой технологией для построения сети является технология Ethernet 100/1000Base TX и технология FDDI. Так как FDDI нуждается в специфичном оборудовании, а средой передачи является ВОЛС, то рассматривать ее имеет смысл только тогда, когда предъявляются высокие требования по отказоустойчивости, а требования к пропускной способности не очень высокие.

Для современных РС на рынке наиболее распространены сетевые карты Ethernet 100Base TX. Пропускной способности этой технологии вполне хватает, что бы покрыть требования практически всех пользователей.

В дальнейшем будем считать, что на одну РГ требуется один коммутатор РГ, который обеспечивает подключение всех РС, входящих в РГ по заданию + желательно иметь 50% запаса по количеству портов на развитие сети, по технологии Ethernet 100Base-TX, подключение к коммутатору ГП по технологии Ethernet 1000Base-TX. Требования к надежности канала между коммутаторами РГ и ГП достаточно низкие, резервирования обычно не требуется. В случае, если это обусловлено характером работ группы в сети (например, бухгалтерия или руководство организации), можно предусмотреть «холодное» резервирование, протянув еще одну ЛС UTP cat5, и в случае отказа основной ЛС в короткие сроки (до 10-15 минут) вручную восстановить работоспособность сегмента сети.

Выше показано, что на ГП требуется разворачивать только один коммутационный узел. Число РС по заданию, подключаемых к коммутационному узлу ГП, сильно колеблется в зависимости от условий применений от 120 до 550 (с учетом масштабирования на 50%). Поэтому в зависимости от конкретных условий необходимо применять либо простые коммутаторы, либо коммутаторы 3-го уровня, обеспечивающих блокирование ШВТ. Скорость коммутации должна составлять 1000 Мбит/с, так как через коммутатор ГП будет вестись работа с серверами приложений подразделений, служебными серверами, а так же связь с другими объектами структуры сети. Требования к надежности самого коммутатора и ЛС, образующей идущей от ГП к ВП, предъявляются высокие, так как в случае отказа ЛС или коммутатора от сети отделяется большое количество пользователей. Поэтому целесообразно подготовить либо «горячую» замену вышедшей из строя ЛС, либо применить агрегирование канала, повысив пропускную способность сегмента (по технологии PortTrunking или другой аналогичной). В обоих случаях требуется, что бы коммутаторы поддерживали указанные режимы работы.

Все серверы здания, находящиеся в серверной комнате, объединяются в одну РГ с подключением к коммутатору ГП на скорости 1000 Мбит/с. Так как это ответственные РС, то для них организуется «холодное» резервирование ЛС с коммутатором РГ.

Вертикальная подсистема стягивается в точку. Она представлена коммутатором 3-го уровня, к которому подключается коммутаторы ГП, а так же коммутатор с серверной РГ. Все подключения выполняются на скорости 1000 Мбит/с с «горячим» резервированием или агрегированием ЛС.

Для организации беспроводного доступа требуются точки доступа WiFi.

3.2.2 Выбор конкретного оборудования и комплектующих сети согласно требованиям

В качестве источника данных о стоимости сетевого оборудования фирмы 3Com, а так же о доступности на российском рынке возьмем данные Internet – магазинов www.levovosd.ru и www.apitcom.ru. Здесь будет рассмотрено только оборудование, характеристики которого влияют на качество сети. Расходные материалы и технически простые изделия (кабели, разъемы, пачкорды, пачпанели, шкафы и т.п.) не рассматриваются, так как их расход (количество) сильно зависит от конкретной геометрии зданий или отдельных комнат. Так же здесь не будет рассматриваться специфичное оборудование (маршрутизаторы ADSL,T1,Dial-Up и пр.), так как требования к ним будут сформированы ниже при описании соответствующих разделов.

В качестве коммутатора РГ возьмем 3COM Switch 4210 26-Port. Он имеет 24 порта Ethernet на 100 Мбит/с и 2 порта на 1000 Мбит/с. Коммутатор является управляемым (через консоль и Web-интерфес), поддерживает QoS. Наличие 2-х портов позволяет при росте рабочей группы подключить такой же коммутатор на скорости 1000 Мбит/с, используя один порт для подключения к коммутатору ГП, а другой для дополнительного коммутатора. Так же поддерживается PortTrunking, что позволит при необходимости использовать оба порта для подключения к коммутатору ГП. Имеется поддержка VLAN.

В качестве коммутатора ГП возьмем Baseline Switch 2916-SFP Plus. Он является коммутатором 2-го уровня, но поддерживает до 256 VLAN с группировкой портов, Port Trunking до 8-ми транков и до 8 портов в транке. Данный коммутатор применяется в тех случаях, когда число РГ на этаже не превышает 14. В случае, когда необходимо подключить большее число РГ, можно поставить дополнительный коммутатор.

В качестве коммутатора ВП, выполняющего роль ядра сети, возьмем модуль 3Com Switch 8800 48-Port 10/100/1000BASE-T IPv6. Это устройство обеспечивает коммутацию 3-го, поддержку VLAN, стекируемость и внешнее управление. Для маршрутизации доступны протоколы RIP, OSPF, IGMP, PIM(SM,DM), VRRP, BGP4, IS-IS. Устройство является стекируемым.

В качестве типового сервера (подходящего для решения большинства задач) возьмем 2U HP ProLiant DL380 G5. У него достаточно гибкий набор изменяемых параметров, возможность монтирования в стойку и дублирующий блок питания горячей замены.

В качестве ИБП берем APC SUA3000RMI2U. Он обладает достаточной мощностью в 3000ВА для обеспечения аварийной остановки серверов. Имеет возможность монтажа в стойку. Число ИБП определяется в каждом конкретном случае, исходя из анализа того, сколько нужно времени, чтобы выполнить безопасную остановку серверов или подготовить источники резервного питания к работе. Однако бесперебойное питание необходимо обеспечить для всех серверов всех зданий.

В качестве рабочей станции можно использовать любое оборудование на базе IBM PC, комплектация которого зависит от характера решаемых задач. Ориентировочная стоимость 1000-1500$.

3.3 Выбор пользовательского ПО

Все ПО можно разделить на 2 большие группы: служебное ПО, предназначенное для обеспечения работоспособности сети, и прикладное ПО пользователей.

При выборе ПО следует учитывать возможность применения не только коммерческого ПО, но и свободного, распространяемого по GNU-лицензии или подобным им. Бесплатная поддержка такого ПО практически не проигрывает корпоративной, при необходимости практически всегда можно заключить договор на поддержку с третьей стороной. Особенно на это следует обратить внимание при выборе ПО для конечных пользователей, так как именно в этом случае наиболее велики отчисления за лицензирование и поддержку.

Страницы: 1, 2