Проектирование локальных вычислительных сетей: учебное пособие для курсового проектирования

 
 
 
 
 
 
 
 
Н. С. ВАСЯЕВА    Е. С. ВАСЯЕВА 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ 
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 
 
Учебное пособие 
для курсового проектирования 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Йошкар-Ола 
2019 
 
1 

УДК 004.732 
ББК 32.97 
 В 20 
 
Рецензенты: 
руководитель проектов автоматизации технологических процессов  
АО «Автограф», канд. техн. наук А. В. Смирнов; 
зав. кафедрой радиотехнических и медико-биологических систем ПГТУ, 
д-р техн. наук, проф. А. А. Роженцов 
 
Печатается по решению 
редакционно-издательского совета ПГТУ 
 
 
Васяева, Н. С. 
В 20  
Проектирование локальных вычислительных сетей: учебное 
пособие для курсового проектирования / Н. С. Васяева, Е. С. Васяева. – Йошкар-Ола: ПГТУ, 2019. – 94 с. 
ISBN 978-5-8158-2062-3 
 
Пособие содержит необходимые теоретические сведения по методике 
проектирования локальной вычислительной сети предприятия. Рассмотрены особенности планирования, моделирования и конфигурирования сети 
Ethernet. Определены состав и содержание этапов эскизного и технического 
проектирования ЛВС. Представлены методики проектирования беспроводной сети Wi-Fi; расчета длины кабельных трасс вертикальной и горизонтальной подсистем; оценки надежности сетей методом минимальных путей 
и минимальных сечений и методом статистического моделирования. 
Для студентов направления подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника». 
 
УДК 004.732 
ББК 32.97 
 
ISBN 978-5-8158-2062-3 
© Васяева Н. С., Васяева Е. С., 2019 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2019
2 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие 
.................................................................................................. 
4 
Список основных сокращений и англоязычных терминов ....................... 
6 
Введение ........................................................................................................ 
7 
1. СОСТАВ ПАСПОРТА ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ....................................... 
10 
2. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАСПОРТА  
ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ .................................................................................. 
12 
2.1. Анализ особенностей помещений здания ..................................... 
12 
2.2. Разработка структуры локальной вычислительной  
сети предприятия ................................................................................... 
14 
2.2.1. Правила противопожарной безопасности  
при проектировании СКС .............................................................. 
16 
2.2.2. Особенности размещения беспроводных 
точек доступа .................................................................................. 
21 
2.3. Выбор технических помещений .................................................... 
23 
2.4. Описание таблицы соединений и подключений .......................... 
28 
2.5. Разработка системы заземления в кроссовых 
............................... 
30 
2.6. Обоснование корректной конфигурации сети 
.............................. 
32 
2.7. Расчёт длины кабельных трасс ...................................................... 
36 
2.8. Расчёт надёжности сети 
.................................................................. 
39 
2.8.1. Метод статистического моделирования ............................. 
41 
2.8.2. Метод минимальных путей и минимальных сечений ....... 
43 
2.9. Моделирование проектируемой сети ............................................ 
46 
2.10. Разработка поэтажной план-схемы сети ..................................... 
51 
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ...................... 
56 
Заключение 
.................................................................................................. 
77 
Список литературы  
.................................................................................... 
78 
Приложение 1. Титульный лист паспорта сети ....................................... 
80 
Приложение 2. Лист технического задания ............................................. 
82 
Приложение 3. Схема структурная локальной сети ................................ 
85 
Приложение 4. Таблица соединений и подключений ............................. 
86 
Приложение 5. Спецификация оборудования 
.......................................... 
88 
Приложение 6. Локальная смета проекта 
................................................. 
89 
Приложение 7. Поэтажная план-схема сети............................................. 
90 
Приложение 8. Условно-графические обозначения ................................ 
93 
3 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Настоящее учебное пособие ориентированно на бакалавров 
направления подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная 
техника» по профилю «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и посвящено вопросам проектирования локальных 
вычислительных сетей (ЛВС) на примере сети Ethernet в рамках курсового проектирования по дисциплине «Сети и телекоммуникации». 
Целью выполнения студентами курсового проекта является 
овладение необходимыми теоретическими знаниями и практическими навыками по планированию и моделированию локальной вычислительной сети Ethernet оптимальной конфигурации, составлению 
инженерной документации на структурированную кабельную систему (СКС) с учётом правил устройства электроустановок (ПУЭ) для 
слаботочных кабелей и особенностей эксплуатации сети. 
Тематика учебного пособия охватывает практическую часть дисциплины «Сети и телекоммуникации», связанную с проектированием, моделированием и конфигурированием локальных вычислительных сетей Ethernet. 
Выполнение курсового проекта (КП) способствует: 
 расширению и закреплению теоретических знаний студентов 
по дисциплине «Сети и телекоммуникации»; 
 получению практических навыков проектирования локальных 
вычислительных сетей и формирования пакета инженерной документации разработчика ЛВС, а именно паспорта сети; 
 формированию навыков работы в среде «Cisco Packet Tracer» и 
САПР «Nanocad СКС»; 
 систематизации инженерных знаний студентов, полученных 
при изучении смежных дисциплин. 
Паспорт локальной сети является основным её документом, который включает структурную схему, поэтажную план-схему сети, спецификацию оборудования, калькуляцию работ по монтажу 
4 

сети, необходимые расчёты и руководство по установке и конфигурированию сети. Умение грамотно составлять проектную и эксплуатационную документацию на локальную сеть и её СКС служит критерием оценки квалификации современных специалистов по сетям. 
В данном пособии рассмотрены особенности планирования, моделирования и конфигурирования локальной вычислительной сети 
Ethernet, территориально размещаемой на разных этажах здания. 
Определены состав и детальное содержание этапов эскизного технического проектирования ЛВС. 
Учебное пособие снабжено описанием методик расчётов различных характеристик и параметров ЛВС и большим числом иллюстративных примеров. 
Полученные в ходе выполнения курсового проекта знания, умения и навыки являются основой для формирования общекультурных 
(ОК-7) и общепрофессиональных (ОПК-3) компетенций, выделенных в соответствии с ФГОС ВПО и требованиями к результатам 
освоения основной образовательной программы. 
Данное издание будет полезно на завершающем этапе изучения 
дисциплины «Сети и телекоммуникации» и предназначено для самостоятельной и аудиторной работы студентов при выполнении курсового проекта. 
 
 
5 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ  
И АНГЛОЯЗЫЧНЫХ ТЕРМИНОВ 
 
АТС – автоматическая телефонная станция 
ВПО – высшее профессиональное образование 
ГПЗ – главная пластина заземления 
ГРЩ – главный распределительный щит здания 
ЕСКД – единая система конструкторской документации 
ИР – информационная розетка 
КВМ – кроссовая внешних магистралей 
КЗ – кроссовая здания 
КП – курсовой проект 
КЭ – кроссовая этажа 
ЛВС – локальная вычислительная сеть 
ОК – общекультурная компетенция 
ОПК – общепрофессиональная компетенция 
ПУЭ – правила устройства электроустановок 
ПЭВМ – персональная электронно-вычислительная машина 
САПР – система автоматизированного проектирования 
СКС – структурированная кабельная система 
ФГОС – федеральный государственный стандарт 
ШОСЗ – шина подключения к основной системе заземления 
ЭВМ – электронно-вычислительная машина 
ЭЛТ – электронно-лучевая трубка 
Ethernet – ЛВС со случайным методом доступа 
IANA– организация, контролирующая диапазоны IP-адресов 
IEEE – Институт инженеров электротехники и электроники 
MTBT – среднее время работы устройства между отказами 
NEC – стандарт на кабели, принятый в США и Канаде 
Patch cord – короткий соединительный кабель 
Patch panel – коммутационная панель 
PDV – время двойного оборота сигнала 
PVV – сокращение межкадрового интервала 
VLAN – виртуальная локальная сеть 
Wi-Fi – технология беспроводной локальной сети 
6 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Современные локальные вычислительные сети – это инфокоммуникационные сети масштаба здания или организации [9]. Они могут 
иметь неоднородную структуру и объединять до нескольких тысяч 
ЭВМ и сетевого периферийного оборудования, такого как принтеры, 
сканеры, факсы, терминалы, станки с числовым программным 
управлением и т.д. 
В настоящее время подавляющее большинство локальных сетей 
уровня доступа строятся по технологии Ethernet, которая базируется на сетевом протоколе IEEE 802.3х. Для уровня ядра больших сетей или для построения более крупных сетей широко применяются 
другие технологии, такие как Frame Relay, ATM, NG-SDH. Более 
старые технологии X.25, ISDN и SDH используются значительно 
реже [5].  
В данном пособии рассматриваются вопросы проектирования локальной сети Ethernet масштаба здания, поскольку именно эта технология используется в настоящее время при построении сетей доступа [9]. 
Технология Ethernet достаточно универсальна, благодаря чему 
имеет низкую стоимость развертывания и легкость масштабирования. Вследствие этого на основе данной технологии могут строиться 
не только обычные локальные сети, но и вычислительные кластерные системы. В частности, по технологии Ethernet построена коммутационная сеть таких кластеров, как «Вычислительный комплекс 
Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ)» 
(гибридная сеть 10 GbitEthernet и InfiniBand), суперкомпьютер 
Avalon в Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (LANL) в США.  
Для высокопроизводительных современных кластеров, в которых 
используются несколько типов коммутационных сетей, несущих 
разную функциональную нагрузку, сеть Ethernet применяется для 
управления и мониторинга кластера. Для обмена сообщениями или 
7 

быстрой доставки большого массива данных в этом случае применяются специализированные высокопроизводительные протоколы, 
такие как InfiniBand, PCI Express, Fibre Channel. 
При планировании локальных сетей задача разработчика сводится к построению корректной конфигурации сети и проектированию 
кабельной системы, позволяющей реконфигурировать сеть с минимальными затратами. При этом сеть должна удовлетворять ряду требований, зависящих от решаемых задач и топологических особенностей помещений, где устанавливается сеть. В связи с этим критерии 
оптимальности сети могут быть различными (стоимость, надежность, быстродействие …). Эффективность функционирования сети 
зависит не только от используемых аппаратных средств, но и от 
установленной на рабочих станциях и серверах сетевой операционной системы. 
Последнее время при проектировании или модернизации зданий 
офисного типа большое внимание уделяется построению структурированной кабельной системы.  
Структурированная кабельная система (СКС) [8] включает в 
себя подсистему внутренних и внешних магистралей, горизонтальную подсистему, коммутационное оборудование различного вида 
(коммутаторы, маршрутизаторы и т.п.) и технические помещения, 
необходимые для размещения коммутационного и сетевого оборудования общего пользования (автоматических телефонных станций 
(АТС), серверов и т.д.). Она должна иметь гарантированный срок 
эксплуатации 10 и более лет и обладать свойствами структуризации, 
универсальности и избыточности. 
Для проектирования и особенно эксплуатации сети большую 
роль играет грамотное и детальное документирование СКС и сети в 
целом. Процесс создания СКС является достаточно трудоёмким и 
состоит из семи этапов [8]. 
1. Формирование требований к СКС. 
2. Разработка технического задания. 
8 

3. Эскизный проект. 
4. Технический проект. 
5. Разработка рабочей документации. 
6. Ввод СКС в действие. 
7. Сопровождение системы. 
В данном пособии рассматриваются этапы эскизного и технического проекта сети, поскольку они являются основными при формировании технической документации на СКС.  
Эскизный проект может содержать несколько вариантов системы, их анализ и рекомендации по выбору оптимального варианта 
сети. Обычно эскизный проект предоставляется заказчику до заключения официального договора на проектирование и поэтому иногда 
называется коммерческим или бюджетным предложением. 
На этапе технического проектирования создаётся пояснительная записка к проекту, структурная схема сети, спецификация оборудования и локальный сметный расчёт. Все проектные решения 
должны иметь чёткое обоснование. 
В результате выполнения курсового проекта студент должен составить комплект документов на проектируемую сеть и СКС, называемый паспортом сети. 
Знания и навыки, полученные студентом в процессе выполнения 
курсового проекта, позволят сформировать у него квалификацию, 
достаточную для самостоятельного проектирования сетей. 
На завершающей стадии курсовой проект защищается. Во время 
защиты студент подтверждает полученные в процессе его выполнения профессиональные компетенции и демонстрирует уровень владения изученной технологией проектирования ЛВС.  
 
9 

1. СОСТАВ ПАСПОРТА 
ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ 
 
Паспорт ЛВС формируется в процессе эскизного и технического проектирования и содержит ряд документов (табл. 1), которые 
имеют свой шифр согласно ГОСТ 34201-89 [2]. 
Таблица 1 
Перечень документов паспорта локальной сети 
№ 
п/п 
Наименование документа 
Шифр  
документа 
Содержание 
1 
Техническое задание 
ТЗ* 
Исходные данные, особые условия 
2 
Схема структурная комплекса технических средств 
С1* 
Структура сети 
3 
Пояснительная записка  
к техническому проекту 
П2 
Описание особенностей монтажа 
СКС с учётом ПУЭ, расчёты параметров сети, обоснование всех 
технических решений 
4 
Спецификация оборудования 
В4 
Перечень оборудования с указанием маркировки и количества 
5 
Локальная смета 
Б3 
Смета с указанием расходов на 
оборудование и монтаж сети 
6 
Таблица соединений и подключений 
С6 
Идентификация элементов СКС на 
плане 
7 
План расположения оборудования и проводок 
С7 
Поэтажная план-схема сети 
8 
Паспорт 
ПС* 
Сброшюрованный комплект документов на ЛВС и СКС 
Примечание: * обозначение документа соответствует требованиям ЕСКД [8]. 
 
Часть документов паспорта описывает СКС для здания, в котором будет находиться проектируемая сеть, а часть – саму локальную 
сеть, включая особенности, вносимые категориями пользователей, 
моделирование сети, расчёты её основных параметров. В таблице 
приведены только те документы, которые необходимы в КП. 
Пояснительная записка к курсовому проекту представляет собой 
паспорт сети и должна состоять из следующих разделов: 
1) титульный лист с шифром документа ПС (прил. 1); 
2) лист технического задания с шифром ТЗ (прил. 2); 
10