Проектирование компьютерных сетей

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИИ ТАГАНРОГСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра вычислительной техники

_____________________________________________________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по курсу: ВлПроектирование компьютерных сетейВ»

Тема проекта: ВлПроектирование распределенной информационно-вычислительной сети для заданной зоны проектированияВ»

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

проверил:                                доцент Поленов М.Ю.

Таганрог

2001

Содержание

1. ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
1. Основные теоретические положения и общая методика проектирования РИВС
2. Метод коммутации пакетов тАУ вариант виртуального канала
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС
1. Анализ технического задания на проектирование РИВС. Проектирование региональных вертикальных сетей
2. Проектирование межрегиональной горизонтальной сети
3. Карта РИВС
4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ, ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РИВС
5. ВЫВОД
6. ПРИЛОЖЕНИЕ 1

1. ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. ОБЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Целью данного курсового проекта является приобретение  практических навыков в проектировании компьютерных сетей различного масштаба и определении их основных параметров.

Фамилия:             Golovko            Группа: ВЗ-63

Произвести синтез СПД с вертикальными связями для 11 регионов:

Общее количество городов: 168

Регион N 1 содержит 19 городов	Регион N 2 содержит 18 городов
Название города	долгота	широта	трафик	Название города	долгота	широта	трафик
Тума	40.63	55.22	44	Иркутск	104.22	52.22	635
Казанская	40.23	55.17	38	Инаригда	108.15	63.47	28
Гусь-Железный	41.18	55.08	27	Ербогачен	108.15	61.53	24
Касимов	41.83	54.90	35	Аян	106.05	59.58	10
Голованово	40.47	54.95	18	Перевоз	116.58	59.03	19
Касимов	41.52	54.95	204	Витим	112.10	59.58	37
Елатьма	41.83	55.03	31	Кропоткин	115.27	58.62	38
Мурмино	42.40	54.82	33	Бодайбо	114.22	57.92	118
Кадом	41.18	54.77	26	Мама	112.90	58.33	12
Пителино	42.63	54.60	21	Магистральный	107.32	56.12	14
Ижевское	41.92	54.60	17	Осиновка	101.95	56.25	84
Сасово	40.95	54.60	57	Бирюсинск	97.80	55.83	79
Шилово	42.00	54.38	83	Алзамай	98.78	55.28	76
Чучково	40.95	54.33	19	Жигалово	105.12	54.72	23
Солотча	41.60	54.25	37	Алыкджер	98.30	53.62	38
Рыбное	39.83	54.87	82	Зима	101.78	53.88	314
Рязань	39.52	54.77	503	Залари	102.22	53.47	71
Спаск-Рязанский	39.75	54.68	38	Усолье-Сибирское	103.55	52.78	509
Михайлов	40.40	54.47	93
Регион N 3 содержит 17 городов.	Регион N 4 содержит 8 городов
Брянск	34.03	53.28	868	Туманово	34.63	55.42	25
Дубровка	33.43	53.70	20	Верхнеднепровски	33.35	54.97	105
Старь	34.27	53.67	12	Дорогобуж	33.27	54.88	21
Жуковка	33.67	53.57	73	Угра	34.32	54.75	26
Фокино	34.35	53.47	103	Смоленск	32.00	54.78	651
Клетня	33.13	53.40	146	Хиславичи	32.07	54.17	40
Белые Берега	34.57	53.22	143	Екимовичи	33.27	54.78	49
Карачев	34.87	53.13	91	Рославль	32.78	53.82	160
Уноча	32.60	52.87	114
Клинцы	32.15	52.75	261	Регион N 5 содержит 7 городов.
Новозыбков	31.85	52.55	236	Иванофранковск	24.57	48.90	370
Климово	32.08	52.37	123	Калуш	24.23	49.07	281
Стародуб	32.68	52.58	126	Долина	23.92	48.97	103
Трубчевск	33.67	52.63	50	Перегинское	24.08	48.85	83
Навля	34.43	52.87	78	Надворное	24.48	48.63	140
Локоть	34.53	52.57	93	Коломыя	24.97	48.58	157
Севск	34.47	52.13	43	Яремчя	24.48	48.53	15

Регион N 6 содержит 16 городов	Регион N 7 содержит 10 городов.
Название города	долгота	широта	трафик	Название города	долгота	широта	трафик
Днепропетровск	34.97	48.48	856	Луцк	25.22	50.72	756
Павлоград	35.83	48.53	764	КаменьКаширский	24.87	51.63	26
Синельниково	35.52	48.32	223	Ратно	24.43	51.67	32
Васильковка	36.08	48.22	143	Любомль	24.00	51.25	45
Покровское	36.17	47.90	29	Маневичи	25.38	51.25	23
Магдалиновка	34.88	48.87	39	Ковель	24.62	51.20	166
Новомосковск	35.20	48.65	328	Владимир-Волынский	24.27	50.87	58
Пятихатки	33.68	48.38	87	Нововолынск	24.17	50.77	179
Желтые Воды	33.52	48.32	166	Рожище	25.57	50.93	126
Софиевка	33.83	48.05	41	Киверцы	25.38	50.83	63
Кривой Рог	33.37	47.90	787
Орджоникидзе	34.08	47.62	316	Регион N 9 содержит 21 город
Марганец	34.63	47.57	253	Название города	долгота	широта	трафик
Никополь	34.40	47.52	480	Тугур	136.80	53.75	24
Апостолово	33.77	47.62	116	Маго	139.87	52.85	19
Николаевка	33.20	47.57	37	НиколаевскАмуре	140.55	53.22	336
				Оглонги	138.62	53.03	12
Регион N 8 содержит 15 городов	Бурукан	135.83	53.13	40
Название города	долгота	широта	трафик	Гуга	137.08	52.77	22
Запорожье	35.20	47.78	878	Богородское	140.28	52.50	26
Вольнянск	35.43	47.90	132	Софийск	134.17	52.23	30
Орехов	35.77	47.52	120	Лазарев	141.12	52.15	30
Гуляйполе	36.32	47.63	79	Усть-Умальта	133.47	51.70	32
Пологи	36.32	47.42	99	Березовый	135.42	51.70	17
Куйбышево	36.72	47.30	20	Мариинское	140.13	51.70	38
Каменка-Днепровская	34.48	47.42	123	Циммермановка	139.17	51.33	34
Черниговка	36.23	47.17	71	Чегдомын	133.05	51.17	66
Михайловка	35.20	47.20	128	Согда	132.22	50.35	18
Токмак	35.68	47.20	197	Тырма	132.22	50.00	37
Мелитополь	35.37	46.83	556	Новоильиновка	138.47	51.07	43
Бердянск	36.88	46.83	689	Комсомольск-на-Амур	136.95	50.63	764
Приморск	36.48	46.77	115	Амурск	136.80	50.27	102
Приазовское	35.77	46.77	45	Талакан	133.20	49.55	17
Акимовка	35.20	46.72	104	Облучье	130.97	48.93	144
Регион N 10 содержит 18 городов	Регион N 11 содержит 19 городов
Название города	долгота	широта	трафик	Название города	долгота	широта	трафик
Болхов	35.92	53.42	21	Вологда	39.82	59.23	582
Мценск	36.43	53.23	348	Красавино	46.48	60.90	124
Хотынец	35.27	53.10	24	Великий Устюг	46.30	60.72	166
Маслово	35.77	53.07	17	Вытерга	36.48	60.90	122
Новосило	36.93	52.93	15	Верховажье	36.12	60.72	13
Корышкино	35.55	52.93	10	Никонова Гора	36.12	60.27	13
Орел	36.07	52.88	557	Липин Бор	37.97	60.27	16
Зелегощь	36.88	52.83	37	Белозерск	37.78	60.00	142
Хомутово	37.37	52.78	46	Харовск	40.18	59.92	90
Верховье	36.78	52.75	29	Шуйское	40.92	59.28	30
Кромы	35.70	52.67	20	Тотьма	42.77	60.00	25
Дмитровск-Орловский	35.05	52.43	15	Никольск	45.73	59.55	29
Змиевка	36.28	52.62	40	Кирилов	38.33	59.82	26
Глазуновка	36.22	52.43	29	Бабаево	35.73	59.37	81
Малоархнгельск	36.43	52.40	27	Череповец	37.78	59.18	694
Ливны	37.60	52.40	221	Сокол	40.18	59.55	327
Колпны	37.02	52.17	48	Грязовец	40.37	58.92	110
Долгое	37.45	52.03	38	Вожега	40.18	60.45	38
				Рослятино	44.43	59.73	39

Синтезировать СПД c горизонтальными связями для городов,

полученных в результате выполнения предыдущих этапов.

Топология проектируемой сети: ОПТИМАЛЬНАЯ

Критерий синтеза СПД для минимизации: общая стоимость сети

Зависимость стоимости каналов от длины и пропускной способности

Пропускная                             Cпособност (бод)	Длина(км)
100	600	1200	3000	4000	5000	6000	7000	8000
300	31.54	94.61	157.68	189.22	220.75	252.29	283.82	315.36	357.70	368.83	368.83
600	39.42	118.26	197.10	236.52	275.94	315.36	354.78	394.20	447.12	461.04	461.04
900	49.93	149.80	249.66	299.59	349.52	399.46	449.39	499.32	566.35	583.98	583.98
1200	68.33	204.98	341.64	409.97	478.30	546.62	614.95	683.28	775.01	799.14	799.14
2400	89.35	268.06	446.76	536.11	625.46	714.82	804.17	893.52	1013.47	1045.02	1045.02
4800	118.26	354.78	591.30	709.56	827.82	946.08	1064.34	1182.60	1341.36	1383.12	1383.12
9600	152.42	457.27	762.12	914.54	1066.97	1219.39	1371.82	1524.24	1728.86	1782.69	1782.69
12000	183.96	551.88	919.80	1103.76	1287.72	1471.68	1655.64	1839.60	2086.56	2151.52	2151.52
24000	226.01	678.02	1130.04	1356.05	1582.06	1808.06	2034.07	2260.08	2563.49	2643.30	2643.30

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

2.1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС

Для проектирования РИВС вначале необходимо произвести ее топологический синтез, а именно: определить число узлов сети и способы их связи между собой и источниками информации, параметры и места размещения каналов связи, концентраторов данных и т.п. Синтез топологической структуры крупномасштабных РИВС сопряжен с рядом проблем, связанных с ограниченными возможностями используемой вычислительной техники, большими размерностями характеристик потоков информации, координат оконечных пунктов сети, многоэкстремальностью решаемой задачи, несовершенностью используемых методов оптимизации. Перечисленные проблемы вызывают необходимость использования декомпозиционного подхода, позволяющего свести решение сложной задачи к ряду более простых. В практике проектирования общая задача синтеза топологической структуры сети разбивается на ряд подзадач. Решение этих задач, в совокупности составляющих общую задачу синтеза осуществляется с помощью эвристических методов.

Для организации целенаправленного топологического синтеза РИВС используется 3х уровневая архитектура и 3 уровня проектирования:

• ВлвертикальныйВ», на котором проектируется региональные вертикальные СПД;
• Влвертикально-горизонтальныйВ», на котором проектируются вертикально-горизонтальные СПД;
• ВлгоризонтальныйВ», на котором проектируется горизонтальная СПД.

В соответствии с используемыми уровнями выделяют следующие этапы проектирования.

1й этап. Все исходное множество городов-узлов, подлежащих объединению в единую РИВС подвергаются процедуре регионально-территориальной декомпозиции, в результате которой определяется совокупность регионов, входящих в проектируемую сеть. Процесс декомпозиции осуществляется на основе анализа матрицы расстояний и трафиков. Результатом данного этапа является совокупность регионов и множества городов, входящих в каждый регион.

2й этап. Производится определение статуса каждого региона путем анализа матрицы тяготения передачи информации для входящих в него городов.

3й этап. Первоначально для каждого полученного региона выбирается звездообразная топология в качестве начальной. Затем для всех регионов решаются соответствующие задачи.

4й этап.  Решается задача горизонтального синтеза тАУ проектируется горизонтальная СПД. В качестве исходных данных для нее выступают узлы-центры вертикальных и вертикально-горизонтальных СПД, определенных на предыдущем этапе. Результатом является топологическая структура горизонтальной СПД.

5й этап. Объединение результатов предыдущих этапов в результате чего синтезируется общая топологическая структура РИВС.

6й этап. Определение основных интегральных характеристик результирующей сети и формирование таблиц маршрутизации для передачи сообщений.

2.2. МЕТОД КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ тАУ ВАРИАНТ ВИРТУАЛЬНОГО КАНАЛА.

Сети с коммутацией пакетов были разработаны правительством США в 70-е годы для обеспечения надежной цифровой передачи данных по телефонным линиям. Коммутация пакетов представляет собой метод доставки сообщений, при котором данные помещаются в небольших пакетах. Пакеты могут передаваться в место назначения по различным маршрутам сети коммутации пакетов. Разные пакеты сообщения могут иметь различные маршруты. В маршрутизации трафика важно достичь наилучшего маршрута и скорейшей доставки. Коммутация пакетов обеспечивает наилучший способ совместного использования коммуникационных линий для передачи пакетов данных. Сети коммутации пакетов предлагают такие фирмы как AT&T, Tymenet, Telnet, CompuServe, GE, Sprint и Infonet Services. Некоторые компании предлагают международные услуги. Телефонные компании часто имеют свои средства коммутации пакетов, которые вы можете использовать для объединения локальных сетей. Подобные линии являются виртуальными. Как уже говорилось, виртуальная линия выглядит для пользователя как выделенная линия, связывающая системы. Реально передача осуществляется путем разбиения информации на пакеты и передачи ее по высокоскоростной линии наряду с другими пакетами. На приемном конце ваши пакеты отделяются от других пакетов, принадлежащих другим пользователям, реассемблируются и обрабатываются. Сеть коммутации пакетов обычно имеет много узлов и обеспечивает альтернативные и резервные маршруты. Для доставки пакетов используется два метода: старый, X.25, обеспечивающий высокий уровень проверки на ошибки, и новый, метод переключения окна, использующий современные более надежные цифровые телефонные системы. Он позволяет уменьшить объем проверки ошибок и увеличить пропускную способность.

Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты, которые представляют собой элементы сообщений, но снабженные заголовком и имеющие фиксированную и постоянную длину. Пакеты, также как и сообщения, передаются по маршруту от начального абонента к конечному. Разница заключается в том, что сообщение передается не целиком, а отдельными пакетами. На практике оказалось, что время доставки одного сообщения по способу коммутации пакетов является наименьшим. Исключение составляет тот случай, когда скоммутируемый канал используется длительное время для передачи последовательности сообщений, поэтому в вычислительных сетях способ коммутации пакетов является основным. Во многих случаях этот способ является наиболее эффективным. Во-первых, ускоряется передача данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможна параллельная передача пакетов одного сообщения на разных участках сети; во-вторых, при появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего длинного сообщения. Кроме того, ограничение сверху на размер пакета позволяет обойтись меньшим объемом буферной памяти в промежуточных узлах на маршрутах передачи данных в сети.

Коммутация пакетов отличается от коммутации каналов тем, что передача данных происходит по виртуальным каналам. По запросу в сети общего пользования происходит выделение определенной полосы. Между двумя пунктами, обменивающимися данными через сеть с пакетной коммутацией, нет прямой физической связи. В виртуальном канале на каждый вызов устанавливается определенный маршрут и все пакеты данного сеанса проходят через сеть по этому маршруту. Передаваемые данные разбиваются на короткие пакеты, которые затем передаются по сети. В месте назначения эти пакеты вновь собираются в исходном формате.

Вот некоторые преимущества коммутации пакетов:

• более высокая эффективность каналов связи, так как длинные транспортные каналы динамически распределяются между многими вызовами и пользователями;
• Эффективное управление нагрузкой - буферизация в сети дает возможность выдерживать временные пики нагрузки без блокирования;
• Преобразование скорости передачи данных - обмен данными может протекать между пользователями, работающими с разными скоростями передач;
• Уменьшение затрат за счет того, что сетевые ресурсы распределяются между большим количеством пользователей

В свою очередь при использовании коммутации пакетов применяется 2 способа передачи данных: дейтаграммный и  виртуальный.

При виртуальном способе передача данных происходит в виде последовательностей, связанных в цепочки пакетов, естественном порядке по устанавливаемому маршруту. При этом в отличие от коммутации каналов линии связи могут разделяться многими сообщениями, когда попеременно по каналу передаются пакеты разных сообщений (это так называемый режим временного мультиплексирования, иначе TDM - Time Division Method), или задерживаться в промежуточных буферах. Предусматривается контроль правильности передачи данных путем посылки от получателя к отправителю подтверждающего сообщения - положительной квитанции. Этот контроль возможен как во всех промежуточных узлах маршрута, так и только в конечном узле. Он может осуществляться старт-стопным способом, при котором отправитель до тех пор не передает следующий пакет, пока не получит подтверждения о правильной передаче предыдущего пакета, или способом передачи "в окне". Окно может включать N пакетов, и возможны задержки в получении подтверждений на протяжении окна. Так, если произошла ошибка при передаче, т.е. отправитель получает отрицательную квитанцию относительно пакета с номером K, то нужна повторная передача и она начинается с пакета K

Например, в сетях можно использовать переменный размер окна. Так, в соответствии с рекомендацией документа RFC-793 время ожидания подтверждений вычисляется по формуле

T ож = 2*Tср,  где Tср := 0,9*Tср + 0,1*Ti, 

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

Ti - результат очередного измерения этого времени.

Основное свойство виртуального канала - это сохранение порядка поступления пакетов. Это означает, что отсутствие одного пакета в пункте назначения исключает возможность поступления всех следующих пакетов. Организация виртуального канала между двумя пользователями равносильно выделению им дуплексного канала связи, по которому данные передаются в их естественной последовательности. Виртуальный канал сохраняет все преимущества способа - тАЬкоммутация пакетовтАЭ в отношении скорости передачи данных и мультиплексирования, но добавляет к ним еще одно свойство, а именно - сохраняет естественную последовательность данных.

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

1. пропускная способность;
2. среда передачи на абонентской субмагистрали.

Пользовательский интерфейс Ethernet образуется на выходе маршрутизатора Cisco 1601, подключенного к выделенному каналу с соответствующей пропускной способностью к центру пакетной коммутации по стыку V.35.

Виртуальные каналы могут использоваться для соединения территориально разнесенных объектов как по схеме точка - точка, так и по схеме мультиточка или звезда.

Виртуальные каналы сети пакетной коммутации, построенной на базе сети SDH и вторичной сети выделенных каналов. Эффективный способ соединения географически удаленных локальных вычислительных сетей. Frame Relay совместим со всеми протоколами, наиболее часто используемыми в ЛВС (TCP, Novell IPX, DECNET или NETBIOS). Этот протокол обеспечивает эффективную работу по каналам связи высокого качества. Позволяет эффективно передавать неравномерно распределенный по времени трафик. Обеспечивает малое время задержки при передаче информации через сеть. В отличие от вторичной сети выделенных каналов, для организации нового соединения нет необходимости устанавливать дополнительную аппаратуру. В стоимость услуги также входит установка модема для оптической или медной линии и маршрутизатора с портом 10-BaseT для подключения локальной сети клиента

При централизованной маршрутизация в сети виртуальных каналов отправитель в адресат устанавливают виртуальный канал и маршрут между ними фиксируется на время сеанса связи. Решение об изменении маршрута между данной парой отправитель-адресат может приниматься только до начала сеанса связи.

Непосредственной причиной перегрузок в сети связи является чрезмерная загруженность каналов связи. Поэтому заполняются буфера сетевых процессов (СП) в узлах, возникают блокировки. Было предложено использовать измеренную интенсивность потоков в каналах в качестве основного параметра системы управления потоками, которая объединяет функции маршрутизации пакетов и ограничения нагрузки в сети связи. В этом случае для каждого канала устанавливают пороговые значения интенсивности потоков и различают несколько состояний каналов, например:

1. нормальное, когда интенсивность потока в канале не превосходит 70% теоретически возможной;
2. предупреждающее - 70-80%;
3. тревожное - более 80%.

Узлы сети обмениваются маршрутными таблицами, отражающими состояния каналов для каждого узла-адресата, что позволяет в каждом узле принимать решения по управлению потоками в зависимости от состояний канатов. Возможны различные варианты таких алгоритмов управления потоками. Например, когда в узле выходящий канал выбранного маршрута находится в предупреждающем состоянии, то пакет ставится в очередь к этому каналу, как при нормальных условиях, а отправителю посылается блокирующее сообщение, предписывающее ограничить поток. Если канал находится в тревожном состоянии, то пакет отбрасывается.

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИВС.

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Проектирование распределенной вычислительной сети для региональных вертикальных связей проводилось в  11 регионах. Каждый регион был оптимизирован в соответствии с заданием в программе NET-PRO. При детализации этапа проектирования вертикальной сети передачи данных использовались все вертикальные регионы, а при горизонтальной сети передачи данных осуществлялся анализ всех возможных топологий. Главными критериями при проектировании были выбор оптимальной проектируемой топологии и с критерием оптимизации по общей стоимости сети, при этом максимальное время задержки составляет не более 14сек., а среднее время задержки не превышает 1сек. Это достигалось увеличением числа переприемов между абонентскими пунктами. В результате выяснилось, что самым оптимальной получается звездообразная структура, а самой не выгодной кольцевая, так как в ней даже не удалось избавиться от Влплохих маршрутовВ».

№ п/п	№ региона	Кол-во городов (узлов)
1	1	19
2	2	18
3	3	17
4	4	8
5	5	7
6	6	16
7	7	10
8	8	15
9	9	21
10	10	18
11	11	19
Всего:	11	168

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Первоначально сеть передачи данных для региона 1 была представлена в том виде что она изображена на рис 1. Данный вариант сети небыл оптимизирован. Оптимизация проводилась по критерию обеспечивающему минимальную стоимость. В процессе оптимизации был изменен центр сети, изменены маршруты и их пропускные способности, также были изменены места расположения концентраторов и их пропускные способности тАУ все эти изменения привели к тому что сеть стала наиболее оптимальной и ее стоимость снизилась на 11,33% по сравнению с первоначальной. На рис 2 изображена оптимизированная по критерию минимальной 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:

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Касимов	150	600
Голованово	200	900
Ижевское	100	300
Сасово	100	300
Рыбное	200	900

   Каналы связи между городами:

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Казанская-> Рыбное	38	300
Гусь-Железный-> Голованово	27	300
Касимов-> Кадом	424	600
Голованово-> Кадом	750	900
Касимов-> Касимов	204	300
Елатьма-> Касимов	31	300
Мурмино-> Ижевское	33	300
Тума-> Голованово	44	300
Пителино-> Ижевское	21	300
Ижевское-> Касимов	154	300
Сасово-> Кадом	206	300
Шилово-> Ижевское	83	300
Чучково-> Сасово	19	300
Солотча-> Сасово	37	300
Рыбное-> Голованово	661	900
Рязань-> Рыбное	503	600
Спаск-Рязанский-> Рыбное	38	300
Михайлов-> Сасово	93	300

Первоначально сеть передачи данных для региона 2 была представлена в том виде что она изображена на рис 3. Данный вариант сети небыл оптимизирован. Оптимизация проводилась по критерию обеспечивающему минимальную стоимость. В процессе оптимизации был изменен центр сети, изменены маршруты и их пропускные способности, также были изменены места расположения концентраторов и их пропускные способности тАУ все эти изменения привели к тому что сеть стала наиболее оптимальной и ее стоимость снизилась на 22,37% по сравнению с первоначальной. На рис 4 изображена оптимизированная по критерию минимальной 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

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Ербогачен	100	300
Мама	100	300
Осиновка	300	2400
Алзамай	150	600
Жигалово	250	1200

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Инаригда> Ербогачен	28	300
Ербогачен-> Аян	276	300
Магистральный-> Жигалово	14	300
Перевоз> Мама	19	300
Витим-> Ербогачен	37	300
Кропоткин> Мама	38	300
Бодайбо -> Мама	118	300
Мама-> Ербогачен	187	300
Иркутск-> Жигалово	635	900
Осиновка-> Аян	1843	2400
Бирюсинск-> Алзамай	79	300
Алзамай> Осиновка	507	600
Жигалово> Осиновка	1181	1200
Алыкджер-> Алзамай	38	300
Зима-> Алзамай	314	600
Залари-> Осиновка	71	300
Усолье-Сибирское-> Жигалово	509	600

Первоначально сеть передачи данных для региона 3 была представлена в том виде что она изображена на рис 5. Данный вариант сети небыл оптимизирован. Оптимизация проводилась по критерию обеспечивающему минимальную стоимость. В процессе оптимизации был изменен центр сети, изменены маршруты и их пропускные способности, также были изменены места расположения концентраторов и их пропускные способности тАУ все эти изменения привели к тому что сеть стала наиболее оптимальной и ее стоимость снизилась на 4,28% по сравнению с первоначальной. На рис 6 изображена оптимизированная по критерию минимальной 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

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Фокино	150	600
Клетня	150	600
Стародуб	200	900
Брянск	300	2400
Локоть	100	300

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Дубровка-> Клетня	20	300
Старь-> Фокино	12	300
Жуковка-> Клетня	73	300
Фокино -> Брянск	349	600
Клетня-> Брянск	353	600
Белые-> Фокино	143	300
Карачев-> Фокино	91	300
Уноча-> Клетня	114	300
Клинцы-> Стародуб	261	300
Новозыбков-> Стародуб	236	300
Климово-> Стародуб	123	300
Стародуб-> Трубчевск	746	900
Брянск-> Трубчевск	1570	2400
Навля-> Локоть	78	300
Локоть-> Трубчевск	214	300
Севск-> Локоть	43	300

Ниже приводятся результаты синтеза сети  пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для остальных регионов.

Результаты  синтеза  сети  пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для региона 4

Полная  стоимость  СПД  в  сутки  -  1688  pублей

Центp  СПД  -  Екимовичи.

Meста  pазмещения  концентpатоpов

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Хиславичи	200	900

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Верхнеднепровский-> Дорогобуж	105	300
Дорогобуж-> Екимовичи	126	300
Угра-> Екимовичи	51	300
Смоленск-> Хиславичи	651	900
Хиславичи -> Екимовичи	851	900
Туманово-> Угра	25	300
Рославль-> Хиславичи	160	300

Результаты  синтеза  сети  пеpедачи  данных  с  веpтикальными  связями для региона 5

Полная  стоимость  СПД  в  сутки  -  615  pублей.

Центp  СПД  -  Иванофранковск.

Meста  pазмещения  концентpатоpов

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Перегинское	150	600

   Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Калуш-> Перегинское	281	300
Долина -> Перегинское	103	300
Перегинское -> Иванофранковск	467	600
Надворное -> Иванофранковск	155	300
Коломыя-> Иванофранковск	157	300
Яремчя - > Надворное	15	300

Результаты  синтеза  сети  пеpедачи  данных с веpтикальными  связями для региона 6

Полная  стоимость  СПД  в  сутки  -  4323  pублей.

Центp  СПД  -  Днепропетровск

Meста  pазмещения  концентpатоpов

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Синельниково	250	1200
Софиевка	300	2400
Кривой	250	1200
Никополь	250	1200

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Павлоград-> Синельниково	764	900
Синельниково-> Днепропетровск	1159	1200
Васильковка-> Синельниково	143	300
Покровское-> Синельниково	29	300
Магдалиновка-> Новомосковск	39	300
Новомосковск -> Днепропетровск	367	600
Пятихатки -> Софиевка	87	300
Желтые-> Кривой	166	300
Софиевка-> Днепропетровск	2283	2400
Кривой-> Софиевка	1106	1200
Орджоникидзе-> Никополь	316	600
Марганец-> Никополь	253	300
Никополь -> Софиевка	1049	1200
Апостолово-> Кривой	116	300
Николаевка-> Кривой	37	300

  

Результаты  синтеза  сети  пеpедачи  данных с  веpтикальными  связями для региона 7

Полная  стоимость  СПД  в  сутки  -  1493  pублей.

Центp  СПД  -  Ковель

Meста  pазмещения  концентpатоpов

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Владимир-Волынский	100	300
Киверцы	250	1200

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Камень-Каширский-> Ковель	58	300
Ратно-> Камень- Каширский	32	300
Любомль-> Владимир-Волынский	45	300
Маневичи-> Киверцы	23	300
Луцк-> Киверцы	756	900
Владимир-Волынский-> Ковель	282	300
Нововолынск-> Владимир-Волынский	179	300
Рожище-> Киверцы	126	300
Киверцы -> Ковель	968	1200

Результаты  синтеза  сети  пеpедачи  данных с  веpтикальными  связями для региона 8

Полная  стоимость  СПД  в  сутки  -  3259  pублей.

Центp  СПД  -  Токмак.

Meста  pазмещения  концентpатоpов

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Пологи	100	300
Черниговка	250	1200
Запорожье	300	2400
Мелитополь	200	900

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Вольнянск -> Запорожье	132	300
Орехов-> Запорожье	120	300
Гуляйполе-> Пологи	79	300
Пологи-> Черниговка	198	300
Куйбышево-> Пологи	20	300
Каменка-Днепровская -> Запорожье	123	300
Черниговка-> Токмак	1073	1200
Михайловка -> Мелитополь	128	300
Запорожье-> Токмак	1253	2400
Мелитополь-> Токмак	833	900
Бердянск-> Черниговка	689	900
Приморск -> Черниговка	115	300
Приазовское-> Мелитополь	45	300
Акимовка-> Мелитополь	104	300

     

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

Полная  стоимость  СПД  в  сутки  -  9156  pублей

Центp  СПД  -  Гуга

Meста  pазмещения  концентpатоpов

Название города	Стоимость КД в сутки (руб)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Тугур	100	300
Богородское	150	600
Софийск	100	300
Березовый	300	2400
Циммермановка	150	600
Тырма	100	300

Каналы связи между городами

Название канала	Трафик (бит/сек)	Проп. сп-ть (бит/сек)
Маго-> Богородское	19	300
Николаевск-на-Амуре-> Богородское	336	600
Оглонги-> Тугур	12	300
Бурукан-> Тугур	40	300
Тугур-> Гуга	76	300
Богородское -> Циммермановка	411	600
Софийск -> Березовый	128	300
Лазарев-> Богородское	30	300
Усть-Умальта-> Софийск	32	300
Березовый-> Гуга	1227	2400
Мариинское-> Циммермановка	38	300
Циммермановка-> Гуга	526	600
Чегдомын-> Софийск	66	300
Согда-> Тырма	18	300
Тырма-> Березовый	216	300
Новоильиновка-> Циммермановка	43	300
Комсомольск-на-Амур-> Березовый	866	900
Амурск-> Комсомольск-на-Амур	102	300
Талакан-> Тырма	17	300
Облучье -> Тырма	144	300

Рис 1. Регион 1 до оптимизации

Рис 2. Регион 1 после оптимизации.

Рис 3. Регион 2 до оптимизации.

Рис 4. Регион 2 после оптимизации

Рис 5. Регион 3 до оптимизации.

Рис 6. Регион 3 после оптимизации

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕЖРЕГИОНАЛЬНОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ  СЕТИ

При проектировании горизонтальной сети я основывался на заданных критериях:

• тип проектируемой топологии: оптимальная;
• критерий оптимизации: общая стоимость сети;
• ограничения на проектирование:

14 секунд: - максимальное время задержки;

1 секунда: - среднее время задержки

       Горизонтальный синтез проектируемой сети организуется как процесс синтеза одной из возможных топологий в соответствии с приведенными алгоритмами.

       Для синтеза оптимальной кольцеобразной сети используется задача коммивояжера. Суть данной задачи заключается в том, что коммивояжер должен выехать из одного города, побывать во всех остальных по одному разу и вернуться обратно. Задача заключается в определении последовательности объезда городов, при котором коммивояжеру требуется проехать наименьшее суммарное расстояние, при этом предполагается, что расстояние до каждой пары городов известно. Рис.7.

Рис. 7. Топология ВлКольцоВ»

       Для синтеза оптимальной древовидной сети используется алгоритм Прима, который порождает минимальное связанное дерево. Рассматривается определенное множество городов, которые необходимо объединить. Рис. 8.

Рис.8. Топология ВлДеревоВ»

       Задача синтеза оптимальной звездообразной сети по критерию минимальной стоимости заключается в переборе всех возможных вариантов звездообразных сетей и выборе варианта с минимальной стоимостью. Рис.9

Рис. 9. Топология ВлЗвездаВ» Синтез распределенной сети заключается в следующем алгоритме:

• решить задачу коммивояжера, в результате которой будет получена минимальная связная кольцеобразная сеть;
• задать допустимое число переприемов в маршруте;
• решить задачу маршрутизации, если число ВлплохихВ» маршрутов равно нулю тАУ то закончить;
• отсортировать неиспользованные дуги сети в порядке убывания их стоимостей;
• добавить очередную минимальную неиспользованную дугу в решение;
• решить задачу маршрутизации;
• если добавление данной дуги в решение привело к уменьшению количества ВлплохихВ» маршрутов, то оставить дугу в решении, иначе исключить эту дугу из решения;
• если число ВлплохихВ» маршрутов равно нулю, то закончить, иначе перейти к сортировке.

Результатом работы данного алгоритма является связанная сеть, любой маршрут в которой содержит не более заданного числа переприемов.

Рис. 10.

Рис.10. Топология ВлРаспределеннаяВ»

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

Рис11. Топология ВлСимбиозВ»

1. ВЫВОД

В данной курсовой работе согласно техническому заданию была спроектирована распределенная информационно-вычислительная сеть. Для этих целей 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 и источниками 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, хотя самым главным критерием оптимизации в моем курсовом проекте являлась стоимость сети.

Проектирование выполнялось в два этапа: проектирование региональных сетей передачи данных и проектирование горизонтальной сети передачи данных, которая объединяет отдельные региональные сети в одну единую. На последнем этапе была полученная конечная карта распределенной информационно-вычислительной сети, которая, представляет из себя симбиоз топологий, и которая является самой оптимальной по главному критерию общей стоимости сети и обеспечивает 100% эффективность по сравнению с  остальными вариантами разработанных топологий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Решетняк В.Н., Гузик В.Ф., Сидоренко В.Г. ВлПроектирование распределенных информационно-вычислительных систем.В» Учеб. пособие. Таганрог: ТРТУ ,1996 год.                   

2. Ларионов А.М., Майоров С.А. Новиков Г.И. ВлВычислительные комплексы , системы и сетиВ». Ленинград Энергоатомиздат 1987 г

3. Стен Шатт под редакцией М.А. Мазина ВлМир компьютерных сетейВ». Киев 1996 г.

1. Ю.А. Кулаков, Г.М. Луцкий. ВлКомпьютерные сетиВ». Киев ВлЮниорВ» 1998 г.
2. Д. Филлипс, А. Гарсия-Диас ВлМетоды анализа сетейВ», М., Мир, 1984. 496 с. 

Вместе с этим смотрят:

Проектирование первичной сети связи на участке железной дороги
Протоколы и серверы Интернета
Расчет кабеля Р-4
Расчет КТЧ