2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 8
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ............................................................................ 11
1.1. Основные характеристики телекоммуникационных сетей .................. 11
1.2. Обзор перспективных систем коммутации ............................................ 19
1.3. Перспективные направления модернизации .......................................... 22
ГЛАВА 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФКП «ПЕРМСКИЙ ПОРОХОВОЙ
ЗАВОД» .................................................................................................................. 26
2.1. Определение бизнес-процессов предприятия ......................................... 26
2.2. Выявление проблем существующей сети ................................................ 33
2.3. Выбор коммутационного оборудования .................................................. 42
ГЛАВА 3. МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ ФКП
«ПЕРМСКИЙ ПОРОХОВОЙ ЗАВОД» .............................................................. 48
3.1. Обоснование модернизации сети ............................................................. 48
3.2. Разработка проекта модернизации сети здания ...................................... 49
3.3. Экономическое обоснование .................................................................... 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 65
ПРИЛОЖЕНИЕ А ................................................................................................. 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б .................................................................................................. 69
ПРИЛОЖЕНИЕ В ................................................................................................. 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г .................................................................................................. 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Д ................................................................................................. 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Е .................................................................................................. 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж ................................................................................................ 74
ПРИЛОЖЕНИЕ И ................................................................................................. 75
3
ПРИЛОЖЕНИЕ К ................................................................................................. 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Л ................................................................................................. 77
ПРИЛОЖЕНИЕ М ................................................................................................ 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Н ................................................................................................. 79
8
ВВЕДЕНИЕ
Тема выпускной квалификационной работы - «Модернизация
телекоммуникационной сети на предприятии ФКП «Пермский пороховой
завод». Выбранная тема актуальна на современном этапе, т.к. множество
существующих локальных сетей от малых офисов-фирм до больших
предприятий требуют серьезной модернизации, т.к. исчерпали свой
временной ресурс, и не удовлетворяют современным требованиям, как по
обеспечению безопасности, так и по пропускной способности.
В современном мире сложно представить организацию, не
использующую компьютеры в своей деятельности. При наличии нескольких
компьютеров их практически всегда связывают в локальную внутреннею
сеть. Что уж говорить о крупных компаниях в которой развитая ИТ -
инфраструктура, просто жизненна необходима и является ключевой.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы
является ФКП «Пермский пороховой завод». «Информационные системы»,
Предметом исследования служит процесс модернизации
телекоммуникационной сети.
Цель работы - на основе полученного теоретического материала, во
время обучения в НОУ ВО «МТИ», в том числе полученного и из открытых
источников, частично модернизировать локальную вычислительную сеть
(ЛВС) предприятия ФКП «Пермский пороховой завод».
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
проанализировать основные характеристики сетей и перспективные
направления модернизации;
изучить деятельность предприятия, определить бизнес-процессы;
изучить существующую сеть предприятия и возможность ее
модернизации;
9
исследовать и выбрать коммутационное оборудование для
внедрения на предприятии при модернизации сети;
разработать проект модернизации здания предприятия;
определить экономическую эффективность от модернизации и
ввода в эксплуатации локальной сети.
При построении сети связи применяются средства передачи и
коммутации, обеспечивающие функцию транспортировки информации от
одной конечной точки до другой. Для обеспечения функций передачи и
коммутации используются аппаратные и программные средства управления.
Эти средства позволяют автоматизировать процессы установления
соединений между двумя пользователями. Обычно средства передачи
реальной сети связи, коммутации и управления распределены в пространстве.
В связи с нормализующимися рыночными отношениями, усилением
конкурентной борьбы между операторами связи за рынки сбыта, резким
увеличением спроса на сервисные услуги, к сетям телекоммуникаций
предъявляются повышенные требования.
В гонке компьютеров и средств связи у последних еще есть шанс на
победу - благодаря волоконной оптике. Если это произойдет, то в мире
появится не только совершенно новое понятие о почти бесконечной полосе
пропускания, но и неслыханная доселе идея о том, что все компьютеры
безнадежно медленны и сетям следует любой ценой избегать вычислений,
независимо от того, какая часть полосы пропускания при этом будет
потеряна.
Конечно, в этом представлении не хватает одной немаловажной детали:
стоимости. Затраты на прокладку оптоволокна до компьютера каждого
пользователя, чтобы обойти характерные для проводов ограничения - низкую
полосу пропускания и небольшой диапазон частот, - попросту огромны.
Помимо этого, на пересылку битов тратится больше энергии, чем на
вычисления. Всегда будут существовать островки неравенства, в которых
10
стоимость либо вычислений, либо пересылки данных будет приближаться к
нулю. Например, перед тем как выйти в Интернет, применяются все
имеющиеся вычислительные возможности, и расходуется место на диске,
чтобы решить проблему сжатия и кэширования содержимого - все для того,
чтобы наиболее эффективно воспользоваться доступом к Всемирной сети. В
Интернете же может происходить обратное. Такие компании, как Google,
перемещают по сети огромные объемы данных, сбрасывая их туда, где
хранение и обработка будут стоить дешевле [17].
Совершенствование телекоммуникаций от аналоговых систем связи на
многоканальных электрических кабелях до цифровых систем передачи и
распределения на волоконно-оптических линиях породило быстрое
внедрение конкуренции и сменяемость технологий глобальных сетей.
Созданная для низкоскоростных ненадежных телефонных сетей технология
Х.25 сменилась технологией Frame Relay, а та в свою очередь, так и не успев
стать массовой, уступила место целому созвездию: IP, Gigabit Ethernet, ATM,
которые не только жестко конкурируют, но и дополняют друг друга.
При написании выпускной квалификационной работы была
использована литература следующих основных авторов и электронных
источников: Д. Куроуз, К. Росс [1], В.А. Варданян [3], Ю.Н. Синицын [4],
В.П. Буряк [19], материалы из Википедии [20], [25], [39].
Структура выпускной квалификационной работы состоит из:
титульного листа;
введения;
трех основных глав с подразделами;
заключения;
списка использованной литературы;
приложений.
11
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
1.1. Основные характеристики телекоммуникационных сетей
При построении сети связи применяются средства передачи и
коммутации, обеспечивающие функцию транспортировки информации от
одной конечной точки до другой. Для обеспечения функций передачи и
коммутации используются аппаратные и программные средства управления.
Эти средства позволяют автоматизировать процессы установления
соединений между двумя пользователями. Обычно средства передачи
реальной сети связи, коммутации и управления распределены в пространстве.
Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы
передачи, при котором информация передается по оптическим
диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое
волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть,
связующими элементами между узлами которой являются волоконно-
оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо
вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся
электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов
передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.
Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед
передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные
сети оптических линий связи является следствием преимуществ,
вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом
волокне.
Преимущества ВОЛС [22]:
1. Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно
высокой частотой несущей 10
14
Гц [2]. Это дает потенциальную возможность
передачи по одному оптическому волокну информации в несколько терабит в
12
секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных
преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой
информации.
2. 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 дисперсия
позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью 100 км
и более [3].
3. Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет
увеличить полосу путем передачи различной модуляции сигналов с малой
избыточностью кода.
4. Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено
из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным
помехам со стороны окружающих медно-кабельных систем и электрического
оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение
(линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В
многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного
влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным
кабелям.
5. Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют
меньший вес и объем 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" в множество защитных оболочек и покрыть стальной
ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см. что в несколько раз
меньше рассматриваемого телефонного кабеля. [5]
6. Высокая защищенность от несанкционированного доступа.
Поскольку ВОК практически излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по
13
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.
7. 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.
8. Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия
искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на
химических-нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании
технологических процессов повышенного риска.
9. 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
14
сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных
систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть
только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах)
при скорости передачи выше 10 Гбит/с.
10. 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 приемо-передающих
систем.
11. 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.
Недостатки ВОЛС [22]:
1. 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
15
соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-
отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.
2. 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.
3. Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое
волокно? Теоретически да. Стекло, как материал, выдерживает колоссальные
нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (10
9
Н/м
А
). Это,
казалось бы, означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125
мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, 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. 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.
Бурное развитие телекоммуникационной индустрии стимулирует все
более широкое использование оптоволоконных каналов связи, для которых в
настоящее время используются, как правило, кварцевые световоды,
способные передавать оптический сигнал с минимальными потерями на
расстояние в несколько сотен километров. При меньших расстояниях
расширяется применение известных и новых полимерных оптоволокон
(ПОВ).