BC/NW 2010; №2 (17):9.1

 

КОРПОРАТИВНАЯ СЕТЬ ВУЗА

Тукубаев З.Б., Умаров А.А.

(Международный казахско-турецкий университет им. А. Ясауи,

 г. Туркестан, Республика Казахстан)

 

В последние годы в Республике Казахстан особенно интенсивно идут процессы реформирования и модернизации в сфере образования и науки. В настоящее время идет процесс реализации проекта «Государственная программа развития образования в Республике Казахстан на 2005–2010 гг.» [1, 2, 3]. Государственная программа развития образования в Республике Казахстан на 2005–2010 годы (далее – Программа) разработана в соответствии с Посланием Президента Республики Казахстан народу Казахстана от 19 марта 2004 года «К конкурентоспособному Казахстану, конкурентоспособной экономике, конкурентоспособной нации», Стратегическим планом развития Республики Казахстан до 2010 года, утвержденным Указом Президента Республики Казахстан от 4 декабря 2001 года № 735. Разработка Программы вызвана необходимостью кардинальных преобразований, направленных на повышение качества образования, решение стратегических задач, стоящих перед казахстанской системой образования в новых экономических и социокультурных условиях. Одним из приоритетных направлений настоящей Программы является автоматизация деятельности государственного аппарата, учреждений образования и культуры, ускорения реализации проекта "электронного правительства" [4, 5].

Корпоративная сеть - система, обеспечивающая передачу информации между различными приложениями, используемыми в системе корпорации [6,7]. Корпоративная сеть представляет собой сеть отдельной организации. Корпоративной сетью считается любая сеть, работающая по протоколу TCP/IP и использующая коммуникационные стандарты Интернета, а также сервисные приложения, обеспечивающие доставку данных пользователям сети. От правильно спроектированной и реализованной корпоративной сети, выбора надежного и производительного оборудования напрямую зависит работоспособность информационной системы в целом, возможность ее эффективной и длительной эксплуатации, модернизации и адаптации к меняющимся задачам [6, 7].  Модели эффективной загрузки узлов, распределения потоков по узлам и скорости обработки данных были исследованы в работах [8, 9, 12, 15, 16].

Для того, чтобы обеспечить выполнение требований к современным сетям [6,10,11] необходимо на этапе проектирования и создания выделить в сети три ключевых уровня иерархической структуры сети вуза (рис. 1):

1) Уровень ядра.

2) Уровень распределения.

3) Уровень доступа.

 

Рис. 1. Уровни иерархии корпоративной сети	Рис. 2. Уровни подразделении

 

Корпоративная сеть состоит из подразделений 3 уровней (рис. 2).  С учетом этих особенностей задачу проектирования больших корпоративных сетей  можно  разбить  на  две  подзадачи [6, 13]:

1) проектирование  абонентских подсетей,  которые,  как  правило,  представляют  собой  кампусные  сети  различной  степени сложности;

2) проектирование магистральной подсети,  включающей  в  себя  используемые глобальные  соединения  и  магистральные  каналы  связи. 

На данный момент в вузе имеется 10 кампусов (корпусов). Связь между всеми корпусами беспроводная. Требуется построить еще один канал связи – оптоволоконный.

Задается граф (рис. 3), представляющий все допустимые связи между кампусами^[1]. Ее длина равна 12,35 км. Необходимо найти коммуникационную структуру, имеющую минимальную суммарную длину и обеспечивающую достижение всех узлов в любой другой узел.

 Алгоритм построения сети:

1.     Начать с любого узла и соединить его с ближайшим узлом. Считаем, что это связанные узлы, а все другие узлы – несвязанные.

1.     Определить несвязанный узел, ближайший к одному из связанных узлов. Если таких “ближайших” узлов несколько, то выбрать любой. Добавить этот узел к связанным. И т.д. до тех пор, пока есть несвязанные узлы.

Протяженность коммуникации в километрах отмечена на дугах. Предложим проект системы связи, которая позволит всем 9 кампусам обеспечить доступ к единой информационной системе. Решение должно обеспечить минимальную возможную длину коммуникации. 

Начнем с узла 1. Ближайший к нему узел – это узел 2 на расстоянии 0.1. Считаем, что узлы 1,2 – связанные, и отметим это двойной чертой.

Ближайшие несвязанные узлы к этим связаннанныхм узлам 1 и 2 – это узел 3. Сравниваем расстояние между 3 и 1 с расстоянием 3 и 2. Расстояние минимальное между 1 и 3 – 0.2. Поэтому выбираем дугу между узлами 1,3 и отметим это двойной чертой. Ближайший к узлам 1 и 3 – узел 7. Сравниваем расстояние между 1 и 7 с расстоянием 3 и 7 – минимальное 0.8 (между 3 и 7). Считаем, что узлы 3,7 – связанные, и отметим это двойной чертой. И повторим процедуру.

В результате получим минимальное дерево. Его длина равна сумме расстоянии на дугах: 0.3+0.1+0.2+3+0.2+0.8+4+0.3=8,9 км (рис. 4).

 

Рис. 3. Сеть со всеми допустимыми связями между корпусами

 

Рис. 4. Сеть с минимальной длиной

 

Таблица 1. Параметры технологии

Характеристика	FDDI	Ethernet	Token Ring
Распространенность	Низкая – только для компьютеров IBM	Самая высокая – 5 млн сетей (50 млн  комп.)	Низкая
Битовая скорость	100 Мбит/с	10 Мбит/с	16 Мбит/с
		100 Мбит/с
		1 Гбит/с
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звезда	Звезда/кольцо
Метод доступа	Доля от времени оборота маркера	CSMA/CD Принцип Aloha	Приоритетная система резервирования
Среда передачи	Оптоволокно, неэкранированная витая пара категории 5	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара категории 3, оптоволокно, беспроводная связь	Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на одно кольцо)	2500 м	4000 м
Максимальное расстояние между узлами	2 км (не больше 11 дБ потерь)	2500 м	100 м
Максимальное количестов узлов	500 (1000 соединений)	1024	260 для экранированной витой пары; 72 для неэкранированной витой пары
Масштабируемость	Средняя	Высокая	Низкая
Надежность	Высокая	Средняя	Средняя

 

Еще десять лет назад скорость 2,4 кБит/с считалась максимально возможной. На сегодняшний день появились технологии передачи данных до 1 Гбит/с. Чтобы данное решение просуществовало долгое время, предположим, что эта сеть в будущем будет использоваться для видеоконференций в режиме online. Для прямой видеосвязи компьютеру необходимо обмениваться данными со скоростью 300 кБайт/с. За счет сетевого протокола поток данных увеличивается примерно на 15%. Тогда скорость: 350+15%=350 кБайт/с. В битах это скорость: 50* 8=2,8 Мбит/с. Так как каждая из подсетей на данный момент планирует включение не менее 14 компьютеров, то минимальная скорость для каждого канала является: 2,8* 14=39,2 Мбит/с.

Данному требованию удовлетворяет несколько стандартов поддерживающих скорость 100 Мбит/с. И совместимость стандартов Ethernet: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet позволяет переходить и расширять сетевые технологии в зависимости от требований. Исходя из этих параметров (еще можно добавить и наличие нескольких сред передачи из табл. 2), выбор был остановлен на технологии Ethernet.

1) Уровень ядра. Вся сеть вуза путем программирования коммутаторов разбита на 2 виртуальные сети (Vertual Local Area Network VLAN). Руководствуясь принципами информационной безопасности необходимо разделить сеть ВУЗ на две виртуальных подсети (Vertual Local Area Network VLAN). Первая - административная (VLAN1), вторая - учебная (VLAN2). Оба сети расположены в корпусе 1 (Центр). Разделение осуществляется на физическом уровне, то следовательно и соединение  требует два независимых канала. Среда передачи внутри ядра - 10Base-T - неэкранированная витая пара UTP.

2) Уровень распределения. Обмен информацией в сети проиходит с помощью каналов передачи данных – радиосвязь и ВОЛС. Управление этим уровнем осуществляется через виртуальную сеть VLAN2.

3) Уровень доступа. Сеть вуза имеет клиент интернет-интранет архитектуру с доменной организацией. Выполнена по стандарту Ethernet IEEE 802.3 и 100VG ANY LAN IEEE 802.12. В качестве основной среды для передачи информации используется 10Base-T – неэкранированная витая пара (Unshielded twisted pair, UTP) и оптоволоконный кабель.

 

Таблица 2. Техническое оборудование сети

№ п/п	Корпус	Рас-стояние (км)	Способ подключения		Оборудование
			Радио- связь	ВОЛС	Радиосвязь	ВОЛС
1	Ректорат (Центр)	0	Центр коммута-ции	Центр коммута-ции	Сервер Cisco 4400 Wireless LAN Controller (1Гбит/с), антенна Wireless MECH AP (54Мбит/с), радиомодем Ethernet	Сервер Cisco ENTERASYS E7 (1 Гбит/с)
2	Корпус медицинский (между корпусами 1 и 2)	0.1	+	+	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	Advancestack Switch 2000
3	Библиотека (между корпусами 1 и 3)	0.2	+	+	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	Advancestack Switch 2000
4	Столовая (между корпусами 1 и 4)	0.3	+	+	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	Advancestack Switch 2000
5 и 6	Корпус филологи-ческий (между корпусами 1 и 5)	3	+	+	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	Advancestack Switch 2000
	Корпус спорта и искусства (между корпусами 5 и 6)	0.2		+	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	Advancestack Switch 2000
7	Научный центр (между корпусами 3 и 7)	0.8	+	+	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	Advancestack Switch 2000

 

 

Окончание табл. 2.

№ п/п	Корпус	Рас-стояние (км)	Способ подключения		Оборудование
			Радио- связь	ВОЛС	Радиосвязь	ВОЛС
8	Корпус юридический (между корпусами  7 и 8)	4	-	+	-	Advancestack Switch 2000
9	Корпус исторический и педагогический (между корпусами 8 и 9)	0.3	-	+	-	Advancestack Switch 2000
10	Корпус заочного отделения (между корпусами 5 и 10)	33	+	-	Wireless MECH AP, радиомодем Ethernet	-
11	Всего	41.9

 

Результаты выбора технического оборудования приведены в табл. 2. Выбор коммутаторов CISCO обусловлен тем, что во-первых,  они являются высокопроизводительными модульными коммутаторами №1 в мире; во-вторых, по их передовому опыту внедрения [13,14]. В итоге проект корпоративной сети вуза [17] представляется в виде, показанном на
рис. 5 и 6.

Рис. 5. Сеть вуза на основе беспроводных каналов

 

Таким образом, в результате исследования были решены следующие задачи:

- выбор сетевой технологии  технологии Ethernet;

- определение минимального расстояния между корпусами вуза;

- проектирование магистральной сети вуза на основе ВОЛС.

В предложенном проекте надежность сети обеспечивается двумя каналами передачи данных: во-первых, с помощью беспроводных каналов (недорого и достаточно быстро, но не очень надежно); во-вторых, спомощью линии ВОЛС (чуть дороже, но быстрее и надежнее).

Рис. 6. Сеть вуза на основе каналов ВОЛС

 

И, в случае выхода из строя первого канала передача данных через второй канал продолжается.

Разработанный проект можно использовать для построения корпоративной сети конкретного вуза – МКТУ им. Ясауи. Необходимо заметить, что предложенная модель отвечает требованиям основных телекоммуникационных стандартов Ethernet IEEE 802.3 и 100VG ANY LAN IEEE 802.12.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Государственная программа развития образования в Республике Казахстан на 2005–2010 гг. Утверждена Указом Президента Республики Казахстан от 11 октября 2004 года №1459.

2.     Закон Республики Казахстан «Об образовании» от 27 июля 2007 года №319-III.

3.     Сайт Министерства образования и науки Республики Казахстан: www.edu.gov.kz

4.     Стратегический план развития Международного Казахско-Турецкого университтета им. А. Ясауи на 2009-2013 гг. Туркестан, 2010.

5.     Тукубаев З. Б., Умаров А. А. Автоматизация деятельности вуза - задача Правительства Республики Казахстан // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. М., 2010. С.31-48.

6.     Кульгин М.  Компьютерные сети. // Практика построения для профессионалов. ‑ 2-изд.-М., СПб., 2003. - 462 с.

7.     Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. /2- изд. М., СПб., Н.-Новгород, Воронеж, 2004.-703 с.

8.     Тукубаев З.Б. и др. Моделирование и исследование алгоритмов распределения нестационарных приоритетных потоков в сети СМО // Сб.“Алгоритмы”. АН РУ. 1986. Вып. 60. Ташкент.

9.     Тукубаев З. Б. и др. Модель эффективной загрузки узлов сети // Тезисы докладов XI всесоюзного совещания по проблемам управления. Ташкент, 1989.

10.  Хорьков C. Н., Култашев А.Н., Беляков А.В. Особенности проектирования высокопроизводительной информационно-вычислительной сети вуза // Электронный журнал ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ. Теория и практика / NETWORK-JOURNAL. Theory and practice. BC/NW 2006. №2. (9) :9.1.

11.  Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Построение корпоративной сети на основе взаимодействия иерархических моделей // Электронный журнал ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ. Теория и практика / NETWORK-JOURNAL. Theory and practice. BC/NW 2006. №2. (9): 9.3.

12.  Тукубаев З.Б., Умаров А.А. Моделирование и исследование алгоритмов динамического управления потоками сообщений в информационно-вычислительных сетях // X Международная научно-техническая конференция «Кибернетика и высокие технологии XXI века». Воронеж, 2009.

13.  Яковлев Г. Архитектура и принципы построения корпоративных WAN сетей // Практическая конференция “Cisco Expo 2010 Казахстан”, Алматы, 2010.

14.  Зароченцев Д. Положительный опыт внедрения решений Cisco TelePresence // Практическая конференция “Cisco Expo 2010 Казахстан”, Алматы, 2010.

15.  Тукубаев З.Б., Умаров А.А. Оптимизация распределения ресурсов и скорости обработки данных (на примере Международного казахско-турецкого университета им. А. Ясауи) // Электронный журнал ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ. Теория и практика / NETWORK-JOURNAL. Theory and practice. BC/NW 2010. №1. (16) :16.3.

16.  Тукубаев З.Б, Умаров А.А. Исследование потоков заявок, поступающих на веб-сервер организации // Сб. Трудов VII Всероссийской школы-конференции молодых ученых. "УПРАВЛЕНИЕ БОЛЬШИМИ СИСТЕМАМИ". Пермь, 2010.

17.  Тукубаев З.Б, Умаров А.А. Задача проектирования корпоративной сети вуза. // Электронный журнал ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ. Теория и практика / NETWORK-JOURNAL. Theory and practice. BC/NW №1. (16) :16.4.