Moduł 5 Projektowanie sieci

Moduł 5
Projektowanie sieci
1. Nie ma jednej metody – są dobre praktyki, czyli jak projektować
2. Analiza biznesowa potrzeb klienta
1. Nie ma jednej metody - są dobre praktyki, czyli jak projektować
Projektowanie sieci jest skomplikowanym procesem, którego efektem finalnym
ma być zbiór zaleceń do wybudowania sieci. Nie ma jednej metody na stworzenie dobrego projektu. Proces przygotowywania wytycznych do budowy sieci może przybierać
różne formy. Kształt przygotowanej dokumentacji powinien zawierać określone elementy, ale nie ma jednego określonego szablonu. Ważne jest, aby na podstawie przygotowanych wytycznych, wykonawca w jednoznaczny sposób został poinformowany o zamiarach projektanta. Czasami nawet rzeczy pozornie oczywiste należy jednoznacznie opisać
w dokumentacji. Unikniemy w ten sposób dowolnej interpretacji niezapisanych faktów.
Jak w takim razie powinien wyglądać proces projektowania? Zaczynamy od stworzenia
specyfikacji wymagań. Kiedy inwestor sprecyzuje swoje oczekiwania oraz określi ograniczenia, możemy przystąpić do zbierania pozostałych informacji niezbędnych do projektu. Podstawą do pracy w określonym budynku są jego plany budowlane. Na ich podstawie wstępnie określimy przebiegi kablowe, zorientujemy się, jak przebiegają instalacje oraz gdzie znajdują się określone pomieszczenia. Kolejną niezbędną czynnością będzie wykonanie wizji lokalnej w miejscu inwestycji. Tylko obejrzenie miejsca projektowanej sieci pozwoli na uniknięcie niespodzianek związanych z wykończeniem pomieszczeń. Często nawet ustawienie mebli lub zainstalowanych zabudów stałych uniemożliwia instalację sieci w zaplanowany wcześniej sposób. Podczas zapoznawania się z pomieszczeniami dobrze jest porozmawiać z osobą znającą budynek, np. konserwatorem,
kierownikiem administracyjnym. Jego wiedza na temat historii modernizacji budynku
może być przydatna w pracach projektowych. Ustalenia dokonane podczas wizji lokalnej
powinny znaleźć się w notatce podpisanej przez upoważnionego przedstawiciela inwestora. Po zebraniu wszystkich niezbędnych materiałów, projektant może przystąpić do
pracy.
2. Analiza biznesowa potrzeb klienta
Jak ważna jest analiza potrzeb klienta, mówiliśmy już w poprzednim module.
Przypominamy, że to na podstawie pozyskanej wiedzy projektant musi określić, jakie są
niezbędne środki techniczne do zrealizowania potrzeb klienta. Ważną cechą projektowanej sieci powinna być jej skalowalność. Analizując potrzeby klienta należy przewidzieć możliwości rozwoju firmy i tak zaprojektować sieć, aby w przyszłości była możliwa jej rozbudowa. Dokładanie kolejnych elementów nie powinno kolidować z pracą już
istniejącej sieci. Rozbudowa nie powinna również wymuszać ingerencji w już funkcjonujące okablowanie. Przygotowując systemy mocowania dla projektowanego okablowania
sieciowego, projektant powinien pozostawić zapas miejsca w rurarzu lub korytach kablowych. Ewentualna rozbudowa przy powiększaniu sieci nie będzie wiązała się z koniecznością budowy nowych systemów mocowań. Skalowalność powinna dotyczyć
również punktów dystrybucyjnych. Zaprojektowanie „na wymiar” szaf teleinformatycznych przy pierwszej konieczności rozbudowy wymusi ich wymianę. Proces niewielkiej
rozbudowy przekształci się wówczas w kolejny, duży proces inwestycyjny. Pamiętaj! To
klient i jego działania biznesowe stwarzają zapotrzebowanie na budowę sieci i rozwiązań teleinformatycznych. Jednak to projektant przewidując ewentualną ekspansję sieci
może spowodować, że jej rozbudowa nie będzie bardzo uciążliwa dla użytkowników.
2
a.
Projekt logiczny sieci
Po zebraniu niezbędnych informacji, potrzebnych do określenia struktury przyszłej sieci, rozpoczynamy od wykonania projektu logicznego. Wynika z niego:




ogólna koncepcja sieci,
podział sieci na segmenty,
połączenia między elementami sieci,
koncepcja sieci wirtualnych (VLAN).
Niektóre projekty logiczne są wzbogacone o propozycje adresacji IP. Istotą projektu logicznego jest pokazanie struktury połączeń, którą należy wykonać podczas montażu sieci. Na projekcie tym nie znajdziemy informacji o przebiegach okablowania czy
technologii jego instalacji. Pojawią się tam za to wskazówki dotyczące portów oraz urządzeń, które należy ze sobą połączyć. Na etapie tworzenia projektu logicznego warto
również zadbać o stworzenie jednolitego systemu oznaczeń, który pozwoli jednoznacznie identyfikować urządzenie w sieci. Przykładowy projekt logiczny znajduje się na rysunku 5.1
Rysunek 5.1 Projekt logiczny sieci
Źródło: materiały własne
Podczas tworzenia tego schematu połączeń logicznych nie zawsze przedstawia
się konkretne rozwiązania sprzętowe, a jedynie określa zastosowane funkcjonalności.
Urządzenia dobiera się na dalszym etapie sporządzania projektu. Dobrą praktyką przy
ustalaniu struktury połączeń jest zastosowanie tzw. metody zstępującej, czyli od ogółu
do szczegółu (ang. top-down). W pierwszej kolejności ustalamy ogólny schemat sieci
z siatką głównych połączeń oraz usług sieciowych. W następnych krokach doprecyzo3
wane zostają rozwiązania zastosowane na każdym poziomie sieci. Określone zostaną
urządzenia, ich rola w danym segmencie sieci, usługi które będą występowały w danym
obszarze. Uszczegółowienie projektu może również obejmować adresację IP, która będzie obowiązywała w projektowanej sieci. Dla zapewnienia elastyczności i łatwości konfiguracji urządzeń końcowych dobrą praktyką jest stosowanie serwerów DHCP do automatycznej adresacji. Jakiekolwiek zmiany adresów w sieci można wówczas dokonać
z jednego miejsca bez konieczności angażowania dużych sił i środków w zmianę ustawień stacji klienckich. W projekcie logicznym nie może zabraknąć informacji o planowanych sieciach wirtualnych. Technologia VLAN często stosowana jest do podziału większych sieci na niezależne mniejsze struktury. Fizycznie obsługiwane przez te same
switch’e logicznie tworzą niezależne mniejsze sieci, których użytkownicy nic o sobie nie
wiedzą. Jeżeli podczas projektowania zakładamy wykorzystanie tej technologii, niezbędna jest informacja o tym w schemacie logicznym. Często, tego rodzaju rozwiązania
służą do budowy niezależnej sieci do zarządzania urządzeniami. Informacja o takim
rozwiązaniu, pomimo swojego charakteru podwyższonego ryzyka, dla bezpieczeństwa
sieci również musi zostać opisana w schemacie. Tworząc diagramy sieci, inżynierowie
często mają tendencję czynić swoje projekty skomplikowanymi. Tworząc dokumentację
pamiętaj, że:






warto zachować prostotę dla przejrzystości rysunku i przekazywanej idei. Jeżeli
chcemy przekazać kilka rozwiązań, może warto rozłożyć ja na kolejne powiązane
ze sobą schematy;
dobrze jest oddzielać poszczególne warstwy logiczne sieci. Staraj się nie łączyć na
jednym schemacie routingu i koncepcji sieci VLAN;
należy unikać krzyżowania linii na diagramie. Im więcej linii skrzyżujesz, tym
schemat staje się mniej czytelny;
schemat zyska na czytelności, jeżeli będziesz układał linie nadając im kierunki
prostopadłe;
warto oddzielać lokalizacje na schemacie. Jeżeli projektowana sieć wykracza poza
jedną lokalizację, oznacz to np. prostokątem lub innym kolorem;
stosując ikony na rysunku staraj się je uporządkowywać w jednej linii. Podobnie,
jak w przypadku połączeń, wpłynie to znacząco na czytelność rysunku.
Podsumowując, projekt logiczny pokazuje strukturę połączeń urządzeń przy pomocy
okablowania. Zawiera koncepcję wykonania sieci bez określenia metodologii procesów
budowlanych. Jest niezbędny w końcowej fazie montażu sieci dla prawidłowego podłączenia okablowania. Na jego podstawie zostaną skonfigurowane odpowiednie VLAN-y
oraz ustawione trasy routingu.
b.
Projekt fizyczny sieci
Jeżeli została już opracowana koncepcja połączenia elementów sieci niezbędnych
do uzyskania efektu pożądanego przez inwestora, przystępujemy do projektu fizycznego. Mając zgromadzone niezbędne informacje o budynku w postaci:



planów budowlanych,
wizji lokalnej (notatki, fotografie),
notatki z miejsca inwestycji, z ustaleniami podpisanymi przez upoważnionego
przedstawiciela wykonawcy,
4
przystępujemy do pracy. Proces projektowania wiąże się często ze zmianami i kolejnymi
wersjami. Jeżeli to tylko możliwe, należy wykorzystywać narzędzia komputerowe do
wspomagania projektowania. Programy typu CAD pozwolą na niezliczoną liczbę poprawek i wersji bez konieczności żmudnego ręcznego poprawiania rysunków technicznych.
Od czego zaczynamy? Zakładając, że posiadamy rysunki techniczne budynku w formie
elektronicznej, tworzymy w programie kolejną warstwę, na której będziemy kreślili naszą sieć. Takie rozwiązanie pozwoli nam na wyłączanie zbędnych warstw, w celu nie
zaciemniania rysunku. Znając pomieszczenia, w których mają znajdować się elementy
sieci, nanosimy punkty dystrybucyjne, punkty przyłączeniowe oraz trasy przebiegów
kablowych. Oznaczamy na rysunku miejsca przejścia przez ściany, stropy. W każdym
przypadku, gdy planujemy zastosować nietypowe rozwiązanie lub z którym wykonawca
może mieć problem, miejsce takie należy wyraźnie zaznaczyć na planie.
Rysunek 5.2 Projekt fizyczny sieci
Źródło: http://www.sieci.net84.net/images/topologia-f.gif
Zastosowana symbolika i kolory powinny znaleźć się w legendzie rysunku. Na ich
podstawie instalatorzy odszyfrują zamysł projektanta. Podczas projektowania należy
przestrzegać norm dotyczących zastosowanego typu okablowania oraz bezwzględnie
przestrzegać maksymalnych odległości. W przypadku konieczności wykonanie instalacji
elektrycznej, należy rozdzielić sieć komputerową od elektrycznej stosując osobne systemy prowadzenia kabli. W przypadku wykorzystania koryt kablowych podwójnych
(z przegrodą w środku), przewody elektryczne układamy w części dolnej. Bardzo ważny
jest dobór lokalizacji dla punktu dystrybucyjnego. Nie może być to przypadkowe pomieszczenie. Zainstalowana szafa teleinformatyczna wyposażona będzie w sprzęt aktywny, który wymaga chłodzenia. Nie powinniśmy w związku z tym sięgać po pomieszczenia południowe naturalnie nagrzewane przez słońce. Jeżeli jest taka możliwość unikajmy pokoi z oknami, które również przyczyniają się do podwyższania temperatury.
W przypadku przewidywanej większej liczby sprzętu aktywnego, należy rozważyć konieczność klimatyzowania pomieszczenia. Dostarczenie na miejsce instalacji szafy
5
i sprzętu aktywnego również powinno być przewidziane na etapie projektowania. Droga
transportowa musi posiadać gładkie posadzki (bez progów) oraz odpowiedni gabaryt
dla swobodnego przemieszczania sprzętu. Jeżeli nie ma możliwości bezpiecznego transportu, należy przewidzieć inne pomieszczenie. Dodatkowe czynniki, które mogą dyskwalifikować miejsce na punkt dystrybucyjny to:



wysoka wilgotność pomieszczenia,
rury wodno-kanalizacyjne, które mogą być przyczyną wycieku,
brak odpowiedniej instalacji elektrycznej o mocy niezbędnej do zasilenia całego
sprzętu.
Jak widać, dobór pomieszczenia na główny punkt sieci nie jest prosty. Często projektanci
przedstawiają kilka alternatywnych punktów określając ich mocne i słabe strony.
c.
Dobór elementów pasywnych sieci
Budowa okablowania wiąże się z wyborami typów i kategorii kabli stosownie do
określonych wymagań. W przypadku instalacji sieci w miejscach o dużym nasileniu zakłóceń, należy zaprojektować okablowanie z dodatkowym ekranem. Miejsca krzyżowania się sieci komputerowej i elektrycznej wykonujemy pod kątem prostym, ograniczając
wpływ promieniowania elektromagnetycznego na przesyłane informacje. Należy bezwzględnie pamiętać o zachowaniu promienia gięcia kabli miedzianych i optycznych.
Zbyt silne zagięcie może spowodować obniżenie parametrów transmisyjnych lub
w skrajnym przypadku trwałe uszkodzenie. W przypadku miejsc o podwyższonym ryzyku pożaru należy stosować okablowanie w izolacji niepalnej LSZH. Montaż okablowania
to nie tylko przewody, ale również cały osprzęt do ich montażu i zakańczania. Istnieje
wiele firm, które specjalizują się w dostarczaniu kompletnych rozwiązań. Dokonując
wyboru systemu mocowania możemy sięgnąć np. po system korytowania firmy Legrand.
W szerokiej ofercie znajdziemy różnego rodzaju koryta plastikowe wraz z elementami
do ich łączenia kątowego. Dodatkowo producent ten dostarcza gniazda modułowe, które
pozwalają na montaż różnych zakończeń sieciowych np. RJ-45, RJ-11, BNC, itp. Konstrukcja modułowa pozwala na elastyczne zagospodarowywanie przestrzeni gniazda
w moduły odpowiadające wymogom danej sieci.
Rysunek 5.3 System modułowy do natynkowego prowadzenia i zakańczania kabli
Źródło:
http://www.emiter.net.pl/upload/articles/produkty/kanaly/KP/kanalKP150x60
b.JPG
6
Innego rodzaju osprzęt będzie wykorzystywany do budowy okablowania światłowodowego. Niebezpieczeństwo wynikające z propagacji dużej mocy optycznej narzuca dodatkowe warunki ochrony. Często kable światłowodowe instalowane są w dodatkowych rurach osłonowych zwanych wtórnikami lub peszlami. Instalując dłuższe odcinki sieci optycznej zabezpieczamy się dodatkowo przed skutkami awarii w przypadku
fizycznego uszkodzenia kabla. Na odcinku pomiędzy punktem A i B instalowane są zasobniki na zapas kabla światłowodowego. Nawinięty tam kabel będzie wykorzystany
w przypadku uszkodzenia fizycznego. Wyobraźmy sobie sytuację, gdy podczas instalacji
ogrzewania został uszkodzony kabel światłowodowy. Mając na uwadze jego konstrukcję
(przypominam, że rdzeń światłowodu to szkło krzemionkowe) spodziewamy się, że kilkadziesiąt centymetrów włókien nie nadaje się do użytku. Przywrócenie sprawności
wymagałoby wstawienia niewielkiego odcinka kabla i wykonania dwóch złącz, gdzie
pospawane zostaną wszystkie włókna. Niejednorodność kabla, dodatkowe tłumienie
oraz nakład pracy sprawiają, że rozwiązanie takie jest ostatecznością. Jeżeli w zasobniku
znajduje się jeszcze zapas kabla, zostanie on odwinięty, a kabel „podciągnięty” w miejscu
awarii. Uzyskane centymetry pozwolą na wykonanie pojedynczego złącza skracając czas
awarii i ograniczając tłumienie powstałe po połączeniu.
Rysunek 5.4 Mufa światłowodowa. Miejsce łączenia kabli optycznych
Źródło: http://www.fca.com.pl/img/media/0134A.jpg
Zakończenie kabli optycznych wykonywane jest na przełącznicach optycznych.
Instalowane w szafach teleinformatycznych pozwalają na dowolną aranżację połączeń
optycznych przy pomocy patchcordów. Integralną częścią każdej przełącznicy jest tacka
spawów, gdzie zabezpieczamy miejsce połączenia przed przypadkowym uszkodzeniem.
7
Rysunek 5.5 Przełącznica światłowodowa z widoczną wewnątrz tacką spawów
Źródło: http://www.optomer.com.pl/pub/produkty/93/276_PRZECZNICAWIATOWODOWA-PS-19.jpg
d.
Dobór elementów aktywnych sieci
Podstawowym elementem łączącym we współczesnych sieciach lokalnych jest
przełącznik. Stosowane w większych sieciach można podzielić na dwa rodzaje:


szkieletowe, które łączą przełączniki dostępowe i przenoszą główny ruch w sieci,
dostępowe, świadczące usługę przyłączenia dla urządzeń końcowych.
Wymagania stawiane przełącznikowi są związane z jego funkcją w sieci. Od pracujących w szkielecie wymaga się dużej wydajności, zwiększonego poziomu bezpieczeństwa oraz szybkich interfejsów przyłączeniowych. Urządzenia dostępowe nie przenoszą
tak dużego ruchu, dlatego ich podstawowym parametrem będzie ilość oferowanych interfejsów oraz możliwość obsługi sieci wirtualnych VLAN. Niektóre przełączniki mają
budowę modularną i pozwalają na rozbudowę o dodatkowe porty optyczne lub elektryczne. W przypadku rozbudowy sieci nie jest wówczas wymagana wymiana całego
urządzenia. Moduły optyczne w standardzie GBIC lub SFP pozwalają rozszerzyć funkcjonalność przełącznika o połączenia światłowodowe. Od rodzaju i jakości zastosowanej
wkładki optycznej zależy zasięg i przepustowość uzyskanego interfejsu.
8
Rysunek 5.6 Wkładka optyczna w standardzie GBIC
Źródło: http://sfpgigac.files.wordpress.com/2010/10/gbic.jpg
Obsługa protokołu STP lub RSTP pozwoli zapobiegać przed powstawaniem pętli
lokalnych. W przypadku planowania budowy sieci z nadmiarowymi połączeniami, jeden
z tych protokołów ochroni nas przed skutkami „zapętlenia” sieci. Wzrost ruchu na interfejsach szkieletowych może doprowadzić do ograniczenia wydajności sieci. W celu
zwiększenia przepływności na newralgicznych połączeniach można zastosować agregację portów. Większość przełączników zarządzalnych oferuje taką funkcjonalność, która
pozwala łączyć kilka interfejsów fizycznych w jeden logiczny.
Rysunek 5.7 Agregacja łączy Fast Ethernet w jeden interfejs logiczny
Źródło: materiały własne
9
Uzyskana w ten sposób zwiększona przepływność poprawi wydajność sieci. Należy tu uświadomić, że realizacja tej funkcjonalności przez producentów wygląda różnie.
Aby mieć pewność zadziałania takiego rozwiązania, na obu końcach sieci należy zastosować osprzęt tego samego producenta. Są jeszcze inne czynniki, jak wsparcie dla QoS
czy VoIP, które nakłonią nas do zaprojektowania tego czy innego przełącznika w sieci.
Ważne jest, aby jeżeli to możliwe, stosować rozwiązania jednej firmy. Ułatwi to w znacznym stopniu późniejsze administrowanie siecią i wyeliminuje problemy z kompatybilnością. Kolejnym ważnym elementem aktywnym w projektowanych sieciach jest router.
Większość projektowanych obecnie sieci jest dołączanych do innych sieci lub Internetu
i w tym celu musi zostać wyposażona w router na punkcie styku. Ze względu na różnorakość dostępnych rozwiązań podzielimy dostępne routery na sprzętowe i programowe.
W pierwszym przypadku mamy do czynienia z fizycznym urządzeniem, które za pomocą
dedykowanego hardware, z odpowiednim specjalistycznym oprogramowaniem, realizuje funkcje kierowania ruchem IP. Drugie spotykane rozwiązanie to najczęściej zwykły
komputer, wyposażony w więcej niż jedną kartę sieciową, który przy pomocy odpowiedniego oprogramowania decyduje o przenoszeniu pakietów między sieciami. Które
rozwiązanie jest lepsze? Nie ma prostej odpowiedzi na to pytanie. Znajdą się zwolennicy
sprzętowych routerów, którzy cenią sobie stabilność i wygodę korzystania z urządzenia
stworzonego tylko do określonego celu. Są również fani rozwiązań programowych, którzy wykorzystując często starsze komputery dają im nowe życie pod kontrolą systemu
Linux np. Vyatta. Ważne jest, aby podczas wyboru uwzględnić następujące czynniki:




wydajność pakietową określającą zdolność routera do przetworzenia określonej
liczby pakietów w ciągu jednej sekundy,
liczbę i rodzaj zainstalowanych w urządzeniu portów,
podatność na rozbudowę, budowę modułową, możliwość instalacji wkładek optycznych,
oprogramowanie urządzenia, jakie stwarza możliwości - czy producent przewiduje wsparcie i nadal je rozwija (upgrade).
Rysunek 5.8 Sprzętowe rozwiązania z oprogramowaniem VYATTA
Źródło: http://axisbasics.com/axisbasics/images/stories/vyatta.jpg
10
Po poddaniu ich analizie, powinniśmy zdecydować się na właściwe rozwiązanie.
Oprócz wymienionych przełączników i routerów, w projekcie mogą znaleźć się inne
urządzenia sieciowe, jak Access Pointy, media konwertery czy wreszcie serwery świadczące określone usługi sieciowe. Podobnie jak w przypadku routera, należy dogłębnie
przeanalizować ich parametry techniczne i określić czy spełniają stawiane przed nimi
wymagania. W dziedzinie serwerów nastała ostatnio powszechna moda na wirtualizacje.
Stosując silne rozwiązania sprzętowe można podzielić zasoby procesorów i pamięci pomiędzy kilka współistniejących wirtualnych systemów. Tworząc w ten sposób wydajne
systemy usługowe, ograniczamy potrzebne przestrzenie na instalację kolejnych serwerów w szafach teleinformatycznych.
Bibliografia:
1. Halska B., Bensel P.: Kwalifikacja E.13. Projektowanie lokalnych sieci komputerowych i administrowanie sieciami. Podręcznik do nauki zawodu technik informatyk.
Część 2. Helion, Gliwice 2013.
2. Pawlak R.: Okablowanie strukturalne sieci – Teoria i praktyka. Helion, Gliwice
2011.
11