Структура и методология выполнения дипломной работы по теме «Проектирование ЛВС»

Введение как фундамент дипломного проекта

В современном мире эффективная работа любой организации — от малого бизнеса до крупных государственных структур — немыслима без надежной IT-инфраструктуры. Центральным элементом этой инфраструктуры является локальная вычислительная сеть (ЛВС), которая объединяет рабочие места, серверы и периферийные устройства в единое информационное пространство. Именно поэтому актуальность дипломной работы по проектированию ЛВС чрезвычайно высока: грамотно спроектированная сеть напрямую влияет на скорость бизнес-процессов, производительность труда и безопасность корпоративных данных.

В качестве примера можно рассмотреть ФКУ «Военный комиссариат Омской области», где оперативный обмен информацией и защита данных имеют критическое значение. Устаревшая сетевая инфраструктура может приводить к задержкам в обработке документов, невозможности использовать современные программные комплексы и, что самое опасное, к уязвимостям в системе безопасности. Проектирование новой или модернизация существующей ЛВС решает эти проблемы.

Таким образом, цель дипломной работы — разработать проект локальной вычислительной сети, который полностью отвечает современным требованиям к производительности, надежности, масштабируемости и безопасности.

Для достижения этой цели необходимо решить ряд последовательных задач:

1. Провести анализ современных сетевых технологий, стандартов и протоколов.
2. Изучить объект автоматизации, определить его потребности и сформулировать технические требования к будущей сети.
3. Обосновать выбор сетевой топологии, архитектуры и технологий передачи данных.
4. Подобрать необходимое активное и пассивное сетевое оборудование.
5. Разработать схему IP-адресации и политику безопасности.
6. Выполнить экономическое обоснование проекта, рассчитав капитальные и операционные затраты.

Теоретические основы проектирования сетей

Прежде чем приступать к практическому проектированию, необходимо заложить прочный теоретический фундамент. Понимание базовых концепций позволяет принимать осознанные и обоснованные инженерные решения. Краеугольным камнем сетевых технологий является семиуровневая сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection). Она описывает процесс взаимодействия сетевых устройств на разных уровнях: от физической передачи сигналов (физический уровень) до работы приложений пользователя (прикладной уровень). Для проектировщика важно понимать функции каждого уровня, чтобы правильно диагностировать проблемы и выбирать оборудование.

Существует две основные сетевые архитектуры, определяющие логику взаимодействия устройств в сети:

• Одноранговая (peer-to-peer): Все компьютеры в сети равноправны. Каждый пользователь самостоятельно решает, какие ресурсы своего ПК сделать общедоступными. Такая архитектура проста в настройке, но подходит только для очень маленьких сетей (до 10 машин) из-за сложностей с управлением и обеспечением безопасности.
• Клиент-серверная: В сети выделяется один или несколько мощных компьютеров — серверов, которые хранят общие данные и управляют доступом к ресурсам (файлам, принтерам). Остальные компьютеры (клиенты) обращаются к серверам для получения необходимых данных или услуг. Эта архитектура обеспечивает централизованное управление, высокую безопасность и производительность, что делает ее стандартом для большинства организаций.

Физическое расположение компьютеров и кабелей описывается топологией сети. Выбор топологии влияет на стоимость, надежность и сложность обслуживания сети.

Основные топологии:

• Шина (Bus): Все компьютеры подключаются к одному общему кабелю (коаксиальному). Преимущество — дешевизна и простота. Ключевой недостаток — низкая надежность (обрыв кабеля в любом месте парализует всю сеть) и падение производительности при увеличении числа узлов. Сегодня практически не используется.
• Кольцо (Ring): Устройства подключаются последовательно, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одного компьютера к другому в одном направлении. Недостаток схож с «шиной» — выход из строя одного компьютера или обрыв кабеля нарушает работу всей сети.
• Звезда (Star): Все устройства подключаются к центральному узлу — коммутатору или концентратору. Это самая распространенная сегодня топология. Ее главное преимущество — высокая надежность: обрыв кабеля или неисправность одного компьютера не влияет на работу остальных.

Наконец, любой проект должен опираться на ключевые принципы проектирования: безопасность, универсальность (поддержка открытых стандартов), управляемость и масштабируемость, то есть возможность легкого расширения сети в будущем.

Инструментарий и компоненты современной ЛВС

Современная локальная сеть состоит из множества аппаратных и программных компонентов, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию. Все сетевое оборудование принято делить на две большие категории.

Активное оборудование — это устройства, которые анализируют и преобразуют сетевые сигналы. К ним относятся:

• Коммутаторы (свитчи): Являются центром сети с топологией «звезда». Они соединяют все устройства в единый сегмент и передают данные адресно, только тому компьютеру, которому они предназначены.
• Маршрутизаторы (роутеры): Необходимы для соединения нескольких сетей (например, локальной сети и интернета) и для выбора наилучшего пути доставки данных между ними.
• Точки доступа: Обеспечивают подключение к сети беспроводных устройств по технологии Wi-Fi.

Пассивное оборудование — это компоненты, которые не требуют питания и служат для передачи сигнала. Основой пассивной инфраструктуры является структурированная кабельная система (СКС). СКС — это универсальная кабельная среда здания, которая включает в себя:

• Кабели: Чаще всего используется медный кабель «витая пара» (например, категории Cat-5e, поддерживающий скорость до 1 Гбит/с) и оптоволоконный кабель для высокоскоростных магистральных соединений.
• Патч-панели и розетки: Служат для удобного и упорядоченного подключения кабелей от рабочих мест к коммутационному оборудованию.

Особое внимание сегодня уделяется беспроводным технологиям. При проектировании Wi-Fi сети необходимо учитывать современные стандарты, такие как 802.11ac (Wi-Fi 5) и 802.11ax (Wi-Fi 6), которые обеспечивают высокую скорость и стабильность соединения. Для защиты беспроводной сети от несанкционированного доступа критически важно использовать надежные протоколы безопасности, предпочтительно WPA3, который пришел на смену устаревшему WPA2.

Для проверки проектных решений перед их физической реализацией используются программные средства моделирования. Наиболее популярным инструментом в учебных и профессиональных целях является Cisco Packet Tracer, позволяющий создавать виртуальные сети, настраивать оборудование и анализировать потоки данных.

Практический раздел, где мы анализируем исходные данные

Любой успешный проект начинается не с выбора оборудования, а с тщательного предпроектного анализа. Этот этап — фундамент, на котором будет строиться вся дальнейшая работа. Его задача — собрать и систематизировать все требования к будущей сети, чтобы принятые решения были не интуитивными, а строго обоснованными.

Первый шаг — это описание объекта автоматизации. Необходимо собрать всю исходную информацию: планы здания с указанием расположения рабочих мест, количество сотрудников в каждом отделе, перечень серверов и периферийных устройств (принтеры, сканеры). Если в организации уже существует какая-то сеть, необходимо проанализировать ее текущее состояние, выявив «узкие места» и проблемы.

Далее, на основе потребностей организации, формулируются бизнес-требования. Это описание того, какие задачи должна решать сеть с точки зрения пользователей и руководства. Например:

• Обеспечить всем сотрудникам стабильный доступ в Интернет.
• Предоставить возможность совместной работы с документами, хранящимися на центральном сервере.
• Организовать работу IP-телефонии.
• Обеспечить беспроводной доступ к сети для гостей и мобильных сотрудников.
• Предоставить защищенный удаленный доступ для сотрудников, работающих из дома.

Наконец, самый ответственный шаг — это трансформация бизнес-требований в конкретные технические требования. Это уже язык цифр и параметров, понятный инженеру. На этом этапе определяются:

1. Требуемая пропускная способность: Например, 1 Гбит/с для рабочих станций, 10 Гбит/с для серверных подключений.
2. Уровень надежности: Допустимое время простоя сети в год (например, не более 8 часов).
3. Масштабируемость: Сеть должна иметь запас портов и производительности для подключения новых сотрудников и устройств (например, на 30% больше текущей потребности).
4. Требования к безопасности: Необходимость изоляции сетей разных отделов друг от друга, фильтрации трафика, строгой аутентификации пользователей.

Итогом этого этапа должен стать формализованный документ — техническое задание, которое будет служить главным ориентиром на всех последующих стадиях проектирования.

Процесс проектирования архитектуры будущей сети

Имея на руках четкое техническое задание, можно приступать к разработке архитектуры ЛВС. Это ключевой раздел дипломной работы, где теоретические знания находят практическое применение.

1. Выбор топологии

На основе анализа требований необходимо обосновать выбор физической топологии сети. Для большинства современных офисных и корпоративных сетей оптимальным выбором является иерархическая (или расширенная) звезда. Эта топология предполагает несколько уровней коммутации: коммутаторы уровня доступа, к которым подключаются конечные пользователи, и коммутатор(ы) уровня ядра, объединяющие все сегменты сети в единое целое. Такая структура обеспечивает высокую надежность, управляемость и производительность.

2. Проектирование СКС

Этот этап включает разработку плана расположения кабельной инфраструктуры. На планах здания необходимо отметить расположение телекоммуникационных шкафов, прокладку кабельных трасс (в коробах или за фальшпотолком), а также точное местоположение компьютерных и телефонных розеток на рабочих местах. Важно соблюдать стандарты и ограничения, например, максимальная длина медного кабеля «витая пара» от коммутатора до рабочего места не должна превышать 90-100 метров.

3. Подбор оборудования

Это один из самых ответственных шагов. На основе требований к производительности, количеству портов и функциональности подбираются конкретные модели сетевого оборудования. Важно не просто перечислить устройства, а обосновать свой выбор, сравнив 2-3 подходящие модели от разных производителей (например, Cisco, D-Link, Zyxel) по ключевым параметрам и цене.

Пример таблицы для сравнения коммутаторов уровня доступа:

Параметр	Модель A	Модель B
Количество портов 1 Гбит/с	24	24
Наличие SFP-портов (10 Гбит/с)	2	4
Поддержка VLAN	Да	Да
Примерная стоимость	$200	$280

Вывод: Модель B дороже, но предлагает больше высокоскоростных портов для связи с ядром сети, что обеспечивает лучшую масштабируемость.

4. Разработка схемы IP-адресации

Правильная IP-адресация — ключ к управляемой и безопасной сети. Для этого используется технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Сеть логически разделяется на несколько изолированных сегментов, например, для каждого отдела (бухгалтерия, администрация, отдел разработки) создается своя VLAN. Это позволяет:

• Повысить безопасность: Трафик одного отдела по умолчанию не виден другому. Доступ между отделами можно гибко настраивать на маршрутизаторе.
• Улучшить управляемость: Разделение на широковещательные домены снижает нагрузку на сеть.
• Упростить администрирование: Политики доступа и правила применяются не к отдельным пользователям, а к целым подсетям.

Для каждой VLAN выделяется свой диапазон IP-адресов из «серого» диапазона (например, 192.168.10.0/24, 192.168.20.0/24 и т.д.).

Вопросы настройки, безопасности и администрирования

Проектирование ЛВС не заканчивается на выборе оборудования и прокладке кабелей. Созданная физическая инфраструктура — это лишь «скелет», который необходимо «оживить» с помощью грамотной настройки и защитить от внешних и внутренних угроз.

Первым шагом является базовая настройка оборудования. Для коммутаторов это включает в себя создание VLAN и присвоение портам соответствующей виртуальной сети. Для маршрутизатора — настройка интерфейсов, правил маршрутизации между VLAN и конфигурация доступа в интернет через NAT (Network Address Translation).

Центральным элементом защиты сети является разработка политики безопасности. Ее ядро — настройка межсетевого экрана (firewall). Это устройство или программное обеспечение, которое контролирует и фильтрует весь трафик, проходящий между локальной сетью и интернетом, а также между различными VLAN. На firewall создаются правила, которые явно разрешают или запрещают определенные типы соединений. Например, можно разрешить доступ извне только к веб-серверу компании и запретить все остальные подключения.

Для контроля доступа к внутренним ресурсам необходимо продумать систему идентификации и аутентификации пользователей. Это может быть реализовано с помощью сетевых служб, таких как Active Directory, где для каждого сотрудника создается учетная запись с уникальным логином и паролем. Доступ к общим папкам и принтерам предоставляется на основе членства пользователя в определенных группах (например, «Бухгалтерия», «Руководство»).

Особого внимания требует безопасность беспроводного сегмента. Недостаточно просто установить пароль на Wi-Fi. В корпоративной среде рекомендуется использовать протокол WPA2/WPA3-Enterprise. В отличие от «домашнего» режима (PSK), где все пользователи используют один и тот же пароль, режим Enterprise требует, чтобы каждый сотрудник проходил аутентификацию со своей уникальной учетной записью. Это позволяет не только повысить безопасность, но и персонализировать доступ, а также мгновенно отключать от сети уволенных сотрудников.

Как рассчитать экономическую эффективность проекта

Технически безупречный проект может быть отклонен, если его финансовая целесообразность не доказана. Поэтому экономическое обоснование — это неотъемлемая и важная часть дипломной работы, демонстрирующая комплексный подход к решению задачи.

Расчет начинается с составления сметы капитальных затрат (CAPEX). Это единовременные инвестиции, необходимые для запуска проекта. В эту смету включаются:

• Стоимость оборудования: коммутаторы, маршрутизаторы, межсетевые экраны, точки доступа, серверы.
• Стоимость структурированной кабельной системы (СКС): кабель, розетки, патч-панели, короба.
• Стоимость программного обеспечения: лицензии на операционные системы, антивирусное ПО.
• Стоимость монтажных и пусконаладочных работ: прокладка кабеля, установка и настройка оборудования.

Далее необходимо рассчитать операционные затраты (OPEX) — это регулярные расходы, связанные с эксплуатацией новой сети. К ним относятся:

• Заработная плата системного администратора.
• Оплата услуг интернет-провайдера.
• Расходы на электроэнергию для питания оборудования.
• Возможные затраты на ремонт или замену вышедших из строя компонентов.

Самая сложная часть — это расчет экономической эффективности. В реальных бизнес-проектах для этого используются сложные показатели, такие как ROI (Return on Investment). В рамках дипломной работы можно пойти более простым, но не менее убедительным путем — доказать эффективность через качественные показатели и предотвращенные убытки. Новая ЛВС приносит выгоды, которые можно оценить:

• Повышение производительности труда: Сокращение времени на открытие файлов, отправку данных, отсутствие простоев из-за сбоев сети напрямую влияет на эффективность работы сотрудников.
• Снижение рисков: Надежная система резервного копирования и защита от вирусов предотвращают потерю критически важной коммерческой информации, убытки от которой могут быть колоссальными.
• Оптимизация бизнес-процессов: Возможность использования IP-телефонии, систем видеоконференцсвязи и корпоративных порталов снижает командировочные и коммуникационные расходы.

В итоговом выводе необходимо сопоставить общую сумму затрат (CAPEX + OPEX за определенный период) и те выгоды, которые получит организация. Это позволяет сделать аргументированный вывод о целесообразности реализации проекта.

Заключение и оформление финальных документов

Заключение — это финальный и очень важный раздел дипломной работы, который подводит итоги всего исследования. Оно должно быть четким, лаконичным и логически связанным с введением. Не следует вводи��ь новую информацию; цель заключения — резюмировать проделанную работу и представить ее результаты.

Структура заключения должна зеркально отражать задачи, поставленные во введении. Сначала кратко повторите, какая цель была поставлена в начале работы. Например: «Целью данной дипломной работы являлась разработка проекта модернизации локальной вычислительной сети для…»

Затем последовательно перечислите, как были решены поставленные задачи, и какие конкретные результаты были получены по каждой из них:

1. «В ходе работы был проведен анализ теоретических основ построения ЛВС, рассмотрены современные сетевые технологии, топологии и модели, что позволило сформировать теоретическую базу для принятия проектных решений.»
2. «На основе анализа объекта автоматизации были сформулированы технические требования к сети, включая необходимую пропускную способность, уровень надежности и безопасности.»
3. «Было обосновано применение иерархической топологии ‘звезда’, подобраны конкретные модели коммутаторов и маршрутизаторов с учетом критериев производительности и стоимости.»
4. «Разработана схема IP-адресации с использованием VLAN для сегментации трафика и повышения безопасности.»
5. «Рассчитана полная стоимость проекта, включая капитальные и операционные затраты, и доказана его экономическая целесообразность за счет повышения производительности труда и снижения рисков.»

После этого формулируется главный вывод, который должен прямо отвечать на поставленную цель: «Таким образом, цель дипломной работы достигнута. Разработанный проект ЛВС полностью соответствует изначальным техническим требованиям, является технически современным, экономически обоснованным и готовым к внедрению.»

В завершение необходимо дать рекомендации по оформлению списка литературы и приложений. Подчеркните, что в приложения следует вынести все вспомогательные материалы, такие как структурная схема сети, планы расположения оборудования, спецификация оборудования и материалов, подробные сметы. Это делает основной текст работы более читаемым и демонстрирует глубину проработки проекта.

Список использованной литературы

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. / Компьютерные сети. СПб. Издательство «Питер», 2015.
2. Иванов Д.И. / Администрирование сетей. СПб. Издательство «КУ-ДИЦ-Пресс», 2007.
3. Кенин М.А., Колисниченко Н.Д. / Самоучитель системного админи-стратора. СПб. Издательство «БХВ-Петербург», 2016.
4. Бeлoв A. Зaмeтки Cиc.Aдминa [Элeктpoнный pecуpc]: Oблaчныe тexнoлoгии для зeмныx пoльзoвaтeлeй, 2012. Дaтa oбнoвлeния: 17.12.2013. URL: http://sonikelf.ru/oblachnуe-texnologii-dlуa-zemnуxpolzovatelej/
5. Microsoft. Установка и настройка серверов [Элeктpoнный pecуpc]: Настройка серверов, 2013. Дата обновления: 25.01.2015. URL: https://technet.microsoft.com/ru-ru/library/cc755183(v=ws.11).aspx (да-та обращения: 10.05.16)
6. Кэти Айвенс Компьютерные сети Питер 2006
7. Крейг Закер Компьютерные сети БХВ-Петербург, 2001
8. Спортак М. и др. Компьютерные сети. Книга 2. —Киев: Диасофт, 1999.
9. В.Г. Олифер. Н.А. Олифер Компьютерные сети, принципы, техноло-гии, протоколы 4-е издание 2010.