1 Лабораторная работа Изучение сетевого уровня модели OSI на при. Лабораторная работа Изучение сетевого уровня модели osi на примере протокола ip. Изучение маршрутизации ip
 Скачать 184.28 Kb.
|
|
Лабораторная работа Изучение сетевого уровня модели OSI на примере протокола IP. Изучение маршрутизации IP Цель работы: Изучить правила адресации сетевого уровня, научиться распределять адреса между участниками сети передачи данных и организовывать маршрутизацию между сегментами сети. Изучить правила адресации сетевого уровня, научиться распределять адреса между участниками сети передачи данных и организовывать маршрутизацию между сегментами сети Оборудование: персональный компьютер, включенный в сеть IP, Microsoft Windows ЧАСТЬ 1 Сетевой уровень модели OSI Сетевой уровень отвечает за возможность доставки пакетов по сети передачи данных – совокупности сегментов сети, объединенных в единую сеть любой сложности посредством узлов связи, в которой имеется возможность достижения из любой точки сети в любую другую. В связи с необходимостью перенаправлять пакеты из одного сегмента сети в другой, сетевые адреса должны удовлетворять следующим требованиям: • адреса должны быть уникальны. В сети не может быть нескольких участников с одинаковыми адресами во избежание неоднозначности • сетевой адрес должен содержать информацию о том, как достичь получателя по сети. Это приводит к структурности адреса – адрес разбивается на части, позволяющие определить местоположение участника внутри сети. Структура может быть сложной многоуровневой , например адрес содержит информацию о стране, области, населенном пункте, предприятии, здании, отделе и т.д. или простой , содержащей номер сети и номер компьютера в сети. По сложной структуре легче построить маршрут прохождения пакета, но адрес оказывается сложным и перегруженным часто ненужной информацией. Примером такой адресации может служить доменная адресация в Интернет, по адресу asu.bru.mogilev.by нетрудно понять, где находится данный участник сети и как до него добраться. Простая структура позволяет значительно сократить размер адреса и сохраняет возможность работы в сети любой структуры, но для этого могут потребоваться сложные и, часто, не столь очевидные алгоритмы, как в предыдущем случае. Протокол IP Архитектуру сетевого уровня удобно рассматривать на примере сетевого протокола IP – самого распространенного в настоящее время, основного протокола сети Интернет. Термин «стек протоколов TCP/IP» означает «набор протоколов, связанных с IP и TCP(протоколом транспортного уровня)». Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут обмениваться пакетами. Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель: там пакет направляется к получателю. Таким образом, адрес получателя должен содержать в себе: 1 o номер (адрес) подсети; o номер (адрес) участника (хоста) внутри подсети. IP адреса представляют собой 32-х разрядные двоичные числа. Для удобства их записывают в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками. Каждое число является десятичным эквивалентом соответствующего байта адреса (для удобства будем записывать точки и в двоичном изображении). 192.168.200.47 является десятичным эквивалентом двоичного адреса 11000000.10101000.11001000.00101111 Иногда применяют десятичное значение IP-адреса. Его легко вычислить 192*256 3 +168*256 2 +200*256+47=3232286767 или с помощью метода Горнера : (((192*256)+168)*256+200)*256+47=3232286767 Количество разрядов адреса подсети может быть различным и определяется маской сети Маска сети также является 32-х разрядным двоичным числом. Разряды маски имеют следующий смысл: если разряд маски равен 1, то соответствующий разряд адреса является разрядом адреса подсети, а если 0, то разрядом хоста внутри подсети. Все единичные разряды маски (если они есть) находятся в старшей (левой) части маски, а нулевые (если они есть) – в правой (младшей). Исходя из вышесказанного, маску часто записывают в виде числа единиц в ней содержащихся. 255.255.248.0 (11111111.11111111.11111000.00000000) – является правильной маской подсети (/21), а 255.255.250.0 (11111111.11111111.11111010.00000000) – является неправильной, недопустимой. Нетрудно увидеть, что максимальный размер подсети может быть только степенью двойки (двойку надо возвести в степень, равную количеству нулей в маске). При передаче пакетов используются правила маршрутизации , главное из которых звучит так: «Пакеты участникам своей подсети доставляются напрямую, а остальным – по другим правилам маршрутизации». Таким образом, требуется определить, является ли получатель членом нашей подсети или нет. 1. Определение диапазона адресов подсети. Определение диапазона адресов подсети можно произвести из определения понятия маски: o те разряды, которые относятся к адресу подсети, у всех хостов подсети должны быть одинаковы; o адреса хостов в подсети могут быть любыми. То есть, если наш адрес 192.168.200.47 и маска равна /20, то диапазон можно посчитать: 11000000.10101000.11001000.00101111 –адрес 11111111.11111111.11110000.00000000 –маска 11000000.10101000.1100ХХХХ.ХХХХХХХХ –диапазон адресов где 0,1 – определенные значения разрядов, Х – любое значение, Что приводит к диапазону адресов: от 11000000.10101000.11000000.00000000 (192.168.192.0) до 11000000.10101000.11001111.11111111 (192.168.207.255) Двоичное Десятичное 10000000 128 11000000 192 11100000 224 11110000 240 11111000 248 11111100 252 11111110 254 11111111 255 2 Следует учитывать, что некоторые адреса являются запрещенными или служебными и их нельзя использовать для адресов хостов или подсетей. Этоадреса, содержащие: 0 в первом или последнем байте, 255 в любом байте (это широковещательные адреса), 127 в первом байте (внутренняя петля – этот адрес имеется в каждом хосте и служит для связывания компонентов сетевого уровня). Поэтому доступный диапазон адресов будет несколько меньше. Задания для самостоятельного решения: 1. Какие адреса из приведенного ниже списка являются допустимыми адресами хостов: 0.10.10.10 10.0.10.10 10.10.0.10 10.10.10.10 127.0.127.127 127.0.127.0 255.0.200.1 1.255.0.0 2. Перечислите все допустимые маски. 3. Определите диапазоны адресов подсетей (даны адрес хоста и маска подсети): 10.212.157.12/24 27.31.12.254/31 192.168.0.217/28 10.7.14.14/16 4. Какие из адресов 241.253.169.212 243.253.169.212 242.252.169.212 242.254.169.212 242.253.168.212 242.253.170.212 242.253.169.211 242.253.169.213 будут достигнуты напрямую с хоста 242.254.169.212/21 5. Посмотрите параметры IP на своем компьютере с помощью команды ipconfig. Определите диапазон адресов и размер подсети, в которой Вы находитесь. Попробуйте объяснить, почему выбраны такие сетевые параметры и какие сетевые параметры выбрали бы Вы. Вопросы для проверки: 1. Чем занимается сетевой уровень? 2. Что такое сеть передачи данных? 3. Какие требования предъявляются к сетевой адресации? 4. Можно ли использовать в качестве сетевого МАС-адрес? 5. Что такое маска подсети,? 6. Какова структура IP-адреса? 7. Чем определяется размер подсети? 8. Как определить диапазон адресов в подсети? 9. Как определить размер подсети? 3 ЧАСТЬ 2 Сетевой уровень отвечает за возможность доставки пакетов по сети передачи данных – совокупности сегментов сети, объединенных в единую сеть любой сложности посредством узлов связи, в которой имеется возможность достижения из любой точки сети в любую другую. Архитектуру сетевого уровня удобно рассматривать на примере сетевого протокола IP – самого распространенного в настоящее время, основного протокола сети Интернет. Термин «стек протоколов TCP/IP» означает «набор протоколов, связанных с IP и TCP(протоколом транспортного уровня)». Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут обмениваться пакетами. Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Шлюз (gateway)– любое сетевое оборудование с несколькими сетевыми интерфейсами и осуществляющее продвижение пакетов между сетями на уровне протоколов сетевого уровня. Из шлюза пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина- получатель; там пакет направляется к получателю. Таким образом, шлюз выполняет маршрутизацию – процедуру нахождения в структуре сети пути достижения получателя (построение пути доставки пакетов). Если хост подключен к нескольким сетям, он должен иметь несколько сетевых адресов, как минимум столько, сколько каналов к нему подключено. Маршрутизация производится по правилам маршрутизации , сведенным в таблицу маршрутизации Даже если хост не является шлюзом между подсетями, все равно в нем присутствует таблица маршрутизации, ведь любой хост должен отправлять пакеты напрямую членам своей подсети, через какой-то шлюз другим подсетям и не передавать в сеть пакеты, предназначенные самому себе (заворачивать их по внутренней петле 127.0.0.1). Таблица маршрутизации имеет следующий вид: Сетевой адрес Маска сети Адрес шлюза Интерфейс Метрика 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.200.1 192.168.200.47 30 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 192.168.192.0 255.255.240.0 192.168.200.47 192.168.200.47 30 192.168.200.47 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 30 192.168.200.255 255.255.255.255 192.168.200.47 192.168.200.47 30 224.0.0.0 240.0.0.0 192.168.200.47 192.168.200.47 30 255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.200.47 192.168.200.47 1 Сетевой адрес Начальный адрес подсети, порядок достижения которой описывает правило. Маска сети Маска подсети, которую описывает правило. Адрес шлюза Показывает, на какой адрес будут посланы пакеты, идущие в сеть назначения. Если пакеты будут идти напрямую, то указывается собственный адрес (точнее тот адрес того канала, через который будут передаваться пакеты). 4 Интерфейс Указывает адрес канала, через который будут передаваться пакеты. Интерфейс всегда принадлежит хосту, на котором находится правило. Метрика Определяет время, за которое пакет достигнет сети назначения. Правила применяются в порядке уменьшения масок. Правила с равными масками применяются в порядке увеличения метрики. Применение правила заключается в определении, принадлежит ли хост назначения сети, указанной в правиле, и если принадлежит, то пакет отправляется на адрес шлюза через интерфейс. Рассмотрим вышеприведенную таблицу маршрутизации, пересортировав правила: Сетевой адрес Маска сети Адрес шлюза Интерфейс Метрика 255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.200.47 192.168.200.47 1 192.168.200.47 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 30 192.168.200.255 255.255.255.255 192.168.200.47 192.168.200.47 30 192.168.192.0 255.255.240.0 192.168.200.47 192.168.200.47 30 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 224.0.0.0 240.0.0.0 192.168.200.47 192.168.200.47 30 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.200.1 192.168.200.47 30 255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.200.47 192.168.200.47 1 Обратите внимание на маску сети в первом правиле. Она описывает подсеть размером в 1 хост с адресом 255.255.255.255 – это широковещательный адрес. Пакеты будут посылаться на адрес 192.168.200.47 через интерфейс 192.168.200.47. Это наш адрес, т.е. пакеты будут отправляться напрямую. 192.168.200.255 255.255.255.255 192.168.200.47 192.168.200.47 30 Опять широковещательный адрес. Смотри предыдущий комментарий. 192.168.200.47 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 30 Опять такая же маска, но адрес нашего хоста. Отправлять будем через внутреннюю петлю. 192.168.192.0 255.255.240.0 192.168.200.47 192.168.200.47 30 А вот и наша подсеть. Отправляем напрямую. 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 Все, что начинается со 127, отправляем через внутреннюю петлю. 224.0.0.0 240.0.0.0 192.168.200.47 192.168.200.47 30 Класс D – отправляем напрямую. 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.200.1 192.168.200.47 30 Самое интересное правило. Маска покрывает ВСЕ возможные адреса! Пакеты отправляются через наш интерфейс на адрес 192.168.200.1. Правило применяется последним, поэтому его можно озвучить так: по всем адресам, которые не подошли по предыдущим правилам, пакеты отправляем на адрес 192.168.200.1 Такой адрес обычно имеется в любой сети и называется шлюзом по умолчанию (default gateway). Этот адрес скрывает от хостов и пользователей структуру сети и позволяет упростить таблицы маршрутизации и снять нагрузку с хостов, перенеся маршрутизацию на специально выделенные шлюзы – маршрутизаторы. Нетрудно догадаться, что все адреса в колонке Адрес шлюза должны достигаться напрямую, т.е. входить в нашу подсеть. Для работы с таблицами маршрутизации в составе ОС имеется программа route. Одной из основных задач, стоящих при проектировании сетей, является распределение по подсетям сетевых адресов из заданного диапазона, т.е. разделение сети на подсети. При разделении сети на подсети следует учитывать следующие правила: • размер подсетей должен быть степенью двойки • имеются запрещенные адреса • начальный адрес подсети должен быть кратен ее размеру 5 В качестве шлюза по умолчанию можно использовать любой узел, но, исходя из увеличения пропускной способности сети и уменьшения времени передачи пакетов, следует в качестве шлюза по умолчанию использовать либо ближайший узел, либо узел, соединенный с максимальным количеством сетей, т.е. следует учитывать топологию сети. Задания для самостоятельного решения: 1. С помощью программы route print посмотрите таблицу маршрутизации Вашего компьютера. Объясните все правила. 2. Посмотрите таблицу маршрутизации хоста, имеющего несколько каналов. Объясните все правила. 3. Посмотрите таблицу маршрутизации маршрутизатора. Объясните все правила. 4. Добавьте новое правило в таблицу маршрутизации для сети 192.168.0.0/24 через шлюз в вашей сети с последним байтом в адресе 125 и метрикой 12 5. Удалите это правило. 6. В соответствии с таблицей и схемами выполните задание на распределение адресов по подсетям (согласно варианта). Постройте таблицы маршрутизации для всех шлюзов и для одного хоста для каждого сегмента. № варианта Количество хостов в подсети Диапазон адресов a b с d e от до 1 5 10 20 15 50 10.0.20.0 10.0.20.255 2 20 15 6 70 25 192.168.0.0 192.168.0.255 3 15 25 5 40 5 112.38.25.128 112.38.25.255 4 24 32 8 10 2 196.13.49.0 196.13.49.128 5 50 16 64 20 15 68.76.115.0 68.76.115.255 6 40 6 10 12 5 211.3.45.0 211.3.45.128 7 5 10 20 15 50 10.0.20.0 10.0.20.255 8 16 12 8 60 20 92.190.0.0 92.190.0.255 9 30 15 7 20 8 34.40.25.128 34.40.25.255 10 34 22 15 3 2 76.17.46.0 76.17.46.128 11 30 26 54 30 15 8.71.15.0 8.71.15.255 12 30 16 6 16 5 71.5.55.0 71.5.55.128 b d a c e 1 b c a d 4 e b d a c 2 e b d a c 5 e b d a c 3 e b d a c 6 e 6 7. Разделите сеть, состоящую из трех сегментов, имеющую диапазон адресов 192.168.0.32 – 192.168.0.159 на подсети, содержащие 64, 20 и 44 хостов (включая шлюзы). Вопросы для проверки: 1. Сколько адресов может иметь хост? 2. Может ли у хоста быть прописано несколько шлюзов и почему? 3. Может ли у хоста быть прописано несколько шлюзов по умолчанию и почему? 4. Чем отличаются таблицы у разных классов сетевых устройств и почему? 5. Почему начальный адрес подсети должен быть кратен ее размеру? 6. Чем Вы руководствовались при выборе шлюзов по умолчанию? 7. Может ли физический сегмент сети содержать несколько сетевых подсетей? 7 |