Методические указания по выполнению лабораторного практикума дисциплина Сети эвм и телекоммуникации
 Скачать 389.91 Kb.
|
|
1.5 Справочные данные IEEE Таблица 1.1 – Общие ограничения для всех стандартов Ethernet Характеристика Значение Номинальная пропускная способность 10 Мбит/с Максимальное число станций в сети 1024 Максимальное расстояние между узлами в сети 2500 м (в 10Base-FB – 2750 м) Максимальное число коаксиальных сегментов в сети 5 Таблица 1.2 – Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet Параметр 10Base-5 10Base-2 10Вазе-Т 10Base- F Кабель Толстый ко- аксиальный кабель RG-8 или RG-11 Тонкий ко- аксиальный кабель RG- 58 Неэкраниро- ванная витая пара катего- рий 3,4,5 Многомодо- вый воло- конно- оптический кабель Максимальная длина сегмента, м 500 185 100 2000 Максимальное расстояние меж- ду узлами сети (при использо- вании повторителей), м 2500 925 500 2500 (2740 для 10Base- FB) Концентратор 1 Концентратор 2 Концентратор 4 Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7 Узел 1 Узел 2 Узел 3 Сегмент 1 Сегмент 3 Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6 Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9 Вариант 12 17 Продолжение таблицы 1.2 Параметр 10Base-5 10Base-2 10Вазе-Т 10Base- F Максимальное число станций в сегменте 100 30 1024 1024 Максимальное число повтори- телей между любыми станция- ми сети 4 4 4 4 (5 для 10Base-FB) Таблица 1.3 – Данные для расчета значения PDV Тип сегмента База левого сегмента, bt База проме- жуточного сегмента, bt База правого сегмента, bt Задержка сре- ды на 1 м, bt Максималь- ная длина сегмента, м 10Base-5 11,8 46,5 169,5 0,0866 500 10Base-2 11,8 46,5 169,5 0,1026 185 10Base-T 15,3 42,0 165,0 0,113 100 10Base-FB – 24,0 – 0,1 2000 10Base-FL 12,3 33,5 156,5 0,1 2000 FOIRL 7,8 29,0 152,0 0,1 1000 AUI (>2 м) 0 0 0 0,1026 2+48 Таблица 1.4 – Уменьшение межкадрового интервала повторителями Тип сегмента Передающий сегмент, bt Промежуточный сегмент, bt 10Base-5 или 10Base-2 16 11 10Base-FB – 2 10Base-FL 10,5 8 10Base-T 10,5 8 1.6 Контрольные вопросы 1. Поясните механизм доступа к разделяемой среде в технологии Ethernet. 2. В каких случаях возможна оценка корректности конфигурации по физи- ческим ограничениям? 3. Сформулируйте условие надежного распознавания коллизий. 4. С какой целью вводится ограничение на уменьшение межкадрового ин- тервала? 5. В каком случае и почему для самого длинного пути проводятся два рас- чета? 18 2 Изучение структуры IP-адреса Цель работы: изучение принципов адресации в сетях TCP/IP и приобре- тение практических навыков применения и назначения IP-адресов с использо- ванием масок. Необходимое оборудование: калькулятор. 2.1 Типы адресов стека TCP/IP В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена. В терминологии TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип ад- реса, который используется средствами базовой технологии для доставки дан- ных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети. В разных подсетях допустимы разные сетевые технологии, разные стеки протоколов, по- этому при создании стека TCP/IP предполагалось наличие разных типов ло- кальных адресов. Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локаль- ный адрес – это МАС-адрес. Однако протокол IP может работать и над прото- колами более высокого уровня, например, над протоколом IPX или Х.25. В этом случае локальными адресами для протокола IP соответственно будут ад- реса IPX и Х.25. Компьютер в локальной сети может иметь несколько локаль- ных адресов даже при одном сетевом адаптере. Некоторые сетевые устройства не имеют локальных адресов. Например, к таким устройствам относятся гло- бальные порты маршрутизаторов, предназначенные для соединений типа «точ- ка-точка». IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании кото- рых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например, 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран админист- ратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразде- ления Internet (Internet Network Information Center, InterNIC), если сеть должна 19 работать как составная часть Internet. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собст- венный IP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. Символьные доменные имена. Символьные имена в IP-сетях называются доменными и строятся по иерархическому признаку. Между доменным именем и IP-адресом узла нет никакого алгоритмического соответствия, поэтому необ- ходимо использовать какие-то дополнительные таблицы или службы, чтобы узел сети однозначно определялся как по доменному имени, так и по IP-адресу. В сетях TCP/IP используется специальная распределенная служба Domain Name System (DNS), которая устанавливает это соответствие на основании создавае- мых администраторами сети таблиц соответствия. Поэтому доменные имена называют также DNS-именами. 2.2 Классы IP-адресов IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например: 128.10.2.30 – традиционная десятичная форма представления адреса; 10000000 00001010 00000010 00011110 – двоичная форма представления этого же адреса. Адрес состоит из двух логических частей – номера сети и номера узла в се- ти. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая – к номеру узла, опре- деляется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес. На рисунке 2.1 показана структура IP-адресов различных классов. Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занима- ет один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети 20 класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) Количество узлов в сетях класса А может достигать 2 24 , то есть 16 777 216 уз- лов. Рисунок 2.1 – Классы IP-адресов (с – бит, входящий в номер сети; у – бит, входящий в номер узла; а – бит, входящий в адрес группы multicast; з – бит, входящий в зарезервированный адрес) Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В се- тях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит. Таким обра- зом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2 16 , что составляет 65 536 узлов. Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла – 8 бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 2 8 , то есть 256 узлами. Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес – multicast. Если в пакете в ка- честве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны полу- чить все узлы, которым присвоен данный адрес. Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений. Класс A. 0ссссссс уууууууу уууууууу уууууууу Класс B. 10сссссс сссссссс уууууууу уууууууу Класс C. 110ссссс сссссссс сссссссс уууууууу Класс D. 1110аааа аааааааа аааааааа аааааааа Класс E. 11110ззз зззззззз зззззззз зззззззз 21 2.3 Особые IP-адреса В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпрета- ции IP-адресов: − Если весь IP-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; этот режим используется только в некоторых сообщениях ICMP. − Если в поле номера сети стоят только нули, то по умолчанию узел на- значения принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет. − Если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковеща- тельным сообщением (limited broadcast). − Если в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет с таким адресом рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Напри- мер, пакет с адресом 192.190.21.255 доставляется всем узлам сети 192.190.21.0. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast). При адресации необходимо учитывать те ограничения, которые вносятся особым назначением некоторых IP-адресов. Так, ни номер сети, ни номер узла не может состоять только из одних двоичных единиц или только из одних дво- ичных нулей. Отсюда следует, что максимальное количество узлов, приведен- ное для сетей каждого класса, на практике должно быть уменьшено на 2. На- пример, в сетях класса С под номер узла отводится 8 бит, которые позволяют задавать 256 номеров: от 0 до 255. Однако на практике максимальное число уз- лов в сети класса С не может превышать 254, так как адреса 0 и 255 имеют спе- циальное назначение. Из этих же соображений следует, что конечный узел не может иметь адрес типа 98.255.255.255, поскольку номер узла в этом адресе класса А состоит из одних двоичных единиц. Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Он ис- пользуется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Когда программа посылает данные по IP-адресу 127.0.0.1, то 22 образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются мо- дулям верхнего уровня как только что принятые. Поэтому в IP-сети запрещает- ся присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся со 127. Этот адрес имеет на- звание loopback. В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локаль- ных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP- адрес имеют пределы распространения в интерсети – они ограничены либо се- тью, к которой принадлежит узел-источник пакета, либо сетью, номер которой указан в адресе назначения. Уже упоминавшаяся форма группового IP-адреса – multicast – означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые об- разуют группу с номером, указанным в поле адреса. Узлы сами идентифициру- ют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Члены какой-либо группы multicast не обязательно должны принадлежать одной сети. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом. Групповая адресация предназначена для экономичного распространения в Internet или большой корпоративной сети аудио- или видеопрограмм, предна- значенных сразу большой аудитории слушателей или зрителей. Если такие средства найдут широкое применение, то Internet сможет создать серьезную конкуренцию радио и телевидению. 2.4 Использование масок в IP-адресации Важным элементом разбиения адресного пространства Internet являются подсети. Подсеть – это подмножество сети, не пересекающееся с другими под- сетями. Это означает, что сеть организации может быть разбита на фрагменты, каждый из которых будет составлять подсеть. Реально, каждая подсеть соответ- ствует физической локальной сети (например, сегменту Ethernet). Подсети ис- пользуются для того, чтобы обойти ограничения физических сетей на число уз- лов в них и максимальную длину кабеля в сегменте сети. Например, сегмент 23 тонкого Ethernet имеет максимальную длину 185 м и может включать до 32 уз- лов. Самая маленькая сеть класса С может состоять из 254 узлов. Для того что- бы достичь этого значения, необходимо объединить несколько физических сег- ментов сети. Сделать это можно либо с помощью физических устройств (на- пример, повторителей), либо при помощи машин-шлюзов. В первом случае разбиение на подсети не требуется, так как логически сеть выглядит как одно целое. При использовании шлюза сеть разбивается на подсети. Разбиение сети на подсети использует ту часть IP-адреса, которая закреп- лена за номерами компьютеров. Администратор сети может замаскировать часть IP-адреса и использовать ее для назначения номеров подсетей. Фактиче- ски способ разбиения адреса на две части теперь будет применяться к адресу компьютера из IP-адреса сети, в которой организуется разбиение на подсети. Маска подсети – это четыре байта, которые накладываются на IP-адрес для получения номера подсети. Например, маска 255.255.255.0 позволяет разбить сеть класса B на 254 подсети по 254 узла в каждой. Подсети не только решают, но и создают ряд проблем. Например, происходит потеря адресов, но уже не по причине физических ограничений, а по причине принципа построения адресов подсети. Так, выделение трех битов на адрес подсети приводит к образованию не восьми, а только шести подсетей, так как номера 0 и 7 нельзя использовать в силу специального значения IP-адресов, состоящих из нулей или из единиц. Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения: класс А – 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0); класс В – 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0); класс С – 11111111. 11111111. 11111111. 00000000 (255.255.255.0). Снабжая каждый IP-адрес маской, можно отказаться от понятий классов адресов и сделать систему адресации более гибкой. Например, адрес 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, то есть адрес относится к классу В. Следовательно, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами – 185.23.0.0, а номером узла – 0.0.44.206. Если этот адрес ас- 24 социировать с маской 255.255.255.0, то номером подсети будет 185.23.44.0, а не 185.23.0.0, как это определено системой классов. В масках количество единиц в последовательности, определяющей грани- цу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8, чтобы повторять деле- ние адреса на байты. Пусть, например, для IP-адреса 129.64.134.5 указана маска 255.255.128.0, то есть в двоичном виде: IP-адрес 129.64.134.5 – 10000001.01000000.10000110.00000101 Маска 255.255.128.0 – 11111111.11111111.10000000.00000000 Если использовать для определения границы номера сети маску, то 17 по- следовательных единиц в маске, «наложенные» на IP-адрес, определяют в каче- стве номера сети в двоичном выражении число: 10000001. 01000000. 10000000. 00000000 или в десятичной форме записи – номер сети 129.64.128.0, а номер узла 0.0.6.5. 2.5 Задание на лабораторную работу 1. Ознакомиться с теоретическим материалом. 2. Разработать приложение, которое по заданному классу (А, В или С), ко- личеству подсетей N и максимальному количеству компьютеров M в подсети определяет маску для разбиения на подсети и список возможных IP-адресов подсетей. Если разбиение на подсети невозможно, приложение должно выда- вать соответствующее сообщение об ошибке. 2.6 Контрольные вопросы 1. Назовите типы адресов, используемые в стеке TCP/IP. Охарактеризуйте их назначение и применяемые схемы адресации. 2. Назовите и охарактеризуйте классы IP-адресов. 3. Для каких целей используются договоренности об особых адресах? 4. Для каких целей при назначении адресов используются маски? 5. Опишите вид маски и принцип ее использования. 6. Опишите методику выбора маски по заданным в лабораторной работе параметрам. 25 3 Взаимодействие прикладных программ с помощью транспортного протокола TCP Цель работы: изучение принципов организации обмена сообщениями ме- жду сетевыми приложениями по протоколу TCP и приобретение практических навыков создания клиент-серверных приложений на основе компонентов TClientSocket и TServerSocket. Необходимое оборудование: IBM PC-совместимый компьютер, подклю- ченный к локальной сети, с установленным программным обеспечением Bor- land Delphi версии 5.0 и выше. 3.1 Транспортный протокол TCP TCP (Transmission Control Protocol) – это один из самых широко распро- страненных протоколов транспортного уровня. Главная функция TCP заключа- ется в доставке сообщений без потерь, чего не может гарантировать протокол более низкого уровня IP (Internet Protocol). Для доставки сообщений предвари- тельно устанавливается соединение между процессом-отправителем и процес- сом-получателем. Данное соединение осуществляет надежную доставку паке- тов. Протокол TCP производит повторную передачу искаженного или утерян- ного пакета. Выделение всех необходимых для надежной доставки сообщений функций в отдельный уровень освобождает разработчиков прикладных программ и ути- лит от решения задач управления потоком дейтаграмм. Протокол обеспечивает сквозную передачу данных от отправителя к получателю. Поскольку TCP ори- ентирован на установление соединения, то адресат, получивший дейтаграмму, должен уведомить отправителя об этом. Подразумевается, что между отправи- телем и получателем устанавливается виртуальный канал, где они обменивают- ся сообщениями, часть из которых является подтверждениями о получении данных либо кодами ошибок. Виртуальный канал на самом деле может подра- зумевать несколько реальных физических каналов передачи данных, поскольку сообщение может проходить через один или несколько шлюзов. 26 Когда некоторое приложение (процесс) прикладного уровня отправляет сообщение другому приложению с помощью TCP, предполагается, что сообще- ние является потоком, т.е. представляет собой поток байтов, передаваемых асинхронно. TCP получает поток байтов и собирает его в сегменты, добавляя заголовки в начало сегментов. Длина сегмента обычно определяется протоко- лом или выбирается администратором системы. Процесс обмена данными начинается с передачи запроса на установление соединения от машины-отправителя к машине-получателю. В запросе содер- жится специальное целое число, называемое номером сокета (socket). В ответ получатель посылает номер своего сокета. Номера сокетов отправителя и полу- чателя однозначно определяют соединение (конечно, соединение также не воз- можно без указания IP-адресов отправителя и получателя, но эта задача реша- ется протоколами более низкого уровня – IP). После установления соединения TCP начинает передавать сегменты сооб- щения. На более низком IP-уровне отправителя сегменты разбиваются на одну или несколько дейтаграмм. Пройдя через сеть, дейтаграммы поступают к полу- чателю, где IP-уровень снова собирает из них сегменты и передает их TCP. TCP собирает все сегменты в сообщение. От TCP сообщение поступает к процессу- получателю, где обрабатывается протоколом прикладного уровня. TCP на машине-получателе собирает целое сообщение из сегментов, руко- водствуясь порядковыми номерами сегментов, которые записаны в их заголов- ке. Если какой-то сегмент сообщения потерян или поврежден (что проверяется по контрольной сумме в заголовке сегмента), то отправителю посылается со- общение, содержащее номер ошибочного сегмента. В этом случае отправитель повторно передает сегмент. Если сегмент успешно принят, то получатель посы- лает отправителю подтверждение-квитанцию. В TCP применяется средство ограничения потока данных, называемое скользящим окном. Оно представляет собой фрагмент сообщения, который ад- ресат готов принять. При установлении соединения отправителю сообщается размер окна (размер окна кратен размеру сегмента). После того, как отправи- 27 тель передал количество байтов, соответствующее размеру окна, он должен ждать квитанции. Как только будет получена квитанция на переданные сегмен- ты, окно сдвигается вправо на соответствующее число байтов, и новые сегмен- ты могут быть переданы. Отправитель может передать без получения квитан- ций в сеть максимально столько сегментов, сколько их укладывается в сколь- зящем окне. В процессе обмена данными получатель может присылать квитан- ции, в которых будет указан новый размер скользящего окна. Важную роль в протоколе TCP играют таймеры. Сегмент считается поте- рянным, если квитанция на него не поступила в течение заданного времени ожидания. При этом производится повторная передача сегмента. При получе- нии квитанции таймер останавливается. Если получатель обнаруживает не- сколько правильных копий одного и того же сегмента, то все лишние копии просто отбрасываются и отправителю передается только одна квитанция. |