сборник. Практическая работа 1. Технология маршрутизации в ipсетях Тест к разделу Технология маршрутизации в ipсетях
 Скачать 5.89 Mb.
|
|
7 уровень - прикладной обеспечивает управление взаимодействием при- кладных процессов, возникающих при взаимодействии компьютеров (рис.2). Процессы эти могут быть различными: обращение к поисковой системе, пе- редача данных с одного компьютера на другой, обращение к счету через банкомат. На этом уровне эти процессы формализуются пользователем в определенные ко- манды. 13 Рисунок 2 – Прикладной уровень модели OSI 6 уровень - уровень представления производит перекодировку сооб- щения, которое поступилос 7-го уровня (рис.3). Модель OSI называется открытой (Open), так как не накладывает ограничений на типы применяемых компьютеров, которые, как правило, используют различные коды для пред- ставления информации, поэтому на этом уровне осуществляется пересчет дан- ных в единое кодовое представление, принятое в сети связи. На этом же уровне также может выполняться шифрование и дешифрование данных, обес- печивающее секретность обмена данными для всех прикладных служб. Рисунок 3 –Уровень представления модели OSI 14 5 уровень - сеансовый, предназначенный для открытия сеанса связи между удаленными процессами пользователя (рис. 4). Он управляет диалогом, фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Протокол пятого уровня – сеансовый протокол на практике используется немногими приложениями, он редко реали- зуется в виде отдельного протокола, его функции часто объединяются с функ- циями прикладного уровня. Передача сообщений от сеансового уровня к транспортному осуществ- ляется через некоторые точки доступа, называемые портами (П). Открытие сеанса связи предполагает занятие (открытие) некоторого порта исходящей связи. Номер этого порта приписывается сообщению. При входящей связи занимается порт входящей связи. То есть каждая пара взаимодействующих прикладных процессов в сети отмечается номерами исходящего и входящего портов. Рисунок 4 –Сеансовый уровень модели OSI Как происходит взаимодействие на верхних трех уровнях, знают толь- ко разработчики конкретных приложений. Эти уровни часто представляют в виде одного уровня приложений. Сетевых инженеров обычно интересуют уровни, которые находятся ниже. 4 уровень - транспортный делит сообщение узла источника инфор- мации на части, при этом добавляет заголовок и формирует сегменты опре- деленного объема (рис. 5). В узле назначения происходит обратный процесс. В заголовке сегмента задаются номера порта источника и назначения, кото- 15 рые адресуют службы верхнего уровня приложений для обработки данного сегмента. Также этот уровень обеспечивает надежную доставку пакетов. При обнаружении потерь и ошибок на этом уровне формируется запрос повтор- ной передачи, при этом используется протокол TCP(Transmission Control Protocol ). Когда необходимость проверки правильности доставленного со- общения отсутствует, то используется протокол дейтаграмм пользователя (User Datagram Protocol –UDP). Рисунок 5 –Транспортный уровень модели OSI 3 уровень - сетевой задает пакету логические сетевые адреса узла назначения и узла источника (IP-адреса), определяет маршрут, по которому будет отправлен пакет данных, транслирует логические сетевые адреса в фи- зические (MAC- адреса) и наоборот. Для этого в протоколах сетевого уровня применяются различные алгоритмы маршрутизации. 2 уровень – канальный, на котором пакеты, поступающие стретьего уровня, формируются по одному, или по несколько в кадры (frame) (Рис.6) . На этом уровне реализуются механизмы обнаружения и коррекции ошибок между двумя соседними узлами. На этом уровне задаются физические адреса устройства-отправителя и устройства-получателя данных (МАС-адреса). 16 Рисунок 6 –Канальный уровень модели OSI 1 уровень - физический, на немосуществляется побитовая передача кад- ров по линиям связи. На этом уровне определяются физические характеристики среды передачи. Единицей информации при обмене данными на физическом уровне является бит. На этом уровне производится кодирование данных, синхронизация пе- редаваемых битов информации. Рисунок 7 – Физический уровень модели OSI 17 Протоколы с 4- го по 7-й уровень называются протоколами верхних уров- ней, апротоколы уровней 1 – 3, соответственно, – протоколами нижних уровней. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электриче- ские сигналы на физическом уровне, а также формат пакетов и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI. Когда гово- рят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой техно- логии. В более узком смысле, Ethernet – это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм. Помимо семиуровневой OSI модели на практике применяется четырех- уровневая модель TCP/IP. Рассмотрим более подробно эту модель (рис. 8). Прикладной уровень модели TCP/IP по названию совпадает с названи- ем модели OSI, но по функциям гораздо шире, поскольку охватывает три верхних уровня (Приложений, Представления и Сеансовый). Транспортный уровень обеих моделей и по названию, и по функциям одинаков. Сетевой (Network) уровень модели OSI соответствует межсетевому (Internet) уровню модели TCP/IP, а два нижних уровня (канальный и физический) представле- ны объединенным уровнем сетевого доступа (Network Access). На транспортном уровне в заголовке сегмента задаются номера портов приложений источника и назначения. Протоколы транспортного уровня (TCP, UDP) взаимодействуют с определенными протоколами уровня прило- жений. 18 Прикладной Представления Сеансовый Транспортный Сетевой Канальный Физический Прикладной Транспортный Межсетевой Сетевого доступа Модель OSI Модель TCP/IP Рисунок 8 – Сравнение моделей OSI и TCP/IP Контрольные вопросы 1. Какие уровни модели OSI вы знаете? 2. Какие уровни модели TCP/IP вы знаете? 3. Каковы основные функции Уровня 1 модели OSI? 4. Каковы основные функции Уровня 2 модели OSI? 5. Каковы основные функции Уровня 3 модели OSI? 6. Каковы основные функции Уровня 4 модели OSI? 7. Каковы основные функции Уровня 5 модели OSI? 8. Каковы основные функции Уровня 6 модели OSI? 9. Каковы основные функции Уровня 7 модели OSI? 10. На каком уровне модели OSI задаются IPадреса? 11. Какие устройства функционируют на уровне 3 модели OSI? 12. Какие устройства функционируют на уровне 2 модели OSI? 13. Какие устройства функционируют на уровне 1 модели OSI? 14. Какие уровни моделей OSI и TCP/IP одинаковы по функциям и по назва- нию? 19 Практическая работа №3. Сетевая технология Ethernet Эволюция локальных сетей неразрывно связана с развитием техноло- гии Ethernet, которая по сей день остается самой распространенной техноло- гией локальных сетей. В первых сетях Ethernet (стандарты 10Base-2 и 10Base-5) использова- лась физическая шинная топология, когда каждый ПК соединялся с другими ПК с помощью единого коаксиального кабеля, используемого в качестве сре- ды передачи данных (рисунок 1). Рисунок 1 – Соединение ПК между собой с помощью коаксиального кабеля Этот метод связи компьютеров впервые был опробован при создании радиосети ALOHA Гавайского университета в начале 70-х годов. Радиоканал определенного диапазона частот являлся общей средой для всех передатчи- ков, использующих частоты этого диапазона. Сеть ALOHA работала по ме- тоду случайного доступа, когда каждый узел мог начать передачу пакета в любой момент времени. Если он после этого не дожидался подтверждения приема в течение определенного времени, то посылал этот пакет снова. Позже эта технология разделения единой среды передачи была приме- нена для проводного варианта LAN. Непрерывный сегмент коаксиального кабеля стал аналогом общей радиосреды. Все ПК присоединялись к этому сегменту кабеля. Поскольку в сети используется общая электрическая шина, то если 2 или более электрических сигнала будут передаваться одновременно, они бу- дут накладываться и сталкиваться (коллизия) – исходные сигналы при нало- жении станут нераспознаваемыми. Т.е. в стандарте Ethernet алгоритм работы сети разрешает только одному устройству одновременно пересылать данные в сеть. Такой алгоритм был назван множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access With Col- 20 lision Detection – CSMA/CD). Область сети, в которой создаваемые пакеты могут испытать коллизию, называют доменом коллизий. И устройства прежде, чем начать передавать данные должны были убедиться, что среда передачи свободна. Таким образом, общие принципы алгоритма CSMA/CD следующие: -устройство, которое хочет передать фрейм, ожидает отсутствия пере- дачи в локальной сети, т.е. пересылка фрейма не выполняется до тех пор, пока присутствует электрический сигнал в общей шине: - при возникновении коллизии (столкновения 2-х сигналов) устройства, которые создали коллизию, ожидают в течение случайного интервала време- ни, а затем пробуют повторную передачу. Несмотря на то, что такие сети были простыми в установке, они обла- дали существенными недостатками: ограничены по размеру, функциональ- ности, недостаточно надежны, а также неспособны справляться со значи- тельным увеличением сетевого трафика. Максимальная длина кабеля в стан- дарте 10Base-2 равна 185 метров, а в 10Base-5 - 500 метров, цифры из стан- дарта соответствуют максимальной длине кабеля 2 (200 метров примерно), 5(500 метров). В некоторых случаях недостаточно такой длины кабеля для подключе- ния устройств и тогда применяют повторители (repeater) (рисунок 2). По- вторители это сетевые устройства, функционирующие на первом уровне мо- дели OSI. Данные с устройства отправителя преобразуются в электрические или световые импульсы. Когда сигналы покидают передающую станцию, они являются четкими и легко распознаваемыми. Однако, чем больше длина 20Абеля, тем более слабым и менее различимым становится сигнал. Целью использования повторителя является регенерация сетевых сигналов на бито- вом уровне, что позволяет передавать их на большее расстояние. Поскольку повторители не интерпретируют значение битов, а только детектируют и ге- нерируют электрические сигналы, они относятся к первому уровню модели OSI. Рисунок 2 – Использование повторителей 21 Следующим шагом стала разработка стандарта 10 Base-T с физической топологией типа звезда, в которой каждый узел подключался отдельным 21Абелем к центральному устройству – концентратору или hab. Hub повто- ряет сигналы, поступившие с одного из его портов на все остальные актив- ные порты, т.е Hub это многопортовый повторитель. При этом существенно повысилась надежность сети, так как каждое устройство подключается по отдельному кабелю к концентратору, следовательно, повреждение одного 21 Абеля приводит к неработоспособности только одного устройства. По- скольку концентраторы и повторители имеют похожие характеристики, то первые называют многопортовыми повторителями. В то время как повтори- тель имеет только 2 порта, концентатор (Hub) имеет от 4 до 20 портов (рис. 3). Рисунок 3 – Использование концентраторов В 1990 году фирма Kalpana выпустила на рынок первый коммутатор (switch), получивший название Etherhetswitch, который он мог одновремен- но устанавливать несколько соединений между разными парами портов. Рисунок 4 – Коммутатор в локальной сети 22 При передаче кадра (frame) в нем создавался отдельный канал, по кото- рому данные пересылались «напрямую» от порта источника к порту получа- телю с максимально возможной для данной технологии скоростью. Для предотвращения коллизий крупные локальные сети делятся на сегменты или домены коллизий, с помощью маршрутизаторов или коммута- торов. Непосредственно к маршрутизатору конечные узлы обычно не под- ключаются; подключение выполняется через коммутаторы. Каждый порт коммутатора оснащен процессором, память которого позволяет создавать буфер для хранения поступающих кадров. Общее управление процессорами портов осуществляет системный модуль. Каждый сегмент, образованный портом (интерфейсом) коммутатора с присоединенным к нему узлом (компьютером) или с концентратором со мно- гими узлами, является сегментом (доменом) коллизий. При возникновении коллизии в сети, реализованной на концентраторе, сигнал коллизии распро- страняется по всем портам концентратора. Однако на другие порты коммута- тора сигнал коллизии не передается (рисунок 5). Рисунок 5 – Использование коммутаторов и концентраторов для по- строения сетей Для того чтобы в сети Ethernet стала возможной локальная доставка кадров, необходима определенная система адресации, т.е. присвоения имен компьютерам и интерфейсам. Каждый компьютер имеет уникальный способ 23 самоидентификации. Никакие два физических адреса в сети не должны быть одинаковыми. Физические адреса, называемые адресами управления досту- пом к передающей среде (Media Access Control - MAC_адрес), записаны в се- тевом адаптере NIC. Для MAC адреса используются и другие названия: аппа- ратный адрес, NIC –адрес, адрес второго уровня и Ethernet – адрес. MAC-адреса в сети Ethernet используются для уникальной идентифи- кации отдельных устройств. Каждое устройство (ПК, маршрутизатор, комму- татор и т.д.), имеющее Ethernet-интерфейс, должно иметь MAC- адрес, в про- тивном случае другие устройства не смогут обмениваться с ним данными. Стандарты семейства Ethernet охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI – физический и канальный. На сегодняшний день физические стандарты Ethernet обладают большим разнообразием. Историче- ски первыми были стандарты Ethernet, которые обеспечивали передачу дан- ных со скоростью 10Мбит/c. Затем появился стандарт, получивший название FastEthernet (FE), который обеспечивал возможность передачи данных со скоростью100Мбит/c. Дальнейшим развитием технологии Ethernet явились стандарты GigabitEthernet (GE), позволяющие передавать информацию со скоростью 1 Гбит/c. Контрольные вопросы 1.Как называется основной используемый в технологии Ethernet метод доступа к разделяемой среде передачи данных? 2. Какова максимально допустимая длина толстого коаксиального ка- беля в технологии Ethernet без использования повторителя? 3. Какая максимальная скорость передачи данных поддерживается тех- нологией Fast Ethernet? 4. Что из указанного ниже используется коммутатором для принятия решения о пересылке фрейма? 5. На каком уровне модели OSI работает коммутатор? 6. Что представляет собой MAC –адрес? 7. Опишите особенности построения сетей на коммутаторах и концен- траторах. 8. Для каких целей применяются повторители? 9. Как строились первые сети Ethernet? 10. Опишите принципы алгоритма CSMA/CD. 24 Лабораторная работа №1. Построение простейшей компьютерной сети с использованием Cisco Packet Tracer Цель работы Изучить процесс построения сетевой топологии и настройки оборудо- вания с использованием сетевого симулятора Cisco Packet Tracer. Задание 1. Ознакомиться с основными понятиями построения простейшей компью- терной сети и работы с сетевым симулятором Cisco Packet Tracer. 2. Запустить Cisco Packet Tracer. 3. Просмотреть все вкладки. 4. Построить простейшую компьютерную сеть. Порядок выполнения работы 1.Знакомство с основами работы в сетевом симуляторе При запуске сетевого симулятора Cisco Packet Tracer открывается окно с рабочей областью, куда можно добавлять различное сетевое оборудование и соединять его согласно требуемой топологии (рисунок 1). Рисунок 1 - Рабочее окно сетевого симулятора Cisco Packet Tracer 25 Для выбора сетевого оборудования необходимо в меню, расположенном в нижнем левом углу рабочего окна, нажать на нужный тип устройства. Компьютеры, серверы, ноутбуки, VoIP-телефоны и другие оконечные устройства находятся во вкладке End Devices (рисунок 2). Рисунок 2 - Вкладка с оконечными сетевыми устройствами Маршрутизаторы (Routers ) и коммутаторы (Switches ) находятся во вкладке Network Devices. В разделах Routers и Switches представлен целый ряд сетевого оборудования компании Cisco (рисунки 3 и 4). Рисунок 3 - Маршрутизаторы Cisco Рисунок 4. Коммутаторы Cisco Во вкладке Connections находятся значки различного способа соедине- ния оборудования (как проводного, так и беспроводного), указанные на ри- сунке 5. Рисунок 5 - Обозначения способов соединения оборудования 26 При соединении оборудования с помощью медных кабелей наиболее используемыми являются прямой и перекрестный кабель. Прямой кабель (straight through cable) – для соединения типа ком- пьютер/коммутатор, коммутатор/маршрутизатор, т.е. для устройств разного уровня модели OSI. Перекрёстный кабель (crossover cable) – для соединения типа компьютер/компьютер, коммутатор/коммутатор, маршрутизатор /маршрутизатор, т.е. для устройств одного уровня модели OSI. Построение простейшей сети Постройте простейшую компьютерную сеть, показанную на рисунке 6. Рисунок 6 - Добавление компьютеров в рабочую область Cisco Packet Tracer Для этого выбираем иконку End Device (конечные устройства) и нахо- дим там PC (персональный компьютер). Добавляем персональные компьюте- ры (PC0 и PC1) в рабочую область Cisco Packet Tracer. Перейдите во вкладку 27 Connections и выберите перекрестный тип кабеля (рис.7). Выберите тип со- единения, нажмите на PC0, затем на нужный интерфейс (FastEthernet0). Рисунок 7 - Выбор типа кабеля Соедините два компьютера между собой (рис. 8). Рисунок 8 - Топология построенной сети 28 Перейдите к настройке компьютеров. Нажмите левой кнопкой мыши на компьютер PС0 и перейдите во вкладку Deskstop (рис.9), а там выберите вкладку в IP Configuration. Теперь введите IP-адрес 192.168.1.1 для PС0. Это адрес класса С. Щелкните левой кнопкой мыши на Subnet Mask и маска класса С - 255.255.255.0 автоматически появится в окне Subnet Mask (рис.10). Аналогичные действия произведите для второго компьютера (PC0). Присвойте ему адрес 192.168.1.2. Рисунок 9 - Переход во вкладку Deskstop |