Методика. методлабКС (2). Протокол 1 от 01. 02. 2016 г. Днепропетровск нметау 2016 удк 681. 324 (076. 5)
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Краткие сведения из теории Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и других устройств, соединенных линиями связи и обменивающихся информацией между собой в соответствии с определенными правилами – протоколом. Основная цель сети – обеспечить пользователям потенциальную возможность совместного использования ресурсов сети. Ресурсами сети называют информацию, программы и аппаратные средства. Для организации локальной сети с небольшим количеством компьютером (10…30) чаще всего используется одна из типовых топологий (общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть). Данные топологии обладают свойством однородности – все компьютеры обладают одинаковыми 15 правами в отношении доступа к другим компьютерам (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Однородность структуры позволяет легко увеличивать число компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети. Однако данные топологии накладывают ограничения на следующие параметры: длину связи между двумя узлами; количество узлов в сети; интенсивность трафика. Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное сетевое оборудование – повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Данное оборудование называется коммуникационным, с его помощью отдельные сегменты сети взаимодействуют друг с другом. Повторитель – простейшее коммуникационное устройство, используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель улучшает качество передаваемого сигнала (восстанавливает мощность, амплитуду сигналов и пр.). Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, часто называют концентратором или хабом. Мост(bridge) – делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Коммутатор (switch) по принципу обработки кадров от моста практически ничем не отличается. Единственное его отличие состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированной микросхемой, которая обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от микросхем других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. 16 Маршрутизатор или роутер (router) – специализированный сетевой компьютер , имеющий два или более сетевых интерфейса и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети . Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определенные правила, задаваемые администратором Шлюз – используется для объединения сетей с разными типами программного и аппаратного обеспечения. Практическая часть 1. Добавим на рабочее поле программы 5 коммутаторов Switch 2960-24TT. По умолчанию они имеют имена Switch0 – Switch4. 2. Добавим на рабочее поле восемь компьютеров с именами по умолчанию PC0 – PC7. 3. Соединим устройства в сеть Ethernet , как показано на рис. 1.1. Компьютер с коммутатором соединяются витой парой, а коммутаторы между собой – кросс-кабелем. На всех устройствах для подключения используются порты FastEthernet. Рис. 1.1. Модель сети Ethernet 4. Сохраним созданную топологию, используя команду Save в меню File. 5. Откроем окно свойств устройства PC0, щелкнув левой кнопкой мыши на 17 его изображении. Перейдем на вкладку Desktop и откроем командную строку, нажав на Command Prompt. 6. Для вывода списка доступных команд необходимо в командной строке ввести ? и нажать Enter. 7. Конфигурирование компьютера осуществляется с помощью команды ipconfig. Например, чтобы устройству PC0 установить сетевой адрес 192.168.1.2 и задать маску 255.255.255.0 в командной строке необходимо ввести: ipconfig 192.168.1.2 255.255.255.0 8. Для проверки назначенных значений сетевого адреса и маски в командной строке нужно еще раз ввести ipconfig. Появится сообщение о заданных сетевых параметрах устройства: FastEthernet0 Connection:(default port) Link-local IPv6 Address.........: FE80:230:A3FF:FEAA:BD12 IP Address.............................: 192.168.1.2 Subnet Mask..........................: 255.255.255.0 Default Gateway....................: 0.0.0.0 9. IP адрес и маску сети можно также задать, используя графический интерфейс устройства. Для этого в окне свойств на вкладке Desktop необходимо выбрать IP Configuration. Откроется окно, показанное на рис. 1.2. Сетевой адрес вводится в поле IP Adress, а маска – в поле Рис. 1.2. Окно настроек IP Configuration Subnet Mask. Переключатель способа назначения IP адреса должен 18 находиться в положении Static. 10.Аналогично для всех остальных компьютеров назначим адреса, используя один из выше приведенных способов. Сетевые адреса устройств и маска подсети приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1. Сетевые параметры компьютеров Имя компьютера IP адрес Маска подсети PC0 192.168.1.2 255.255.255.0 PC1 192.168.1.3 255.255.255.0 PC2 192.168.1.4 255.255.255.0 PC3 192.168.1.5 255.255.255.0 PC4 192.168.1.6 255.255.255.0 PC5 192.168.1.7 255.255.255.0 PC6 192.168.1.8 255.255.255.0 PC7 192.168.1.9 255.255.255.0 11. Проверить правильность сетевых настроек устройств и работоспособность сети можно с помощью команды ping. Для этого необходимо открыть командную строку устройства, ввести ping и IP адрес другого сетевого устройства. Например, зайдем на компьютер PC0 и «пропингуем» компьютер PC1. Ниже представлены результаты выполнения команды ping: PC>ping 192.168.1.3 Pinging 192.168.1.3 with 32 bytes of data: Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=1ms TTL=128 Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=0ms TTL=128 Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=0ms TTL=128 Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=1ms TTL=128 Ping statistics for 192.168.1.3: Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost =0 (0% loss) Approximate round trip times in milli-seconds: Minimum = 0ms, Maximum = 1ms, Average = 0ms Таким образом, если устройства сети сконфигурированы правильно, можно пропинговать с каждого компьютера любой другой. 12. В среде Packet Tracer существует возможность проследить движение пакетов различных сетевых протоколов с помощью режима симуляции. 19 Для перехода в режим симуляции нужно нажать на кнопку Simulation Mode в правом нижнем углу рабочего пространства либо комбинацию клавиш Shift+S. Справа от рабочей области откроется окно Simulation Panel (см. рис. 12), в верхней части которого находится область событий Event List и кнопка очистки списка событий Reset Simulation. Управление воспроизведением осуществляется с помощью кнопок Play Controls. Так, для перехода к следующему событию нужно нажать кнопку Capture / Forward. В нижней части окна находится фильтр протоколов. 13. С узла PC1 пропингуем узел PC3. Из предложенного для исследования списка протоколов выберем только протокол ICMP, чтобы исключить случайный трафик между узлами. Откроем командную строку устройства PC1, введем ping и IP адрес сетевого устройства PC3. После чего на узле PC1 образуется пакет («конвертик») (рис. 1.3). Рис. 1.3. Создание запроса в режиме симуляции При этом в поле Event List появится данный пакет, с указанием его типа (ICMP) и источника формирования (рис. 1.4). 20 Рис. 1.4. Мониторинг работы протоколов Для получения подробной информации о пакете нужно щелкнуть на нем левой кнопкой мыши. На вкладке OSI Model можно увидеть, на каком уровне сетевой модели OSI был сформирован пакет и какие уровни он пройдет для передачи на следующий узел (рис. 1.5). На вкладке Outbound PDU Details отображается структура пакета (рис. 1.6). Рис. 1.5. Пакет на уровнях модели OSI Рис. 1.6. Структура пакета 14. Для запуска пакета в сеть нужно нажать кнопку Capture / Forward в окне Simulation Panel. Пакет перейдет на коммутатор Switch0, поскольку это единственное сетевое подключение узла PC1. Коммутатор Switch0 пересылает пакет на коммутатор Switch4. В свою очередь, коммутатор Switch4 пересылает пакет на коммутатор Switch1, после чего Switch1 посылает передаваемый пакет на узел PC3. Получив пакет, PC3 определяет, что он предназначен ему, и, сформировав ответ, посылает пакет на PC1. После того как PC1 получил ответный пакет от PC3, в окне командной строки появляется следующая запись, сообщающая об успешном прохождении эхо-запроса: 21 PC>ping 192.168.1.5 Pinging 192.168.1.5 with 32 bytes of data: Reply from 192.168.1.5: bytes=32 time=7ms TTL=128 Задание 1. Создать топологию сети согласно заданному варианту (табл. 1.2). Во всех вариантах в качестве коммутаторов использовать Switch 2960. 2. Назначить компьютерам IP адреса согласно заданному диапазону адресов (табл. 1.3). Сетевая маска для всех устройств 255.255.255.0. 3. Присвоить всем оконечным узлам разные имена. 4. Проверить настройки каждого оконечного узла (команда ipconfig). 5. Проверить все соединения между компьютерами (команда ping). 6. В режиме симуляции отправить эхо-запрос (команда ping) с PC3 на PC5. Проследить движение пакета ICMP. Таблица 1.2. Варианты заданий топологии сети Вариант 1 Вариант 2 22 Продолжение табл. 1.2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5 Вариант 6 Вариант 7 Вариант 8 23 Продолжение табл. 1.2 Вариант 9 Вариант 10 Таблица 1.3. Варианты диапазонов адресов № варианта 1 2 3 4 5 Диапазон адресов 112.168.5.1 5 112.168.5.2 5 13.18.0.45 13.18.0.55 152.164.8.7 5 152.164.8.8 5 12.208.6.15 12.208.6.25 122.8.85.45 122.8.85.55 № варианта 6 7 8 9 10 Диапазон Адресов 144.18.9.15 144.18.9.25 133.73.9.60 133.73.9.69 155.38.0.0 155.38.0.9 12.208.6.15 12.208.6.25 212.28.68.1 5 212.28.68.2 5 Содержание отчета 1. Изображение топологии сети. 2. Изображение команды ipconfig каждого оконечного узла. 3. Изображение команды ping между всеми оконечными узлами. 4. Изображение из режима симуляции пути следования одного эхо-запроса с PC3 на PC5. 5. Изображение кадра эхо-запроса после его получения на PC5. 6. Общие выводы по работе. 24 Контрольные вопросы 1. Какое максимальное количество устройств в сети поддерживает Packet Tracer? 2. Какие типы сетевых устройств и соединений можно использовать в Packet Tracer? 3. Как перейти к интерфейсу командной строки устройства? 4. Как добавить в топологию и настроить новое устройство? 5. Что такое компьютерная сеть? 6. Назовите составные элементы сети? 7. Чем коммутатор отличается от моста? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 Расчет подсетей IPv4 Цель работы Изучить адресацию в IP сетях. Научиться рассчитывать адреса сетей и подсетей. Научиться определять маску и адреса устройств для подсети. Краткие сведения из теории IP адрес – уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети , построенной по протоколу IP . IPv4 адрес состоит из 32 битов, которые поделены на 4 части по 8 битов соответственно (эти части называются октетами). Примеры IP адресов: 217.20.147.94 = 11011001.00010100.10010011.01011110 172.16.2.15 = 10101100.00010000.00000010.00001111 178.68.128.168 = 10110010.01000100.10000000.10101000 Из этих 32 битов часть относится к адресу хоста, которому принадлежит этот IP адрес, а другая часть относится к адресу сети, в которой находится этот хост. Первая часть (слева направо) IP адреса обозначает адрес 25 сети, а вторая часть (оставшиеся биты) – адрес хоста. Чтобы узнать, сколько битов относится к адресу сети, надо воспользоваться маской сети. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet – InterNIC (Internet Network Information Center). Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Маска подсети – битовая маска , определяющая, какая часть IP адреса узла сети относится к адресу сети, а какая – к адресу самого узла в этой сети (при этом, в отличие от IP адреса, маска подсети не является частью IP пакета ). Маска сети состоит из 32 битов, но в отличие от IP адреса, в ней единицы и нули не могут перемешиваться. В маске сети биты равные 1 определяют адрес сети, а биты равные 0 отведены под адреса хостов. Примеры масок сети: 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000 255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000 255.255.240.0 = 11111111.11111111.11110000.00000000 255.255.255.128 = 11111111.11111111.11111111.10000000 Иногда, маска сети записывается кратко в виде «префикса маски». Число в префиксе обозначает количество битов, относящихся к адресу сети. Пример: /16 = 11111111.11111111.00000000.00000000 = 255.255.0.0 /24 = 11111111.11111111.11111111.00000000 = 255.255.255.0 /26 = 11111111.11111111.11111111.11000000 = 255.255.255.192 Чтобы узнать, какая часть IP адреса относится к порции сети, необходимо выполнить бинарную логическую операцию AND (И) IP адреса и маски сети. Операция заключается в сравнении двух битов, причем только в одном случае бинарная операция дает единицу на выходе – в случае сравнения двух единиц. В остальных случаях логическая операция «И» дает на выходе 0. Результаты сравнения логической операцией «И» двух битов: 1 AND 1 = 1 1 AND 0 = 0 0 AND 1 = 0 0 AND 0 = 0 26 В каждой IPv4 сети есть широковещательный адрес (адрес для пересылки данных всем узлам в сети, значение которого всегда равно последнему адресу в сети) и адрес сети (его значение всегда равно первому адресу в сети). Рассчитать количество узлов для каждой сети можно путем анализа ее маски. Если отнять количество битов, используемых сетевой частью, то получится количество битов, используемых для узлов. Тогда Количество узлов в подсети = 2 n – 2, где n – это количество свободных битов (нулей) в порции хоста, а «– 2» – это вычет адреса сети и широковещательного адреса. Количество подсетей сети вычисляют по формуле Количество подсетей = 2 n , где n – это количество занятых бит от порции хоста. Практическая часть Пример 1. Определить адрес сети, если IP адрес узла 192.168.10.10, а маска подсети 255.255.255.0. Переводим IP адрес из десятичной системы счисления в двоичную: 192.168.10.10 = 110000000.10101000.00001010.00001010 Переводим маску сети из десятичной системы счисления в двоичную: 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000 Складываем IP адрес с маской с помощью логической операции «И». 110000000.10101000.00001010.00001010 (IP адрес) И 11111111.11111111.11111111.00000000 (Маска) = 110000000.10101000.00001010.00000000 (Адрес сети) Переводим адрес сети из двоичной системы счисления в десятичную и получаем 192.168.10.0 адрес сети в десятичном виде с маской 255.255.255.0. Единицы в маске указывают на часть сетевого адреса (110000000.10101000.00001010), а нули – на часть адреса хоста (00001010). Пример 2. Определить адрес сети, если IP адрес узла 172.30.239.145, а маска подсети 255.255.192.0. Переводим IP адрес из десятичной системы счисления в двоичную: 172.30.239.145 = 10110100.00100010.11101111.11101111 27 Переводим маску сети из десятичной системы счисления в двоичную: 255.255.192.0 = 11111111.11111111.11000000.00000000 Складываем IP адрес с маской с помощью логической операции «И». 10110100.00100010.11101111.11101111 (IP адрес) И 11111111.11111111.11000000.00000000 (Маска) = 10110100.00100010.11000000.00000000 (Адрес сети) Переводим адрес сети из двоичной системы счисления в десятичную систему, и получаем 172.30.192.0 адрес сети в десятичном виде с маской 255.255.192.0. Проанализировав эти два примера, можно увидеть, что если маска подсети имеет в октете десятичное значение 255, результатом всегда будет исходное значение этого октета. Если маска подсети имеет в октете десятичное значение 0, результатом для этого октета всегда будет 0. Пример 3. Определить максимальное количество узлов в сети с маской 255.255.192.0. Поскольку маска подсети равна 255.255.192.0, то префикс будет /18 (т.е. 18 битов для сетевого адреса). IPv4 адрес содержит 32 бита. Значит, для узловой части остается 32 – 18 = 14 битов. Исходя из этого, максимальное количество узлов в данной сети равно 2 14 – 2 = 16384 – 2 = 16382 узла. Пример 4. Определить какое количество подсетей с маской 255.255.240.0 можно создать в сети с маской 255.255.0.0. Маска сети 255.255.0.0 или /16 Маска подсети 255.255.240.0 или /20 Количество битов у маски сети 16, а у маски подсети 20. Разница составляет 4 бита. Следовательно, можно создать 2 4 = 16 подсетей. |