Инфокоммуникационных систем и сетей»

Стр 1 из 10Следующая ⇒

Лабораторная работа

По дисциплине: «Основы построения

Инфокоммуникационных систем и сетей»

Выполнил студент группы ТК-12-2бзуЮдин С.О.

Проверил _________ Байдаров А. А.

Пермь 2014

Введение. 3

1. Среды передачи данных. 3

2. Стандарты IEEE 802.1, 802.2, 802.3. 3

3. Иерархия и топологии в инфокоммуникационных сетях связи. 5

4. Технологии 10Base2, 10Base5, 100BaseT, 1000BaseLX.. 8

5. Моделирование инфокоммуникационных сетей связи. 9

6. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. Понятия: интерфейс, протокол. 11

7. Протоколы IP, ICMP, ARP. Стек коммуникационных протоколов TCP/IP 14

8. Адресация в инфокоммуникационных сетях связи. 18

9. Коммуникационное оборудование. Классификация. Назначение. Принципы работы. Физическая и логическая структуризация сетей связи с использованием коммуникационного оборудования. 20

10. Управление и настройка коммуникационного оборудования. 26

11. Принципы маршрутизации. Методы формирования таблиц маршрутизации. 26

12. Структуры кадров, пакетов в сетях связи. 33

Лабораторная работа. 38

Построение локальной сети 192.168.1.0/24. 38

Построение локальной сети 192.168.2.0/24. 39

Соединение ранее созданных автономных сетей в единую сеть. 40

Построение локальной сети 192.168.3.0/24 с DHCP. 41

Соединение двух маршрутизаторов. 41

Добавление дополнительных маршрутизаторов. 43

Настройка динамической маршрутизации OSPF с помощью командной строки Cisco IOS (консоли) 44

Список используемой литературы.. 45

Введение

Среды передачи данных

Линии связи отличаются физической средой, которую они используют для передачи информации.

Физическая среда передачи данных может представлять набор проводников, по которым передаются сигналы. На основе таких проводников строятся проводные (воздушные) или кабельные линии связи (рис. 1.1). В качестве среды также используется земная атмосфера или космическое пространство, через которое распространяются информационные сигналы. В первом случае говорят о проводной среде, а во втором — о беспроводной.

В современных Телекоммуникационных системах информация передается с помощью электрического тока или напряжения, радиосигналов или световых сигналов — все эти физические процессы представляют собой колебания электромагнитного поля различной частоты.

Рис. 1.1. Проводные (воздушные) или кабельные линии связи

Стандарты IEEE 802.1, 802.2, 802.3

Технологии 10Base2, 10Base5, 100BaseT, 1000BaseLX

4.1. 10BASE-2 (тонкий ethernet) – вариант Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных тонкий коаксиальный кабель типа RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров, оканчивающийся BNC-коннекторами. Каждый сегмент кабеля подключён к рабочей станции (компьютеру) при помощи BNC T-коннектора. На физическом конце сети Т-коннектор, присоединённый к рабочей станции также требует установки терминатора на 50 Ом. Максимальная скорость 10 мб/с.

4.2. 10BASE-5 (толстый Ethernet) – оригинальный (первый) «полный вариант» спецификации кабельной системы Ethernet, использовал специальный коаксиальный кабель типа RG-8X (с максимальной длиной сегмента 500 метров). Это жёсткий кабель, диаметром примерно 9 мм, с волновым сопротивлением 50 Ом, с жёсткой центральной жилой, пористым изолирующим заполнителем, защитным плетёным экраном и защитной оболочкой.

4.3. 100BaseT – общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

4.4. 1000BASE-LX, IEEE 802.3z – стандарт, использующий одномодовое или многомодовое оптическое волокно во втором окне прозрачности с длиной волны равной 1310 нм. Дальность прохождения сигнала зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет для одномодового оптического волокна до 5 км и для многомодового оптического волокна до 550 метров.

Протокол и интерфейс.

Уровень n одной машины поддерживает связь с уровнем n другой машины. Правила и соглашения, используемые в данном общении, называются протоколом уровня n . По сути, протокол является договоренностью общающихся сторон о том, как должно происходить общение. По аналогии, когда женщину представляют мужчине, она может протянуть ему свою руку. Он, в свою очередь, может принять решение либо пожать, либо поцеловать эту руку, в зависимости от того, является ли эта женщина американским адвокатом на деловой встрече или же европейской принцессой на официальном балу. Нарушение протокола создаст затруднения в общении, а может и вовсе сделает общение невозможным.

На рис. 6.2 показана пятиуровневая сеть. Объекты, включающие в себя соответствующие уровни на разных машинах, называются равноранговыми или равноправными узлами сети. Именно они общаются при помощи протокола.

В действительности, данные не пересылаются с уровня п одной машины на уровень п другой машины. Вместо этого каждый уровень передает данные и управление уровню, лежащему ниже, пока не достигается самый нижний уровень. Ниже первого уровня располагается физическая среда, по которой и производится обмен информацией. На рис. 6.2 виртуальное общение показано пунктиром, тогда как физическое ** сплошными линиями.

Между каждой парой смежных уровней находится интерфейс, определяющий набор примитивных операций, предоставляемых нижним уровнем верхнему. Когда разработчики сетей решают, сколько уровней включить в сеть и что должен делать каждый уровень, одной из важнейших задач является определение ясных интерфейсов между уровнями. Подобная задача требует, в свою очередь, чтобы каждый уровень выполнял особый набор хорошо понятных функций. В дополнение к минимизации количества информации, передаваемой между уровнями, ясно разграниченные интерфейсы также значительно упрощают изменение реализации уровня на совершенно другой протокол или реализацию (например, замену всех телефонных линий спутниковыми каналами), так как при этом всего лишь требуется, чтобы новый протокол или реализация предоставляла такой же набор услуг вышестоящему уровню, что и предыдущая. Вполне нормальное явление — использование хостов, принадлежащих к разным реализациям, одного и того же протокола (часто написанного различными компаниями). Фактически может изменяться сам протокол уровня, так что уровней выше и ниже это не затронет.

Рис. 6.2. Уровни протоколы и интерфейсы

Протокол IP

Протокол IP находится на межсетевом уровне стека протоколов TCP/IP. Функции протокола IP определены в стандарте RFC-791 следующим образом: “Протокол IP обеспечивает передачу блоков данных, называемых дейтаграммами, от отправителя к получателям, где отправители и получатели являются компьютерами, идентифицируемыми адресами фиксированной длины (IP-адресами). Протокол IP обеспечивает при необходимости также фрагментацию и сборку дейтаграмм для передачи данных через сети с малым размером пакетов”.

Протокол IP является ненадежным протоколом без установления соединения. Это означает, что протокол IP не подтверждает доставку данных, не контролирует целостность полученных данных и не производит операцию квитирования (handshaking) - обмена служебными сообщениями, подтверждающими установку соединения с узлом назначения и его готовность к приему данных. Протокол IP обрабатывает каждую дейтаграмму как независимую единицу, не имеющую связи ни с какими другими дейтаграммами в Интернет. После того, как дейтаграмма отправляется в сеть, ее дальнейшая судьба никак не контролируется отправителем (на уровне протокола IP). Если дейтаграмма не может быть доставлена, она уничтожается. Узел, уничтоживший дейтаграмму, может оправить по обратному адресу ICMP-сообщение о причине сбоя.

Гарантию правильной передачи данных предоставляют протоколы вышестоящего уровня (например, протокол TCP), которые имеют для этого необходимые механизмы.

Одна из основных задач, решаемых протоколом IP, - маршрутизация дейтаграмм, т.е. определение пути следования дейтаграммы от одного узла сети к другому на основании адреса получателя.

Общий сценарий работы модуля IP на каком-либо узле сети, принимающего дейтаграмму из сети, таков:

· с одного из интерфейсов уровня доступа к среде передачи (например, с Ethernet-интерфейса) в модуль IP поступает дейтаграмма;

· модуль IP анализирует заголовок дейтаграммы;

· если пунктом назначения дейтаграммы является данный компьютер:

o если дейтаграмма является фрагментом большей дейтаграммы, ожидаются остальные фрагменты, после чего из них собирается исходная большая дейтаграмма;

o из дейтаграммы извлекаются данные и направляются на обработку одному из протоколов вышележащего уровня (какому именно - указывается в заголовке дейтаграммы);

· если дейтаграмма не направлена ни на один из IP-адресов данного узла, то дальнейшие действия зависят от того, разрешена или запрещена ретрансляция (forwarding) “чужих” дейтаграмм;

· если ретрансляция разрешена, то определяются следующий узел сети, на который должна быть переправлена дейтаграмма для доставки ее по назначению, и интерфейс нижнего уровня, после чего дейтаграмма передается на нижний уровень этому интерфейсу для отправки; при необходимости может быть произведена фрагментация дейтаграммы;

· если же дейтаграмма ошибочна или по каким-либо причинам не может быть доставлена, она уничтожается; при этом, как правило, отправителю дейтаграммы отсылается ICMP-сообщение об ошибке.

При получении данных от вышестоящего уровня для отправки их по сети IP-модуль формирует дейтаграмму с этими данными, в заголовок которой заносятся адреса отправителя и получателя (также полученные от транспортного уровня) и другая информация; после чего выполняются следующие шаги:

· если дейтаграмма предназначена этому же узлу, из нее извлекаются данные и направляются на обработку одному из протоколов транспортного уровня (какому именно - указывается в заголовке дейтаграммы);

· если дейтаграмма не направлена ни на один из IP-адресов данного узла, то определяются следующий узел сети, на который должна быть переправлена дейтаграмма для доставки ее по назначению, и интерфейс нижнего уровня, после чего дейтаграмма передается на нижний уровень этому интерфейсу для отправки; при необходимости может быть произведена фрагментация дейтаграммы;

· если же дейтаграмма ошибочна или по каким-либо причинам не может быть доставлена, она уничтожается.

Протокол ICMP

Протокол межсетевых управляющих сообщений (Internet Control Message Protocol, ICMP) играет в сети вспомогательную роль. Спецификация этого протокола содержится в RFC 792.

Существует ряд ситуаций, когда протокол IP не может доставить пакет адресату, например, когда истекает время жизни пакета, когда в таблице маршрутизации отсутствует маршрут к заданному в пакете адресу назначения, когда пакет не проходит проверку по контрольной сумме, когда шлюз не имеет достаточно места в своем буфере для передачи какого-либо пакета и т. д. и т. п. Как мы не раз отмечали, протокол IP работает по возможности (с максимальными усилиями), то есть не предпринимает мер для гарантированной доставки данных. Это свойство «необязательности» протокола IP компенсируется протоколами более высоких уровней, например TCP на транспортном уровне или в какой-то степени DNS на прикладном уровне. Они берут на себя обязанности по обеспечению надежности, применяя такие известные приемы, как нумерация сообщений, подтверждение доставки, повторная посылка данных.

Протокол ICMP служит дополнением протокола IP несколько другого рода. Он не предназначен для исправления возникших при передаче пакета проблем: если пакет потерян, ICMP не может послать его заново. Задача ICMP другая — он является средством оповещения отправителя о «несчастных случаях», произошедших с его пакетами. В то время как протокол IP посылает пакет и забывает о нем, протокол ICMP «отслеживает» передвижение пакета по сети и при отбрасывании пакета маршрутизатором передает сообщение об этом узлу-источнику, обеспечивая таким образом обратную связь между посланным пакетом и отправителем.

Пусть, например, протокол IP, работающий на каком-либо маршрутизаторе, обнаружил, что пакет для дальнейшей передачи по маршруту необходимо фрагментировать, но в пакете установлен признак DF (не фрагментировать). Протокол IP, обнаруживший, что он не может передать IP-пакет далее по сети, должен отправить диагностическое ICMP-сообщение узлу-источнику и только потом отбросить пакет.

Помимо диагностики ICMP также используется для мониторинга сети. Так, в основе популярных утилит для мониторинга IP-сетей ping и tracert лежат ICMP- сообщения. С помощью ICMP-сообщений приложение может определить маршрут перемещения данных, оценить работоспособность сети, определить время прохождения данных до заданного узла, сделать запрос о значении маски определенного сетевого интерфейса и т. п.

Заметим, что некоторые из пакетов могут исчезнуть в сети, не вызвав при этом никаких оповещений. В частности, протокол ICMP не предусматривает передачу сообщений о проблемах, возникающих при обработке IP-пакетов, несущих ICMP-сообщения об ошибках. (Это правило, однако, не действует для IСМР-запросов.) Такое решение было принято разработчиками протокола, чтобы не порождать «штормы» в сетях, когда количество сообщений об ошибках лавинообразно возрастает. По этой же причине ICMP-сообщения не передаются, если ошибка возникла при передаче какого-либо фрагмента, кроме первого, а также когда потерянный пакет имел широковещательный IP-адрес или был упакован в кадр с широковещательным адресом несущей технологии.

Поскольку IP-пакет содержит адрес отправителя, но не содержит никакой адресной информации о промежуточных маршрутизаторах, ICMP-сообщения направляются только конечным узлам. Здесь сообщения могут быть обработаны либо ядром операционной системы, либо протоколами транспортного и прикладного уровней, либо приложениями, либо просто проигнорированы. Важно, что обработка ICMP-сообщений не входит в обязанности протоколов IP и ICMP.

7.3. Протокол ARP (протокол разрешения адресов)

Любое устройство, подключенное к локальной сети (Ethernet, FDDI и т.д.), имеет уникальный физический сетевой адрес, заданный аппаратным образом. 6-байтовый Ethernet-адрес выбирает изготовитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Если у машины меняется сетевой адаптер, то меняется и ее Ethernet-адрес.

4-байтовый IP-адрес задает менеджер сети с учетом положения машины в сети Интернет. Если машина перемещается в другую часть сети Интернет, то ее IP-адрес должен быть изменен. Преобразование IP-адресов в сетевые выполняется с помощью arp-таблицы. Каждая машина сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера. Не трудно видеть, что существует проблема отображения физического адреса (6 байт для Ethernet) в пространство сетевых IP-адресов (4 байта) и наоборот.

Протокол ARP (address resolution protocol, RFC-826) решает именно эту проблему - преобразует ARP- в Ethernet-адреса.

Рисунок 12.2. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами

Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).

Но существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета, которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным сетям.

Рисунок 12.3. Типичная структура пакета

· Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.

· Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).

· Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.

· Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.

· Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.

· Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC).

· Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.

Рисунок 12.4. Вложение кадра в пакет

Нередко в структуре пакета выделяют всего три поля:

· Начальное управляющее поле пакета (или заголовок пакета), то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.

· Поле данных пакета.

· Конечное управляющее поле пакета (заключение, трейлер), куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.

Как уже упоминалось, помимо термина " пакет" (packet) в литературе также нередко встречается термин " кадр" (frame). Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же. Но иногда подразумевается, что кадр и пакет различаются. Причем единства в объяснении этих различий не наблюдается.В некоторых источниках утверждается, что кадр вложен в пакет. В этом случае все перечисленные поля пакета кроме преамбулы и стоповой комбинации относятся к кадру (рис. 12.4). Например, в описаниях сети Ethernet говорится, что в конце преамбулы передается признак начала кадра.В других, напротив, поддерживается мнение о том, что пакет вложен в кадр. И тогда под пакетом подразумевается только информация, содержащаяся в кадре, который передается по сети и снабжен служебными полями.Во избежание путаницы, в данной книге термин " пакет" будет использоваться как более понятный и универсальный.В процессе сеанса обмена информацией по сети между передающим и принимающим абонентами происходит обмен информационными и управляющими пакетами по установленным правилам, называемым протоколом обмена. Это позволяет обеспечить надежную передачу информации при любой интенсивности обмена по сети.

Лабораторная работа

Цель лабораторной работы:

Изучить основные аспекты формирования и организации физической и логической структуры локальной сети связи и составных частей этой сети.

Задачи:

1. Закрепление теоретических сведений сетей связи.

2. Изучение основ моделирования ЛВС в программе PacketTracer.

3. Построение тестовой ЛВС средствами программы PacketTracer.

4. Изучение принципов работы коммутационного оборудования.

5. Изучение сетевых протоколов ICMP, ARP.

6. Рассмотрение организации сети на основе динамической маршрутизации (RIP, OSPF).

Рисунок 9. Структура сети 192.168.1.0/24 и 192.168.2.0/24

Проверка на работоспособность: ping от PC0 до РС5

PC> ping 192.168.2.3

Pinging 192.168.2.3 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.2.3: bytes=32 time=50ms TTL=127

Reply from 192.168.2.3: bytes=32 time=52ms TTL=127

Reply from 192.168.2.3: bytes=32 time=40ms TTL=127

Reply from 192.168.2.3: bytes=32 time=60ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.2.3:

Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),

Approximate round trip times in milli-seconds:

Minimum = 40ms, Maximum = 60ms, Average = 50ms

Рисунок 11. Структура сетей 192.168.x.1/24

4. Добавим в RIP каждого роутера все подключенные сети (Либо через config, либо через консоль)

Проверка на работоспособность: ping от PC8 до РС1

PC> ping 192.168.1.2

Pinging 192.168.1.2 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=110ms TTL=125

Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=100ms TTL=125

Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=110ms TTL=125

Ping statistics for 192.168.1.2:

Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),

Approximate round trip times in milli-seconds:

Minimum = 100ms, Maximum = 110ms, Average = 107ms

Рисунок 13. Структура сети

Список используемой литературы

1. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2010. — 944 е.: ил.

2. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2012. — 960 с.: ил.

3. Ю.В. Новиков, Д.Г. Карпенко Аппаратура локальных сетей: функции, выбор, разработка./ Под общей редакцией Ю.В. Новикова.

Лабораторная работа

По дисциплине: «Основы построения

инфокоммуникационных систем и сетей»

Выполнил студент группы ТК-12-2бзуЮдин С.О.

Проверил _________ Байдаров А. А.

Пермь 2014

Введение. 3

1. Среды передачи данных. 3

2. Стандарты IEEE 802.1, 802.2, 802.3. 3

3. Иерархия и топологии в инфокоммуникационных сетях связи. 5

4. Технологии 10Base2, 10Base5, 100BaseT, 1000BaseLX.. 8

5. Моделирование инфокоммуникационных сетей связи. 9

6. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. Понятия: интерфейс, протокол. 11

7. Протоколы IP, ICMP, ARP. Стек коммуникационных протоколов TCP/IP 14

8. Адресация в инфокоммуникационных сетях связи. 18

10. Управление и настройка коммуникационного оборудования. 26

11. Принципы маршрутизации. Методы формирования таблиц маршрутизации. 26

12. Структуры кадров, пакетов в сетях связи. 33

Лабораторная работа. 38

Построение локальной сети 192.168.1.0/24. 38

Построение локальной сети 192.168.2.0/24. 39

Соединение ранее созданных автономных сетей в единую сеть. 40

Построение локальной сети 192.168.3.0/24 с DHCP. 41

Соединение двух маршрутизаторов. 41

Добавление дополнительных маршрутизаторов. 43

Настройка динамической маршрутизации OSPF с помощью командной строки Cisco IOS (консоли) 44

Список используемой литературы.. 45

Введение

Среды передачи данных

Линии связи отличаются физической средой, которую они используют для передачи информации.

Рис. 1.1. Проводные (воздушные) или кабельные линии связи

Стандарты IEEE 802.1, 802.2, 802.3

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒