Принципы формирования сети 100BASE-TX на основе коммутаторов

Отчет

по лабораторной работе Принципы формирования сети 100BASE-TX на основе коммутаторов

1. Постановка задачи и основные теоретические сведения

Цель работы — изучение принципа формирования сетей Ethernet на основе коммутаторов на примере Fast Ethernet (100BASE-TX); приобретение навыков конфигурирования сетей топологии звезда, выбора маски подсети (класса сети) и настройки коммутаторов через удаленный Terminal (c помощью команд IOS Cisco).

1.1 Задание

схема адресация сеть программа

Общее задание:

Сконфигурировать и протестировать в программе Packet Tracer сеть 100BASE-TX (Fast Ethernet), состоящую из шести стационарных рабочих станций, одного Laptop и одного сервера, расположенных в разных помещениях на небольшом удалении.

Индивидуальное задание (вариант 5):

Построить схему сети, состоящей из 16 рабочих станций. Разместить их в любом порядке. Разработать схему адресации построенной сети так, чтобы маска подсети соответствовала заданному количеству IP-адресов хостов. Для адресации должны быть использованы приватные диапазоны адресов. Адреса интерфейсов коммутаторов должны иметь максимальные значения из выбранного вами пула адресов. Адреса рабочих станций должны быть первыми сетевыми адресами из выбранного вами пула адресов. Провести тестирование сети.

1.2 Основные теоретические сведения

Каждый компьютер в сети имеет адреса трех уровней:

— локальный адрес узла — МАС-адрес сетевого адаптера или порта сетевого устройства. Эти адреса определяются технологией построения сети, состоит из 6 байтов (например, 0060.2F30.CD0D);

— IP-адрес — используется на сетевом уровне, назначается при конфигурации сети, состоит из двух частей: номера сети (префикса) и номера хоста / рабочей станции (суффикса), например, 192.168.0.1 (суффикс — 1);

— символьный адрес, DNS-имя — используется на прикладном уровне, назначается при конфигурации сети.

Для структурирования сетей (для разделения на подсети) используются маски. Маска и IP-адрес связаны математической зависимостью. IP-адрес — 32-разрядное число, представляемое в виде 4-х наборов по 8 разрядов, записанных в 10-й системе счисления и разделенных точками (точечно-десятичная нотация). Базовый IP-адрес содержит набор фиксированных разрядов (префикс) и набор переменных разрядов (суффикс). Набор фиксированных разрядов должен быть непрерывным и начинаться с самого старшего разряда адреса. В диапазон IP-адресов, заданных базовым IP-адресом, входят адреса, образованные всеми возможными комбинациями значений набора переменных разрядов.

Существует также понятие частного или приватного IP-адреса (private IP address), который является внутрисетевым, локальным адресом. Таким образом, для локальных сетей выделены специальные диапазоны IP-адресов, которые не используются в глобальной сети и распределение которых никем не контролируется.

Маска — это 32-разрядное число (также записанное в точечно-десятичной нотации), которое определяет, какие разряды базового IP-адреса являются фиксированными (префикс). В маске фиксированными разрядами IP-адреса соответствуют единичные разряды. Нулевые разряды в маске соответствуют переменным битам IP-адреса.

Так как в базовом IP-адресе фиксированные разряды должны располагаться в одной непрерывной группе, начинающейся с самого старшего разряда адреса, маска должна содержать непрерывную последовательность единичных разрядов, соответствующую фиксированной части адреса, за которой следует непрерывная последовательность нулевых разрядов, обозначающая переменную часть адреса.

Таким образом, сочетание IP-адреса и маски дает возможность задавать многоадресное пространство в зависимости от необходимого количества рабочих станций (хостов) в сети.

Первым в выделенном диапазоне адресов является базовый IP-адрес. Например, в выделенном диапазоне из двух адресов (/31 фиксированный бит), первый — 192.168.0.0/31 (маска: 255.255.255.254) — это базовый адрес. Последним в выделенном диапазоне адресов является адрес для широковещательных сообщений (в переменном адресе все единицы), например, 192.168.0.1/31.

Для того чтобы обеспечить информационное взаимодействие между компонентами сети, необходимо установить соответствие между сетевыми адресами IP и аппаратными MAC-адресами. Эта функция в стеке протоколов TCP/IP возложена на протокол, который называется ARP (Address Resolution Protocol).

2. Результаты выполнения задания лабораторной работы

2.1 Общее задание

Топология сети 100BASE-TX, соответствующая общему заданию, представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 — Топология сети 100BASE-TX для общего задания Для тестирования созданной топологии сети, была сформирована передача простого сообщения (Simple PDU) от PC_3-ROOM2 к PC_1-SERVROOM, а также, для тестирования связи между станциями PC_3-ROOM2 и PC_1-SERVROOM, была использована команда tracert. Результаты тестирования представлены в таблице 2.1 и на рисунках 2.2 и 2.3.

Таблица 2.1. — Результаты тестирования полученной топологии сети.

Из данной таблицы видно, что в некоторый момент времени, когда не происходит передача информационных пакетов, одним из коммутаторов инициируется отправка STP пакетов. Данные пакеты служат для устранения (блокирования) топологических петель (избыточных соединений для коммутаторов) в сети, чем предотвращают бесполезную повторяющуюся отправку одного и того же пакета одним из коммутаторов, которая может привести к полному отказу сети, хотя формально сеть может продолжать работу.

Информация, отображаемая в командной строке в результате выполнения команд ping и tracert, представлена на рисунках 2.2 и 2.3.

Рис. 2.2 — Окно командной строки с результатами передачи простого сообщения (Simple PDU)

Рис. 2.3 — Окно командной строки с результатами тестирования связи между хостами

2.2 Индивидуальное задание

Т.к. требуется разместить 16 рабочих станций, сервер, принтер и некоторое количество коммутаторов со своими адресами, а в любом диапазоне IP-адресов 2 адреса всегда зарезервированы для базового адреса и широковещательных сообщений, выберем маску подсети 255.255.255.224 (27 фиксированных разрядов).

Топология сети 100BASE-TX, соответствующая индивидуальному заданию, представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4 — Топология сети 100BASE-TX для индивидуального задания Для тестирования созданной топологии сети, была сформирована передача простого сообщения (Simple PDU) от PC_3-ROOM3 к SERV, а также, для тестирования связи между станциями PC_3-ROOM3 и SERV, была использована команда tracert. Результаты тестирования представлены в таблице 2.2 и на рисунках 2.5 и 2.6.

Таблица 2.1. — Результаты тестирования полученной топологии сети

Из данной таблицы видно, что помимо пакетов STP в некоторый момент времени, когда не происходит передача информационных пакетов, одним из коммутаторов также может инициироваться отправка CDP пакетов. Эти пакеты позволяют обнаруживать подключённое (напрямую или через устройства первого уровня) сетевое оборудование Cisco, его название, версию IOS и IP-адреса. CDP протокол поддерживается лишь устройствами компании Cisco.

Информация, отображаемая в командной строке в результате выполнения команд ping и tracert, представлена на рисунках 2.5 и 2.6.

Рис. 2.5 — Окно командной строки с результатами передачи простого сообщения (Simple PDU)

Рис. 2.6 — Окно командной строки с результатами тестирования связи между хостами

Вывод

В ходе выполнения данной лабораторной работы были изучены принципы формирования сетей Ethernet на основе коммутаторов на примере Fast Ethernet (100BASE-TX), а также приобретены навыки конфигурирования сетей топологии звезда, выбора маски подсети (класса сети) и настройки коммутаторов через удаленный Terminal (c помощью команд IOS Cisco).

Результаты сформированных передач простых сообщений, как для общего, так и для индивидуального задания идентичны, что было ожидаемо, т.к. сконфигурированные сети различаются между собой лишь количеством хостов и способами их подключения к сети, а количество коммутаторов на пути прохождения отправляемых пакетов одинаково. Отправка пакетов от «центрального звена» топологии сети, наиболее наглядно демонстрирует, что пакеты ARP являются широковещательными и передаются всем хостам в сети, исключая ситуацию с обратной отправкой, где сообщение от получателя направленно отправляется отправителю сообщения.

Что же касается служебных пакетов протокола STP, они отправляются одним из коммутаторов в такие моменты времени, когда сеть не занята передачей информационных пакетов, и таким образом, чтобы не мешать этой самой передаче.

Основное неудобство представленных топологий заключается в том, что при большом количестве «звеньев» (последовательно подключенных коммутаторов), в штатном режиме работы сети, для «крайних» хостов, время передачи пакетов будет максимальным, что может ухудшить скорость работы сети в целом.