Лабораторная работа № 1

«Настройка подключения вычислительной системы к локальной вычислительной сети»

1 Цель работы

Ознакомление с программными средствами ОС GNU/Linux, предназначенными для настройки подключения вычислительной системы к вычислительным сетям, основанным на технологии Ethernet и стеке протоколов TCP/IP.

2 Теоретическая часть

2.1 Общие сведения

В общем случае, настройка вычислительной сети, работающей по технологии Ethernet и на основе протоколов семейства TCP/IPv4, состоит из следующих этапов:

а) физическое подключение сетевого адаптера;

б) подключение сетевого адаптера к каналу связи;

в) загрузка ОС вычислительной системы;

г) регистрация оператора в ОС в качестве суперпользователя;

д) настройка параметров подключения

Данный этап предполагает:

• задание IPv4¹-адреса настраиваемого сетевого узла;

• задание маски сети² и широковещательного адреса сети³, в которую включен настраиваемый сетевой узел;

• настройка дополнительных параметров сетевого узла;

е) настройка таблицы маршрутизации.

С помощью таблицы маршрутизации вычислительная система принимает решение, по какому маршруту (какому сетевому узлу через какой сетевой интерфейс) необходимо передать очередной пакет данных, чтобы означенный пакет достиг сетевого узла - приемника;

ж) запуск и настройка дополнительных сервисов;

В число дополнительных сервисов входят, например, DNS-сервер, DHCP-сервер, WEB-сервер, FTP-сервер и прочие сервисы;

з) обмен данными между процессами вычислительной системы и процессами удаленных вычислительных систем;

В данной лабораторной работе будет рассмотрен способ подключения вычислительной системы, работающей под управлением ОС GNU/Linux, к локальной вычислительной сети, основанной на технологии Ethernet и стеке протоколов TCP/IPv4.

2.1.1 Утилиты настройки сети в ос Windows

2.1.XXX настройка сети в ос семейства Linux

ОС GNU/Linux является сетевой ОС и позволяет вычислительной системе, работающей под ее управлением, взаимодействовать с прочими вычислительными системами в сетях самой разнообразной организации.

2.2 Настройка подключения вычислительной системы к локальной вычислительной сети

Настройка подключения вычислительной системы к локальной вычислительной сети предполагает следующую последовательность действий:

а) регистрация оператора ОС в качестве суперпользователя;

б) настройка ядра ОС.

Настройка ядра ОС предполагает загрузку в пространство ядра кода сетевой подсистемы ядра и драйвера используемого сетевого адаптера.

Как правило, хотя и необязательно, код сетевой подсистемы ядра находится в файле ядра и, соответственно, загружается в ядерное пространство непосредственно в ходе загрузки ядра ОС на ранней стадии загрузки ОС. В том случае, если код сетевой подсистемы ядра скомпилирован в виде отдельных модулей ядра, подгружаемых в ходе работы ОС, данные модули загружаются в ходе запуска графической подсистемы ОС, поскольку она не может функционировать без сетевой подсистемы, или загружаются ОС автоматически, при выполнении попыток настройки сетевого адаптера. В крайне редких случаях, когда код сетевой подсистемы отсутствует в ядре, требуется перекомпилировать ядро ОС, что выходит за рамки данной лабораторной работы.

Драйвер используемого сетевого адаптера может находится в файле ядра ОС, в отдельном модуле ядра, загружаемым ядром при выполнении попытки настройки сетевого адаптера, или отсутствовать в ядре вовсе.

Определить, присутствует ли драйвер сетевого адаптера в пространстве ядра ОС, можно с помощью утилиты ifconfig - для этого необходимо запустить данную утилиту с ключом «-a», который предписывает утилите ifconfig вывести в стандартный поток вывода информацию о всех присутствующих в вычислительной системе (но, возможно, ненастроенных) сетевых адаптерах.

в) настройка подключения сетевого интерфейса сетевого адаптера, с помощью которого выполняется подключение к локальной вычислительной сети, к локальной вычислительной сети.

Означенная настройка предполагает:

• задание IP-адреса настраиваемого сетевого узла;

• задание маски сети и широковещательного адреса сети, в которую включен сетевой узел;

• настройка дополнительных параметров сетевого узла.

Настройка сетевого интерфейса выполняется с помощью утилиты ifconfig и предполагает следующую последовательность действий.

1) определение имени сетевого интерфейса.

Интерфейсы Ethernet-адаптеров именуются в ОС GNU/Linux в виде последовательности символов «ethN», где N - порядковый номер сетевого адаптера (считая с 0), зависящий от его физического подключения к материнской плате вычислительной системы.

Узнать имя сетевого интерфейса можно с помощью утилиты ifconfig, запущенной с ключом «-a»;

2) сброс настроек сетевого интерфейса.

Для сброса настроек сетевого интерфейса необходимо выполнить команду «ifconfig ethN down»;

3) настройка сетевого интерфейса.

Для настройки сетевого интерфейса необходимо выполнить команду «ifconfig ethN IP broadcast BROADCAST netmask NETMASK», где:

- IP - IP-адрес сетевого узла;

- BROADCAST - широковещательный адрес сети;

- NETMASK - маска сети.

Передав утилите ifconfig дополнительные ключи, можно произвести настройку прочих параметров сетевого адаптера. Так, например, с помощью ключа «mtu MTU_SIZE» оператор может настроить максимальный размер пакета (MTU_SIZE; указывается в байтах), могущего быть переданным через сетевой адаптер по протоколу канального уровня сетевой модели OSI, что полезно для некоторых сетевых адаптеров отдельных производителей, требующих для своего корректного функционирования значение MTU меньшее, чем традиционное значение MTU, равное 1500 байтам.

В случае успешного завершения процесса настройки сетевого интерфейса, запись о данном сетевом интерфейсе появится в списке корректно настроенных сетевых интерфейсов, могущего быть полученным с помощью утилиты ifconfig, запущенной без ключей

г) настройка таблицы маршрутизации.

Маршрутизация (routing) - основная функция IP. Дейтаграммы передаются в протокол IP у получателя из UDP или TCP, находящихся на более высоком уровне, а у отправителя из сетевого адаптера, находящегося ниже уровня IP. Каждая дейтаграмма помечена IP-адресами источника и пункта назначения. Протокол IP берет адрес назначения каждой дейтаграммы, сравнивает его с локально поддерживаемой таблицей маршрутизации (routing table) и решает, что предпринять. Для каждой дейтаграммы существуют три возможных варианта:

- она может быть передана на уровень протокола, находящегося выше IP на локальном хост-компьютере;

- она может быть передана на один из локально присоединенных адаптеров;

- она может быть отброшена.

Таблица маршрутизации хранит в себе 4 различных типа маршрутов. Они показаны в списке в том порядке, в каком они просматриваются для поиска нужного маршрута:

1. Хост (маршрут к одиночному определенному пункту назначения);

2. Подсеть (маршрут к подсети);

3. Сеть (маршрут ко всей сети);

4. По умолчанию (используется тогда, когда не существует другого возможного маршрута).

Таблица содержит записи, которые состоят из поля маски подсети (Netmask), поля шаблона адреса назначения (Network Address), поля адреса шлюза (Gateway), поля адреса сетевого интерфейса (Interface) и поля Metric, содержащего значение количества "прыжков" (hops) - количество сегментов сети до данного шлюза.

Таблицу маршрутизации можно просмотреть командой route (route print или netstat -r в ОС Windows). Приведенный листинг иллюстрирует результат работы команды route print в ОС Windodows.

Active Routes:

Network Address Netmask Gateway Address Interface Metric

0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.100.1 192.168.100.17 1

127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1

192.168.100.0 255.255.255.0 192.168.100.17 192.168.100.17 1

192.168.100.17 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 1

192.168.100.255 255.255.255.255 192.168.100.17 192.168.100.17 1

224.0.0.0 224.0.0.0 192.168.100.17 192.168.100.17 1

255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.100.17 192.168.100.17 1

Этот пример демонстрирует таблицу маршрутизации компьютера с IP-адресом 192.168.100.17. Она содержит семь записей:

- Первая строка - это адрес 0.0.0.0 - является маршрутом по умолчанию.

- Вторая строка - это адрес обратной связи (loopback) 127.0.0.0.

- Третья строка - это маршрут для сети 192.168.100.0. Локальный интерфейс указан, как путь к этой сети.

- Четвертая строка - это маршрут локального хоста. Надо заметить, что он определяет адрес обратной связи (loopback). Это действительно имеет смысл, так как управление дейтаграммой, направленной локальному хосту, должно выполняться внутри этого хоста, в обход сетевого адаптера.

- Пятая строка - это адрес широковещательной отправки сообщений в подсети (опять указывается локальный интерфейс).

- Шестая строка - это IP-адрес многоабонентской (групповой) отправки.

- Седьмая строка - это IP-адрес ограниченной широковещательной отправки.

Алгоритм поиска следующий. Если для какой-либо записи побитное произведение (операция логического "И") IP-адреса назначения и значения поля Netmask совпадает со значением поля Network Address, то данная дейтаграмма будет отправлена на соответствующий этой записи шлюз, указанный в поле Gateway, через сетевой интерфейс, указанный в поле интерфейс.

Если пакет послан по адресу 192.168.100.16, таблица сначала просматривается на предмет поиска маршрута хоста (он не найден). Подходит адрес 192.168.100.0 с маской 255.255.255.0 (операция логического "И" адреса 192.168.100.16 и маски 255.255.255.0 дает 192.168.100.0). Пакет отправляется с использованием локального интерфейса 192.168.100.17 (имеется в виду сетевой адаптер, контроллер, интерфейс, которому назначен ip-адрес 192.168.100.17). Если пакет отправляется по адресу 192.168.1.1, то используется тот же самый порядок поиска. При этом не будет найдено маршрута ни к хосту, ни к сети, ни к подсети. В этом случае пакет перенаправляется на шлюз, принятый по умолчанию (default gateway). Это делается путем указания MAC-адреса шлюза, используемого по умолчанию, в качестве MAC-адреса пункта назначения.

В большинстве случаев, таблица маршрутизации поддерживается автоматически. При инициализации хоста в таблицу добавляются записи, касающиеся локальной сети (сетей), обратной связи, групповой многоабонентской отправки и сконфигурированных шлюзов, используемых по умолчанию. Как только уровень IP узнает о других маршрутах, они сразу появляются в таблице. Например, компьютер может получить сообщение от шлюза, используемого по умолчанию, который показывает оптимальный путь к определенной сети, подсети или хосту. Маршруты также могут быть добавлены вручную с помощью команды route.

После осуществления настройки сетевого интерфейса необходимо выполнить настройку таблицы маршрутизации, для чего используется утилита route.

Одна запись, связанная с настраиваемым сетевым интерфейсом, в таблице маршрутизации уже есть - это указание направлять все пакеты, следующие в соответствующую сеть, через настроенный сетевой интерфейс.

Необходимо добавить в таблицу маршрутизации запись о маршруте по умолчанию - то есть запись о маршруте, по которому будут отправляться пакеты в случае, если других маршрутов, по которым можно было бы отправить пакет, нет.

Для добавления записи в таблицу маршрутизации о маршруте по умолчанию необходимо выполнить следующие действия:

1) удалить запись о маршруте по умолчанию из таблицы маршрутизации.

Для удаления записи о маршруте по умолчанию из таблицы маршрутизации необходимо выполнить команду «route del default»;

2) добавить запись о маршруте по умолчанию в таблицу маршрутизации с предписанием использовать целевой сетевой узел в качестве шлюза между сетями.

Для добавления записи о маршруте по умолчанию в таблицу маршрутизации необходимо выполнить команду «route add default gw IP ethN», где IP - IP-адрес сетевого узла - шлюза.

Содержимое таблицы маршрутизации можно получить с помощью утилиты route, запустив данную утилиту без каких бы то ни было ключей.