Построение сетей с помощью концентраторов, коммутаторов, маршрутизаторов.

Цель работы:

1. Ознакомление с приемами моделирования сетей с помощью ПО Cisco Packet Tracer.

2. Получение навыков по построению и моделированию сетей с использованием концентраторов, коммутаторов, маршрутизаторов.

3. Получение навыков использования команд ping, tracert, arp для контроля за состоянием вычислительной сети.

Теоретическая часть.

Описание Cisco Packet Tracer.

Cisco Packet Tracer – программный продукт, разработанный в рамках сетевых академий компанией Cisco и позволяющий проектировать сети, изучать сетевое оборудование, связи между ними и конфигурировать их.

Рисунок 1 – Основные компоненты программы Cisco Packet Tracer

1. Рабочая область, где размещается оборудование для организации сети;

2. Доступное оборудование (концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, оконечные устройства);

3. Кнопки управления объектами;

4. Выбор между физической и логической рабочей областью. Особенностью Packet Tracer является то, что при переходе в физическую рабочую область можно рассмотреть созданную сеть на уровне от виртуального города до стойки. Переход на более низкий уровень – по щелчку мыши по объекту. Возврат – кнопка Back;

5. Окно наблюдения и управления за передаваемыми пакетами;

6. Переключение между режимами работы – режим реального времени и симуляции. В режиме симуляции все пакеты, пересылаемые внутри сети, отображаются графически (Рисунок 2). Эта возможность позволяет наглядно продемонстрировать, по какому интерфейсу в данный момент перемещается пакет, какой протокол используется и т.д. В данном режиме можно не только отслеживать используемые протоколы, но и видеть, на каком из семи уровней модели OSI данный протокол задействован, щелкнув мышью на квадрат в поле Info (Рисунок 3).

Рисунок 2 – Передача пакетов в режиме симуляции

Рисунок 3 – Уровни модели OSI в Cisco Packet Tracer

Запустить работу в режиме симуляции можно сформировав ping – запрос с помощью илии нажав на кнопкуPlay.

Каждое устройство может быть сконфигурировано в зависимости от своего назначения. Например, щелкнув на значок компьютера попадаем в область физических настроек, где приведен внешний вид оборудования и перечислены платы, которые можно добавить к устройству. Во вкладке Config (рисунок 4) приведены сетевые настройки устройства (IP, маска, шлюз, DNS - сервер).

Рисунок 4 - Сетевые настройки компьютера

Во вкладке Desktop приведены дополнительные возможности:

• IP Configuration – сетевые настройки

• Command Prompt – командная строка

• Терминал

• Браузер

• Электронная почта и другое.

Командная строка используется для проверки работоспособности сети, задания настроек и просмотра результатов. Основные команды при использовании:

• Ping – посылка эхо-запроса

Формат: Ping адрес_узла_назначения.

Может быть с расширениями: Ping –t адрес_узла_назначения - посылка эхо-запроса до тех пор пока не будет прервано командой Ctrl+C;

Ping –n count адрес_узла_назначения - посылка стольких эхо-запросов, сколько указано в count.

• Arp – а – просмотр arp-таблицы;

Arp – d –очистить arp-таблицу.

• Tracert – определение маршрута до узла назначения.

Формат: Tracert адрес_узла_назначения.

Протокол STP.

Spanning Tree Protocol — сетевой протокол, работающий на втором уровне модели OSI. Основной задачей STP является приведение сети Ethernet с множественными связями к древовидной топологии, исключающей циклы пакетов. Происходит это путём автоматического блокирования избыточных в данный момент связей для полной связности портов. Протокол описан в стандарте IEEE 802.1D.

Протокол CDP.

Cisco Discovery Protocol — протокол второго уровня, разработанный компанией Сisco Systems, позволяющий обнаруживать подключённое (напрямую или через устройства первого уровня) сетевое оборудование Сisco, его название, версию IOS и IP-адреса. Поддерживается многими устройствами компании, почти не поддерживается сторонними производителями.

Получаемая информация включает в себя типы подключённых устройств, интерфейсы маршрутизатора, к которым подключены соседние устройства , интерфейсы, использующиеся для создания соединений, а также модели устройств.

Протокол ICMP.

Internet Control Message Protocol - протокол управляющих сообщений.

Используя ICMP, узлы и маршрутизаторы, связывающиеся по протоколу IP, могут сообщать об ошибках и обмениваться ограниченной управляющей информацией и сведениями о состоянии.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP (Рисунок 5). Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.

Рисунок 5 - Формат пакета ICPM

Статическая и динамическая маршрутизация.

Маршрутизация — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи. Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты). После определения маршрута следования пакета необходимо отослать информацию об этом каждому транзитному устройству. Каждое сообщение обрабатывается и заносится в таблицу маршрутизации, в которой указывается интерфейс, по которому устройство должно передавать данные, относящиеся к конкретному потоку.

Протокол RIP.

Routing Information Protocol – протокол маршрутной информации. Используется для изменения записей в таблице маршрутизации в автоматическом режиме. Для измерения расстояния до пункта назначения чаще всего используется количество хопов – количество промежуточных маршрутизаторов, которые нужно преодолеть пакету до пункта назначения (хотя могут быть и другие варианты – надежность сетей, задержки, пропускная способность). Роутеры отсылают свою таблицу маршрутизации соседям, получают от них подобные сообщения и обрабатывают их. Если новая информация имеет лучшее значение метрики, то старая запись замещается новой, и маршрутизатор снова отсылает пакет RIP своим соседям, ждет ответа и обрабатывает информацию.

Протокол ARP.

Любое устройство, подключенное к локальной сети, 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.

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой.

Существуют следующие типы сообщений ARP: запрос ARP (ARP request) и ответ ARP (ARP reply). Система-отправитель при помощи запроса ARP запрашивает физический адрес системы-получателя. Ответ (физический адрес узла-получателя) приходит в виде ответа ARP.

Перед тем как передать пакет сетевого уровня через сегмент Ethernet, сетевой стек проверяет кэш ARP, чтобы выяснить, не зарегистрирована ли в нём уже нужная информация об узле-получателе. Если такой записи в кэше ARP нет, то выполняется широковещательный запрос ARP. После этого отправитель обновит свой кэш ARP и будет способен передать информацию получателю.

Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.

Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным.

В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес.