58

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

инженерно-экономический университет»

Кафедра информационных систем в экономике

Рег. №

УТВЕРЖДАЮ

Проректор

по учебно-методической работе

и качеству образования

д.э.н., профессор

_______________ В.И. Малюк

«___» ______________ 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам

дисциплины

«Информационные сети»

ОПД.Ф.07

Специальность 230201 - Информационные системы и технологии

Направление 230200 - Информационные системы

Санкт-Петербург

2012

Допущено

редакционно-издательским советом СПбГИЭУ

в качестве методического издания

Составители

к.э.н., доц. И.Л. Андреевский,

Рецензент

ФИО

Подготовлено на кафедре

информационных систем в экономике

Одобрено научно-методическим советом специальности

230201 - Информационные системы и технологии

230200 Информационные системы

Отпечатано в авторской редакции с оригинал-макета,

подготовленного составителями

 СПбГИЭУ, 2012

Содержание

1. Цель работы 4

2. Программно-техническая платформа 4

3. Теоретическая часть 5

4. Перечень заданий к лабораторной работе 46

5. Порядок выполнения лабораторной работы 48

6. Содержание отчета по лабораторной работе 54

7. Список литературы 57

8. Приложения 58

1. Цель работы

Цель лабораторной работы 1. «Проектирование сетей с различными топологиями» состоит в закреплении полученных на лекционных занятиях знания о коммуникационных средах, пассивном и активном коммуникационном оборудовании. Ознакомиться с программным обеспечением «Сетевой эмулятор 3.0», овладеть в его среде навыками проектирования локальных вычислительных сетей различных топологий.

Цель лабораторной работы 2. «Диагностические сетевые утилиты» состоит в получении практически навыков использования сетевых диагностических программ для настройки локальной вычислительной сети.

Цель лабораторной работы 3. «Подсети. Маршрутизация» состоит в изучении и настройкае таблиц маршрутизации.

Цель лабораторной работы 4. «Настройка сетевых служб» состоит в знакомстве с работой сетевых служб Windows. В процессе выполнения данной лабораторной работы закрепляются теоретические знания в области настройки автоматической раздачи IP адресов в сети компании.

2. Программно – техническая платформа

Проведение лабораторных работ предусматривает использование компьютерных классов, оснащенных современными компьютерами с современной операционной системой.

Для проведения лабораторных работ предполагается наличие сконфигурированного компьютерного класса со следующим программным обеспечением:

• Microsoft Virtual PC 2007 и набором виртуальных машин;

• Сетевой Эмулятор 3.0;

• Microsoft Office 2007 (2010) для целей формирования отчетов по лабораторным работам.

Необходимое лицензионное (или бесплатно распространяемое) программное обеспечение для проведения лабораторных работ в настоящий момент имеется в наличии в ИВЦ СПбГИЭУ.

Минимальные требования к технической платформе: персональный компьютер Pentium IV и выше с 1 Gb оперативной памяти и 10 Gb дискового пространства.

3. Теоретическая часть

3.1 Проектирование сетей с различными топологиями

Топология (конфигурация) характеризует свойства сетей, систем и программ, не зависящие от их размеров. Она изучает структуру, образуемую физическими объектами и множеством связывающих их каналов либо частей каналов.

Другими словами, под «топологией» (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, производительность, возможности расширения сети.

Согласно одному из подходов к классификации конфигурации, сети делят на два основных класса:

• широковещательные;

• последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждая абонентская система передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными системами. К таким конфигурациям относят:

• общая шина;

• дерево;

• звезда.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно более мощные приемник и передатчик, которые могут работать с сигналами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей.

Тип общая шина (рис. 1) позволяет значительно упростить логическую и программную структуру сети, снизить расход кабеля.

Конфигурация типа дерево (рис. 2) представляет собой более развитый вариант конфигурации типа общая шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или сетевыми концентраторами («хабами»). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛС несколько зданий на определенной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разделяется на два поддерева или на две шины.

Развитием конфигурации типа дерево является сеть типа звезда (рис. 3), которую можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. В центре звезды может находиться пассивный соединитель или хаб - достаточно простые и надежные устройства. Звездообразные сети менее надежны, чем шина или дерево, но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Такая звезда требует большого количества кабеля.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одной из абонентских систем. К передатчикам или приемникам систем здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных, и на различных участках сети могут использоваться разные виды физической среды.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации:

1. произвольная;

2. иерархическая;

3. кольцо;

4. цепочка;

5. звезда с «интеллектуальным» центром;

6. снежинка.

При произвольном соединении (рис. 4) все устройства соединены непосредственно. Каждая линия может использовать в себе различные методы передачи. Такой способ соединения устройств вполне удовлетворителен для сетей с ограниченным числом соединений. Преимущество данного типа - простота. Однако он имеет высокую стоимость, большое число каналов связи и необходимость маршрутизации информации.

В иерархическом соединении (рис. 5) промежуточные узлы работают по принципу: «накопи и передай». Преимущества данного метода - оптимальное соединение элементов сети. Недостатки - сложность логической и программной структуры, различная скорость передачи информации на различных уровнях.

В конфигурациях кольцо, цепочка, звезда с «интеллектуальным» центром, снежинка (рис. 6-9) для правильного функционирования сети необходима постоянная работа всех блоков. Чтобы уменьшить эту зависимость в каждый блок включают реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения сигналы передаются по кольцу только в одном направлении. Недостатки - замедленная передача данных (в зависимости от числа рабочих станций), меньшая надежность. Достоинства - простота методов управления, высокая пропускная способность при меньших энергозатратах, простота расширения сети.

Рис. 1	Рис. 2	Рис. 3
Рис. 4	Рис. 5	Рис. 6
Рис. 7	Рис. 8	Рис. 9

В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию звезда, кольцо, или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

При выборе оптимальной топологии используются три основные цели:

• обеспечение альтернативной маршрутизации, максимальная надёжность передачи данных;

• выбор оптимального маршрута передачи блоков данных (минимизация числа каналов образующих последовательностей);

• предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

При построении сетей на базе различных технологий может применяться разнообразное сетевое коммуникационное оборудование. Приведем список классов наиболее распространенного на сегодняшний день коммуникационного оборудования:

• повторитель (repeater, репитер)

• концентратор (hab, хаб)

• мост (bridge, бридж)

• коммутатор (switch, свитч)

• маршрутизатор (router, рутер)

• Опишем основные особенности этого оборудования.

Повторитель – это устройство, предназначенное для соединения между собой 2-х сетей построенных по топологии «Шина». Повторитель обладает двумя портами для подсоединения коаксиального кабеля. В функции повторителя входит усиление сигнала принятого из одного порта и передача его в другой. Являясь обыкновенным усилителем, повторитель выполняет функции присущие физическому уровню базовой эталонной модели OSI.

Концентратор в основном используется в небольших локальных сетях, с числом компьютеров до 20. Концентратор является устройством, соединяющим компьютеры преимущественно с помощью витой пары. Концентраторы подразделяются на пассивные и активные. Пассивные концентраторы способны соединить в сеть не более 4 компьютеров, при этом концентратор выполняет функцию электрического проводника, замыкающего передающие среды компьютеров между собой. Распространенные версии активных концентраторов способны соединить в сеть не более 32 компьютеров, при этом концентратор выполняет функцию не только электрического проводника, но и усилителя препятствуя затуханию сигнала в большой по масштабу проводящей среде. Как и повторитель, концентратор работает на 1-ом уровне модели OSI.

Мост используется для объединения двух сегментов локальной сети в один. Как и повторитель, мост обладает двумя портами. В отличии от повторителя, мост анализирует пакеты поступающие на его порты, средствами встроенного процессора, и передает в соседнюю сеть только те пакеты, которые для нее предназначены. В работе моста можно выделить две стадии: стадия обучения и стадия работы. На стадии обучения мост анализирует заголовки поступающих пакетов и составляет в своем адресном пространстве таблицу соответствия адресов компьютеров (обоих сетей) тому или иному порту. На второй стадии мост, анализируя заголовок пакета поступившего из сети №1, сравнивает адрес получателя пакета с адресами компьютеров сети №2. И только если соответствие обнаружено, пакет передается в сеть №2. Мост функционирует на канальном (2-м) уровне модели OSI.

Коммутатор объединяет функциональные возможности концентратора и моста., Коммутатор, как и концентратор, способен объединять в сеть компьютеры. Как и мост, он обладает встроенным процессором и анализирует поступающие пакеты. Коммутатор, в отличии от моста, является много–портовым устройством и способен объединять не только компьютеры (как и концентратор) но и целые сегменты локальных сетей (как и мост). Современные коммутаторы позволяют объединять гетерогенные сети, обладая портами совместимыми с различными коммуникационными средами. При этом, коммутатор, как и мост, функционирует на канальном (2-м) уровне модели OSI.

Маршрутизатор является устройством для объединения сетей на 3-м (сетевом) уровне модели OSI. Но маршрутизатор относиться уже к оборудованию для построения не столько локальных, сколько – глобальных сетей. В отличии от коммутатора, маршрутизатор обслуживает уже не компьютеры, а целые локальные сети, управляя сетевым потоком перемещаемым между сетями. Как и коммутатор, маршрутизатор анализирует поступающие из локальных сетей пакеты, но этот анализ более глубокий. Все современные маршрутизаторы поддерживают интернет–протокол IP версии 4 и обладают возможностями вычленять инкапсулированные IP–пакеты из кадров канального уровня (кадров Ethernet). На основании анализа IP–пакетов и собственных настроек (называемых таблицей маршрутизации), маршрутизатор принимает решении о передаче пакета в нужную сеть через тот или иной порт.

Стоит отметить, что с ростом возможностей сетевых технологий многие производители коммутаторов возлагают на свои изделия функции присущие маршрутизаторам. Такие коммутаторы называют коммутаторами 3-го уровня. Считается, что на сегодняшний день наибольших успехов в производстве коммутаторов 3-го уровня достигла фирма Cisco System Inc. Коммутаторы третьего уровня обладают не только встроенным процессором, но и собственной операционной системой, гибкими возможностями удаленного управления.

В лабораторной работе используется программное обеспечение «Сетевой эмулятор 3.0». Опишем сценарии выполнения основных действий в этой среде.

Создание объекта «Хост». Для создания объекта «Хост» требуется вызвать контекстно–зависимое меню и выбрать последовательности команд «Создать объект» -> «Хост». В открывшемся диалоговом окне следует описать имя создаваемого объекта и определить количество сетевых интерфейсов.

Настройка свойств сетевого интерфейса хоста. Для настройки свойств сетевого интерфейса следует выбрать курсором мыши объект «сетевой интерфейс» и вызвать контекстно–зависимое меню. Месторасположение объекта «сетевой интерфейс» пояснено на рис. 10.

Рис. 10. Основные интерфейсные элементы объекта «Хост»

В открывшемся контекстно–зависимом меню требуется выполнить команду «Настройка интерфейса». В открывшемся диалоговом окне «Настройка интерфейса» требуется определить тип сетевого интерфейса, выбрав необходимый тип из предложенного списка, как представлено на рис. 11.

Рис. 11. Пользовательский интерфейс диалогового окна с настройками сетевого интерфейса

Опишем типы доступных в «Сетевом эмуляторе» сетевых интерфейсов:

• Точка-Точка. Данный тип интерфейса преимущественно предназначен для соединения между собой двух объектов «Хост».

• EthernetCombo (UTP/BNC). Данный тип интерфейса предназначен для соединения между объекта «Хост» и объектов «Коаксиальный кабель» или «Хаб».

• Заглушка. Данный тип интерфейса олицетворяет lookback–интерфейс и не используется в рамках лабораторной работы.

В соответствии с создаваемой топологией следует выбрать соответствующий тип интерфейса.

Создание объекта «Коаксиальный кабель». Для создания объекта требуется вызвать контекстно–зависимое меню и выбрать последовательности команд «Создать объект» -> «Коаксиальный кабель Ethernet». При этом точкой начала коаксиального кабеля будет являться та точка, в которой было вызвано контекстно–зависимое меню, а точку окончания коаксиального кабеля следует выбрать щелчком мыши.

Соединение объекта «Хост» с объектом «Коаксиальный кабель». Для соединения объекта «Хост» с объектом «Коаксиальный кабель» требуется:

• установить тип сетевого интерфейса объекта «Хост» в «EthernetCombo (UTP/BNC)»;

• визуально выбрав на схеме сетевой интерфейс, вызвать контекстно–зависимое меню и выполнить команду «Создать канал»;

• выбрать щелчком мыши одно из окончаний коаксиального кабеля, к которому требуется присоединить объект типа «Хост».

Создание объекта «Хаб». Для создания объекта типа «Хаб» требуется вызвать контекстно–зависимое меню и выбрать последовательности команд «Создать объект» -> «Хаб». В открывшемся диалоговом окне следует описать имя создаваемого объекта и определить количество сетевых интерфейсов.

Соединение объекта «Хост» с объектом «Хаб». Для соединения объекта «Хост» с объектом «Хаб» требуется:

• установить тип сетевого интерфейса объекта «Хост» в «EthernetCombo (UTP/BNC)»;

• визуально выбрав на схеме сетевой интерфейс, вызвать контекстно–зависимое меню и выполнить команду «Создать канал»;

• выбрать щелчком мыши один из интерфейсов целевого объекта «Хаб».

Сохранение созданной схемы. Для сохранения схемы сети спроектированной топологии следует вызвать контекстно–зависимое меню и выбрать последовательности команд «Сцена» -> «Сохранить как …». В открывшемся диалоговом окне следует описать имя файла, в который будет сохранена схема, и завершить процесс сохранения нажатием на кнопку «OK».

Расширенные операции ПО «СЕТЕВОЙ ЭМУЛЯТОР»

Назначение IP–адреса сетевому интерфейсу объекта «Хост». Определение IP–адреса сетевого интерфейса выполняется через окно «Настройка интерфейса». Для настройки интерфейса следует выбрать (на сцене) курсором мыши объект «сетевой интерфейс» и вызвать контекстно–зависимое меню. Месторасположение объекта «сетевой интерфейс» пояснено на рис. 12.

Рис. 12. Основные интерфейсные элементы объекта «Хост»

В появившемся контекстно–зависимом меню требуется выполнить команду «Настройка интерфейса», что откроет одноименное окно. В этом окне следует задать IP–адрес и сетевую маску, как представлено на рис. 13.

Рис. 13. Пользовательский интерфейс диалогового окна с настройками сетевого интерфейса

При выходе из окна «Настройки интерфейса…» (по кнопке «ОК») в таблицу маршрутизации данного хоста автоматически добавляется маршрут о доступе к локальным сетям. В данном случае будет добавлен маршрут представленный на рис. 14.

Автоматически добавленный маршрут обладает адресом сети: 130.87.0.0, маской в 16 бит (эквивалентно записи 255.255.0.0) и шлюзом 130.87.3.1.

Опишем прочие актуальные колонки данной таблицы маршрутизации. Колонка «Flags» оговаривает тип маршрута. В ПО «Сетевой эмулятор» предусмотрены флаги «U» и «UGS». Первый показывает, что маршрут создан автоматически, второй означает, что маршрут добавлен вручную.

Рис. 14. Пользовательский интерфейс диалогового окна со свойствами объекта «Хост»

Колонка «Use» показывает, сколько раз маршрут был использован. Наличие в этой колонке нулевого значения – признак того, что маршрут не использовался ни разу.

Изменение таблицы маршрутизации объекта «Хост». Для доступа к таблице маршрутизации объекта «Хост» следует выполнить следующие действия.

• Открыть диалоговое окно «Свойства Хоста» (рис. 14).

• Вписать параметры маршрута в соответствующие поля нижней части окна (рис. 15).

• Нажать кнопку «Добавить».

В результате этих действий в таблицу маршрутизации будет внесен новый маршрут, как представлено на рис. 16.

Рассмотрим подробней формат записи добавляемого вручную маршрута. Первые четыре поля отвечают за IP–адрес сети назначения. Далее через символ «/» следует указать количество бит отведенных под маску сети. Например, маска в 8 бит, равна (в точечно-десятичной нотации) записи «255.0.0.0». Следующие 4 поля (поля после символа «→») описывают адрес шлюза, через который достижима сеть назначения.

Рис. 15. Пользовательский интерфейс окна свойств объекта «Хост», при добавлении нового маршрута.

Рис. 16. Пользовательский интерфейс окна свойств объекта «Хост», после добавления нового маршрута.

В процессе наполнения таблиц маршрутизации новыми маршрутами настоятельно рекомендуется пользоваться «маршрутами по умолчанию», позволяющими описать несколько маршрутов одной строкой.

Проверка корректности настройки таблиц маршрутизации. Для выполнения такой проверки предлагается пользоваться командой пользовательского интерфейса "Быстрое создание пакета", как представлено на рис. 17-19.

Рис. 17 Выбор команды «Быстрое создание пакета» из контекстно-зависимого меню сетевого интерфейса объекта «Хост».

Рис. 18 Выбор направления передачи пакета инструментом «Быстрое создание пакета».

Рис. 19 Результат выполнения команды «Быстрое создание пакета» (визуализация процесса отправки пакета).