5533

УДК 681.3(075)

Домрачев А. И./ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ [Электронный ресурс]: учеб. – метод. пос./ А. И. Домрачев; Нижегор. гос. архитектур. – строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. - 20 с. 1 электрон. опт.

диск (CD-R)

Приводятся цели, задания и порядок выполнения лабораторных работ, а также контрольные вопросы в конце каждой лабораторной работы.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ» по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и технологии, без профиля.

© А. И. Домрачев © ННГАСУ. 2016.

Лабораторная работа № 1

Теория сетевого взаимодействия

В ходе сетевого взаимодействия программам, операционным системам и периферийным устройствам приходится решать ряд разнородных задач. Это и поиск нужного компьютера в сети и поиск нужной программы на компьютере и задача одновременного использования одного кабеля несколькими компьютерами и другие задачи. Чтобы их решить, весь процесс сетевого взаимодействия решено было разделить на уровни, каждый из которых должен решать свой круг задач.

Правила, которые определяют взаимодействие на каждом из уровней, называются сетевыми протоколами. Набор протоколов, необходимый для реализации всех уровней сетевого взаимодействия, называется стеком протоколов. При этом каждый уровень может быть представлен несколькими протоколами, решающими задачи уровня по-своему. Передающая программа может выбрать один из этих протоколов. Поясним это на примере: добраться от Нижнего Новгорода до Москвы можно на поезде, автобусе и самолёте, результат будет один и тот же.

На сегодня самым распространённым стеком протоколов является стек TCP/IP, поскольку протоколы IP и TCP, входящие в его состав, является ключевыми для работы интернета. Стек TCP/IP состоит из 4-х уровней: прикладного, транспортного, сетевого и уровня сетевых интерфейсов. Последний уровень часто разделяют на два: канальный и физический уровни.

Часть протоколов стека TCP/IP представлена на рисунке 1. Верхний уровень – это программы, затем следуют протоколы прикладного уровня. Каждый из этих протоколов был разработан специально для того или иного вида сетевого взаимодействия: HTTP – для передачи веб страниц, SMTP, POP и IMAP – для передачи почтовых сообщений и т.д.. Таких протоколов довольно много, несколько десятков. Эти протоколы реализованы в программах, представленных в первом ряду.

Второй и третий уровни соответственно транспортный и сетевой. Их задача – доставить поток данных от одной программы к другой, даже если эти программы работают на компьютерах, находящихся в разных странах. Эти протоколы реализованы как модули операционных систем. Сейчас в интернете используется два протокола IP: IPv4 – IP протокол версии 4 и IPv6 – IP протокол версии 6. Далее, если не указана версия протокола, то речь идёт о версии 4.

Два нижних уровня – канальный и физический – решают задачу передачи потока байт между двумя устройствами в виде электрических сигналов или электромагнитных волн. Они реализуются сетевыми интерфейсами (сетевыми картами) и их драйверами.

3

Прикладной уровень передаёт свои данные в виде потока байт. На транспортном уровне этот поток разделяется на блоки, называемые сегментами протокола TCP или UDP, к каждому их которых добавляется служебная информация транспортного уровня. Сетевой уровень добавляет к сегментам свою служебную информацию, в результате получаются IP пакеты. Канальный уровень добавляет свои данные к пакетам, получаются кадры соответствующего протокола. Кадры, представляющие собой набор байт, передаются в сеть в виде электрических сигналов.

На приёмнике эти сигналы декодируются в набор байт и передаются вверх по стеку, при этом каждый уровень работает лишь со своими служебными данными. В качестве приёмника может выступать как конечное, так и промежуточное устройство, работающее на канальном (устройства 2-го уровня) или сетевом (устройства 3-го уровня) уровне сетевого взаимодействия.

Как видно из рисунка, некоторые протоколы выпадают из общей схемы, передачи данных от прикладного уровня к канальному. На рисунке это протоколы DNS, ARP и ICMP. Эти протоколы выполняют служебные функции. Протокол DNS преобразует имя компьютера вида www.nngasu.ru в адрес сетевого уровня (IP адрес). Протокол ARP преобразует IP адрес в адрес канального уровня (MAC адрес). Протокол ICMP служит для передачи служебных сообщений на сетевом уровне, например, используется для проверки связи с помощью команд ping или tracert.

Сетевые настройки компьютера

Для работы с сетевыми настройками в ОС Windows необходимо открыть Панель управления, Сетевые подключения, Подключение по локальной сети. Далее для просмотра настроек перейти на вкладку поддержка, подробности, а для изменения настроек – на вкладку общие, свойства, протокол интернета TCP/IP.

4

Тонкая настройка сетевой карты

Для настройки необходимо открыть: Панель управления, система, оборудование, диспетчер устройств, сетевые платы, двады щёлкнуть по названию вашей сетевой платы, вкладка дополнительно. Параметры настроек зависят от типа сетевой карты. Здесь можно задать физический адрес устройства (параметр Network Address) – 12–значное шестнадцатиричное число (указыватся без тире и пробелов, начинается с ноля).

Команды, используемые в работе.

ping A.B.C.D – проверяет связь с узлом сети с IP A.B.C.D. Вместо IP адреса можно задать имя компьютера.

Ipconfig –all – показывает информацию о сетевых настройках.

Задания по работе.

1. Просмотрите сетевые настройки компьютера выпишите их в виде таблицы:

Для заполнения двух правых столбцов рассмотрите содержимое заголовков протоколов, отображаемых сетевым анализатором (см. п.5).

2.Измените сетевые настройки компьютера: увеличьте IP адрес на 1, остальные настройки оставьте без изменений

3.Измените физический адрес компьютера: увеличьте его на 1.

4.Проверьте связь с web сервером ННГАСУ (www.nngasu.ru), запишите его IP адрес.

5.Запустите программу Wireshark для сбора информации о сетевых пакетах, с которыми работает компьютер. Для начала работы анализатора – выберите свой сетевой интерфейс в разделе Interface List. В верхнем окне отобразятся пакеты, в нижнем окне – содержимое выбранного пакета.

6.Настройте фильтр сетевого анализатора на сбор пакетов протокола ICMP (запишите icmp в строку filter) и при помощи команды ping командной строки Windows проверьте связь с основным шлюзом (один из параметров настройки сети). Рассмотрите содержимое одного из пакетов и запишите его в таблицу.

Название протокола Уровень стека TCP/IP

7.Настройте фильтр сетевого анализатора на сбор пакетов протокола HTTP и откройте web страницу nngasu.ru. Содержимое пакета запишите в таблицу, как и в предыдущем задании.

5

Вопросы по лабораторной работе.

1.Назовите сетевые настройки компьютера.

2.Какой протокол используется для передачи web страниц, а какой для проверки связи между компьютерами?

3.Заголовки каких протоколов добавляются к web странице при её передаче по сети?

4.Что такое стек протоколов?

5.Что содержит больше служебной информации: пакет протокола IP, сегмент протокола TCP или кадр протокола Ethernet?

6.Как узнать IP адрес компьютера, зная его имя?

6

Лабораторная работа № 2

Технология Ethernet

Для соединения компьютеров в локальную сеть чаще всего используется технология Ethernet (читается эзэрнэт). Существуют следующие разновидности Ethernet.

Сетевые адаптеры и коммутаторы, как правило, поддерживают две или три из перечисленных технологий и перед началом передачи данных «договариваются» о технологии, по которой они будут работать. Все перечисленные методы поддерживают дуплексный метод передачи, то есть одновременную передачу данных в двух направлениях. Технологии. Поддерживаемые, сетевой картой можно посмотреть в её свойствах.

Сетевые адаптеры – это периферийные устройства для включения устройств в сеть. Другие названия: NIC (network interface controller). Сетевые платы Ethernet могут быть трёх типов: MDI (Medium Dependent Interface – интерфейс, зависящий от среды передачи), MDI-X – то же, но с перекрёстным соединением и Auto-MDI/MDIX – интерфейс с автоматической настройкой. Тип зависит от расположения передающих и принимающих контактов в адаптере. Тип MDI используется в сетевых адаптерах, MDI-X – в коммутаторах, Auto MDI/MDIX в большинстве современных устройств. Сетевой адаптер перечисленных выше технологий имеет по 8 контактов, часть которых передающая (Tx от англ. Transmitter - передатчик), а часть принимающая (Rx от англ. Receiver – приёмник).

Витая пара – это кабель, состоящий из 2-х или 4-х пар проводников, скрученных между собой. Скрутка проводов уменьшает помехи, возникающие из-за влияния пар проводников друг на друга. Существует три разновидности витой пары: неэкранированная витая пара (UTP - unshielded twisted pair), фольгированная витая пара (FTP - Foiled twisted pair) и экранированная витая пара (STP - shielded twisted pair). FTP и STP имеют оболочки из фольги: FTP – одну оболочку для всех пар, STP – оболочку для каждой пары. В зависимости от диаметра

прово

разделяют на 7 категорий. Для локальных сетей в основном используются категории 3 и 5e (усовершенствованная витая пара категории 5). Для разметки проводов в витой паре используют цвета: оранжевый, синий, зелёный и коричневый. На концах витой пары может находиться коннектор 8P8C, сетевая розетка 8P8C или кроссовая панель того же стандарта. Существует 2 стандарта на соединение проводов с этими устройствами: Т-568-А (устаревший) и Т-568-B. Кабель оба конца которого обжаты по одному стандарту называется прямым, по разным стандартам - перекрёстным (кроссовым). Длинна медного кабеля не должна превышать 100 метров.

В качестве среды передачи для Ethernet можно использовать оптическое волокно. Оно используется для соединения коммуникационного оборудования. Для подсоединения оптоволоконных линий используются конверторы, преобразующие электрический сигнал в оптический и SFP модули, вставляемые в специальные разъёмы коммутаторов. Передача данных по оптическим волокнам осуществляется на скорости 100 или 1000 Мб/с. Существует 2 варианта соединения с помощью оптоволокна: соединение с помощью двух волокон, когда сигнал идёт по каждому волокну в одном направлении (технология 100BASE-FX) и соединение с помощью одного волокна, когда передатчики работают на разных длинах волн: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой — на 1550 нм (технология 100BASE-FX WDM). Существуют гигабитные стандарты для оптического волокна.

Задания по лабораторной работе

8.Изготовить сетевой кабель и проверить его с помощью тестера

9.Не запуская виртуальную машину. Посмотрите сетевые настройки из командной строки. Соедините компьютеры друг с другом напрямую и с использованием коммутатора, проверить связь между компьютерами.

10.Разделитесь на 2 группы. Задания выполняются в группах. Соедините компьютеры с помощью 2-х последовательно включенных коммутаторов. Проверьте связь между компьютерами.

11.Соедините компьютеры с оптическим кабелем с помощью конверторов, преобразующих электрический сигнал в оптический. Конверторы расположите между коммутаторами, чтобы получилась схема: компьютер – коммутатор – конвертор - конвертор – коммутатор – компьютер.

12.Запишите какого типа и какой категории используемый медный кабель.

13.Нарисуйте, каким образом следует обжимать 2-х парный сетевой кабель, чтобы соединить им 2 компьютера, работающие по технологии 100BaseTX

8

Вопросы по работе:

1.Каким образом соединить 2 компьютера, если в одном их них сетевой адаптер Fast Ethernet, а в другом Gigabit Ethernet?

2.Перечислите порядок цветов в стандарте T-586-B

3.Чем отличаются друг от друга адаптеры MDI и MDI-X ?

4.Чем отличаются прямой и перекрёстный сетевой кабель?

5.Могут ли 2 компьютера с сетевыми картами 1000BaseTX, соединённые кабелем передавать данные одновременно в двух направлениях? Какой для этого нужен кабель и с какой скоростью будут передаваться данные?

6.Опишите, каким образом следует соединять узлы сети с помощью оптического волокна.

9