Описание

Лабораторная работа №7-9

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ

1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СИМУЛЯТОРА

3. ОПИСАНИЕ СИМУЛЯТОРА CISCOPACKETTRACER

4. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

4.1 Методические указания к лабораторному практикуму

4.2 Лабораторная работа №1. Знакомство со средой CiscoPacketTracer

4.3 Лабораторная работа №2. Протоколы ARPиICMP(программыpingиtracert)

4.4 Лабораторная работа №3. Протоколы SMTPиPOP3

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Варианты индивидуальных заданий к лабораторной работе №2

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Варианты индивидуальных заданий к лабораторной работе №3

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ

ARP – Address Resolution Protocol

DCE – Data Circuit Equipment

DNS – Domain Name System

DTE – Data Terminal Equipment

ICMP – Internet Control Message Protocol

IOS – Internetwork Operating System

IP – Internet Protocol

MTA – Mail Transfer Agent

MUA – Mail User Agent

NS3 – Network Simulator, version 3

PC – Personal Computer

POP3 – Post Office Protocol, version 3

SMTP – Simple Mail Transfer Protocol

TCP – Transmission Control Protocol

Компьютерные сети передачи данных представляют собой результат эволюции компьютерных технологий и в настоящее время образуют основное средство коммуникации. Создание компьютерных сетей вызвано потребностью совместного использования информации на удаленных друг от друга компьютерах. Основное назначение компьютерных сетей – совместное использование ресурсов и осуществление связи как внутри одной организации, так и за ее пределами. Разделяемыми ресурсами могут быть данные, приложения, периферийные устройства.

Базовые компоненты и технологии, связанные с архитектурой локальных или глобальных сетей, могут включать в себя: серверы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, компьютеры, средства связи между устройствами. Таким образом, компьютерная сеть представляет собой комплекс распределенной компьютерной техники, соединенной между собой системой передачи данных, содержащей коммуникационное оборудование и каналы связи.

На основании открытых систем (OSI) Международный институт стандартов (ISO) разработал семиуровневую модель в компьютерной сети. В соответствии с этой моделью взаимодействие абонентов через сеть происходит с помощью сетевых протоколов, каждый из которых работает на конкретном уровне. Под сетевым протоколом понимается строго формализованная процедура взаимодействия абонентов сети.

Передача и прием данных в сети выполняется под управлением сетевых протоколов. Решение сетевой задачи передачи данных начинается с работы протокола прикладного уровня. Далее последовательно данные проходят по всему стеку и достигают последнего физического уровня, который управляет их непосредственной передачей по физическому каналу связи. Абонент, принимающий данные, обрабатывает их аналогичным образом: передавая вверх по стеку до прикладного уровня.

В процессе обучения технологиям компьютерных сетей вызывает затруднения практическая часть исследования телекоммуникационных систем: построение топологии сети, настройка интерфейсов, взаимодействие сетевых протоколов. Причинами этому являются высокая стоимость оборудования, организация рабочих мест для учащихся, размещение сетевых устройств.

В связи с этим появилось программное обеспечение, позволяющее проводить моделирование телекоммуникационных систем. Благодаря симуляторам компьютерных сетей эксперименты в этой области можно проводить гораздо удобнее и экономнее, чем на реальном оборудовании.

АНАЛИЗ ЗАДАЧИ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Одним из крупнейших камней преткновения в исследованиях телекоммуникационных систем является высокая стоимость оборудования. Далеко не каждая лаборатория может позволить себе покупку набора беспроводных точек доступа, нескольких маршрутизаторов и прочего оборудования для проведения тестирования протоколов, решений по оптимизации архитектур, подбора определённых топологий для применения новых сетевых решений. В связи с этим были созданы программные продукты, позволяющие выполнять имитационное моделирование телекоммуникационных систем. Появление подобного программного обеспечения позволило проводить необходимые исследования и эксперименты гораздо экономнее и получать практически те же результаты, что и на реальном оборудовании.

Помимо явной экономии, подход с использованием симуляторов позволяет проводить эксперименты, не строя реальную сеть, что есть достаточно трудоёмкий и требовательный ко времени процесс. Преимуществом программных продуктов является также использование определенных модулей оборудования при построении сети. Есть возможность проводить эксперименты, направленные на изучение конкретных сетевых протоколов. На сегодняшний день существует ряд инструментов, позволяющих проводить моделирование компьютерных сетей.

Основной целью при разработке лабораторных работ по технологиям компьютерных сетей является обучение. Для этого необходимо средство, которое не отвлекало бы от цели практического исследования, имело бы удобный и понятный интерфейс. Соответственно, при выборе симулятора следует придерживаться заданных критериев.

При разработке лабораторных работ должны учитываться возможности симулятора и режимы его работы. Действия, выполняемые на симуляторе, должны сопутствовать ходу практического исследования и наглядно демонстрировать весь процесс. В основе всех лабораторных работ лежит изучение сетевых протоколов. Основная задача заключается в приобретении студентами знаний о современных технологиях построения компьютерных сетей. В соответствии с решением этой задачи предполагается формирование знаний и умений студентов об основных методах построения компьютерных сетей.

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СИМУЛЯТОРА

Задача компьютерного моделирования телекоммуникационных систем на сегодняшний день имеет достаточно много решений различного рода. Одними из популярных продуктов являются OPNET, OMNET++, NS2, NS3, которые являются мощным средством моделирования за счет объектно-ориентированных языков программирования в качестве встроенного языка описания моделей телекоммуникационных систем. Так же существуют узкоспециализированные симуляторы, созданные лишь для моделирования определённого оборудования. Как правило, подобное программное обеспечение выпускается производителями телекоммуникационного оборудования.

Компанией CiscoSystems, являющейся производителем сетевого оборудования, были предложено программное обеспечение для моделирования сетей, которое позволяет студентам экспериментировать с различными топологиями сетей и их поведением внутри: симуляторыPacketTracer,Dynamips,GNS3, который представляет собой графический интерфейс для симулятораDynamips.

Начинающим сетевым инженерам может быть полезно начать изучение компьютерных сетей именно с технологий Cisco, потому что это один из самых распространенных производителей сетевого оборудования и существующие симуляторыCiscoудобны и позволяют быстро собрать лабораторный стенд для практических задач.

Данные программные продукты являются частью среды обучения Сетевой академии Cisco[Электронный ресурс].URL: http://www.cisco.com/web/learning/netacad/index.html. Они разработаны для предоставления функций моделирования, визуализации, авторской разработки, аттестации и сотрудничества, а также облегчают преподавание и изучение сложных технологических принципов. СимуляторыCiscoобеспечивают студентам возможность развивать практические навыки в работе с компьютерными сетями. Однако в работе с некоторыми симуляторами для конфигурации оборудования необходимо знаниеCiscoIOS.

Cisco IOS — многозадачная операционная система, выполняющая функции сетевой организации, маршрутизации, коммутации и передачи данных, используется в маршрутизаторах и коммутаторах. Эта ОС имеет интерфейс командной строки, оперирующим набором команд, доступные команды определены режимом и уровнем привилегий пользователя.

Симулятор Dynamipsтак же, как иGNS3, позволяет эмулировать аппаратную часть сетевых устройств, непосредственно загружая и взаимодействуя с реальными образамиCiscoIOS. В начале знакомства с компьютерными сетями хотелось бы как можно меньше уделять время изучению команд новой операционной системы, и как можно больше сетевому оборудованию и протоколам.

Симулятор PacketTracer, как разработанное программное обеспечениеCisco, так же поддерживает интерфейс командной строкиCiscoIOSдля конфигурирования устройств. Однако для построения топологии и проведения нужных операций в целях практического исследования, вполне можно обойтись настройкой сетевого оборудования с помощью графического интерфейса. При этом использованиеCiscoIOSдля студентов будет представлено в удобной и понятной форме.

Packet Tracer дополняет представленное физическое оборудование, позволяя студентам создавать виртуальные сети с практически неограниченным количеством устройств. Учебная среда на основе имитационных моделей развивает навыки устранения неисправностей в сети, позволяет применять творческий подход к решению задач.

Симулятор позволяет преподавателям легко демонстрировать сложные принципы и проекты сетевых систем. На основе Packet Tracer могут разрабатываться как индивидуальные лабораторные работы, так и групповые занятия. Студенты с помощью этой программы могут научиться создавать, настраивать, изучать сети и устранять неполадки, используя виртуальное оборудование и модели соединений.

Cisco Packet Tracer представляет собой программный симулятор работы сети, которым пользуются во всем мире. Пользовательский интерфейс этого продукта доступен и на русском языке.

Программное решение Packet Tracer позволяет моделировать работу различных сетевых устройств: маршрутизаторов, коммутаторов, точек беспроводного доступа, персональных компьютеров, сетевых принтеров и т.д. Интерактивное взаимодействие с симулятором дает весьма правдоподобное ощущение настройки реальной сети.

Среда PacketTracerпозволяет настраивать оборудование, используемое в сети, удобным для пользователя образом. Предусмотрено управление сетевыми устройствами с помощью команд операционной системыCiscoIOS, за счет графического интерфейса, так же используется интерфейс командной строки. Следует упомянуть о том, что не все функции операционной системыCiscoIOSреализованы на данном сетевом симуляторе. Однако той основы, которую программа обеспечивает, хватает для построения сетевых систем и понимания технологических принципов.

Cisco Packet Tracer поддерживает режим визуализации, с помощью которого пользователь может отследить перемещение данных по сети, появление и изменение параметров пакетов при прохождении данных через сетевые устройства, скорость и пути перемещения пакетов. Таким образом, анализ событий, происходящих в сети, позволяет понять механизм ее работы и обнаружить неисправности.

Packet Tracer может быть использован не только как симулятор для виртуальных сетей, но и как сетевое приложение для симулирования виртуальной сети через реальную сеть, в том числе Интернет. Пользователи на разных компьютерах, независимо от их местоположения, могут работать над одним проектом, производя его настройку или устраняя проблемы. Эта функция многопользовательского режима широко применяется для организации командной работы, а также для проведения групповых занятий.

На основе Cisco Packet Tracer пользователь может строить не только логическую, но и физическую модель сети и, следовательно, получать навыки проектирования. Созданную в учебной среде схему сети можно наложить на чертеж реально существующего здания. С учетом физических ограничений в тех или иных помещениях можно спроектировать размещение устройств, длину и тип прокладываемого кабеля или радиус зоны покрытия беспроводной сети.

CiscoPacketTracerподходит для обучения сетевым технологиям. Симулятор наглядно имитирует поведение сетевого оборудования. Проводить эксперименты на реальном оборудовании в лабораторных и учебных целях сложно и неудобно, в то время как виртуальные возможности сетевого симулятора позволяют проводить такие исследования.

Разумеется, ни один симулятор не может полностью заменить опыт работы в реальной сети. Однако существующее программное обеспечение в этой сфере способствует эффективному обучению сетевым технологиям, доступному в любое время и в любом месте.

Данный программный продукт разработан компанией Cisco и рекомендован использоваться при изучении телекоммуникационных сетей и сетевого оборудования. На основе программного продукта PacketTracerесть возможность создавать сетевые топологии из широкого множества маршрутизаторов и коммутаторов компании Cisco, рабочих станций и сетевых соединений типа Ethernet,Serial, ISDN,Frame Relay. Функции симулятора могут быть пригодны как для обучения, так и для работы, настройки сети еще на этапе планирования.

PacketTracerвключает следующие особенности:

Рабочее пространство для создания сети любого размера и сложности

Моделирование в режиме реального времени

Моделирование в режиме симуляции

Графический интерфейс для взаимодействия с пользователем при настройке сетевых устройств

Изображение сетевого оборудования с поддержкой добавления, удаления, перемещения различных компонентов

Данный симулятор позволяет студентам проектировать свои собственные сети, создавая и отправляя различные пакеты данных, сохранять и комментировать свою работу. Предоставляется возможность изучать и использовать такие сетевые устройства, как коммутаторы, маршрутизаторы, рабочие станции, определять типы связей между ними и соединять их.

Отличительной особенностью данного симулятора является наличие в нем режима симуляции (рис. 3.1). В данном режиме все пакеты, пересылаемые внутри сети, отображаются графически. Эта возможность позволяет студентам наглядно продемонстрировать, по какому интерфейсу в данные момент перемещается пакет, какой протокол используется и т. д. Работая в симуляторе в другом режиме, режиме реального времени, нельзя проследить за перемещением пакетов, сразу отображается конечный результат выполненных действий.

Рис. 3.1 Режим симуляции в PacketTracer

Однако, это не все преимущества Packet Tracer: в режиме симуляции студент может не только отслеживать используемые протоколы, но и видеть, на каком из семи уровней модели OSI данный протокол задействован, а так же содержимое пакета, его формат.

Packet Tracer способен моделировать большое количество устройств различного назначения, а так же немало различных типов связей, что позволяет проектировать сети любого размера на высоком уровне сложности.

Коммутаторы второго и третьего уровня

Конечные устройства (рабочие станции, ноутбуки, серверы, принтеры)

Беспроводные устройства (точки доступа, беспроводные маршрутизаторы)

Глобальная сеть WAN

Поддерживаемые типы связей между устройствами:

Медный кабель с прямым подключением

Медный кабель с перекрещиванием

Каждое устройство в программном продукте Cisco Packet Tracer может быть сконфигурировано через окно свойств, которое вызывается по двойному клику на устройстве. Первая вкладка Physicalотвечает за физические параметры устройства (рис.3.2). При настройке маршрутизаторов и коммутаторов в них можно добавлять новые модули, в рабочие станции и серверы — вставлять сетевые адаптеры.

Рис. 3.2 Физический вид устройства (маршрутизатора)

На вкладке Config можно задавать основные параметры сетевых интерфейсов (IP-адреса, маску подсети, параметры беспроводной сети и пр.) В сетевых устройствах также можно конфигурировать маршрутизацию – статическую или динамическую, у серверов — конфигурировать службы (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Конфигурация сервера

Третья вкладка CLIсетевых устройств обеспечивает доступ к командной строке операционной системы IOS. Третья вкладкаDesktopрабочих станций и серверов содержит интерфейсы доступа к различным сетевым параметрам, а также несколько клиентских приложений (рис. 3.4).

Menu Bar – предоставляет интерфейс управления для оконных приложений со стандартными разделами:

File– управление файлом в программе;

Edit– правка, позволяет выполнять с открытым документом различные операции;

Options– опции программы;

View– вид программы;

Рис. 3.4 Вкладка Desktopрабочей станции

При запуске программы открывается главное окно симулятора (рис. 3.5):

Рис. 3.5 Общий вид симулятора PacketTracer

Опишем элементы рабочей области главного окна программы (рис. 3.6):

Рис. 3.6 Элементы рабочей области программы

Extensions– возможные расширения для программы;

MainToolBar– панель управления содержит графические изображения ярлыков для доступа к командам главного менюFile, Edit, View и Tools, а так же кнопку Network Information.

Logical/PhysicalWorkspace– вкладки переключения между логической рабочей областью и физической. Физическая топология подразумевает расположение устройств в городе, районе, офисе.

Workspace– рабочая область программы, в которой происходит создание сети, проводятся наблюдения за симуляцией и просматривается другая информация о сети и статистика.

CommonToolsBar– панель, которая обеспечивает доступ к часто используемым инструментам:

Select– выбрать элемент/отдельную область сети;

Movelayout– перемещение по карте сети;

Placenote– разместить комментарий на карте сети;

Delete– удалить элемент/отдельную область сети;

Inspect– просмотр подробной информации о выбранном устройстве;

Кнопки визуального моделирования потоков данных:

AddsimplePDU– сформировать простой пакетping-запроса между двумя узлами;

AddcomplexPDU– сформировать сложный пакет данных;

Realtime/SimulationBar– вкладки переключения между режимомrealtime(реального времени) и режимомsimulation(симуляции). Содержит кнопки Power cycle devices, Play control, Event list в режиме simulation.

User Created Packet Window – окно для управления пакетами, которые были созданы в сети во время симуляции.

Network Component Box – область, которая содержит все представленное оборудование, с помощью которого можно проектировать сеть.

Device-Type Selection Box – содержит все доступные типы устройств и связей в симуляторе.

Device-Specific Selection Box – содержит конкретные модели выбранного типа устройств и соединений.

Симулятор PacketTracerподдерживает широкий диапазон сетевых соединений (таблица 3.1). Каждый тип кабеля может быть соединен лишь с определенным типом интерфейса.

Serial Data Circuit Equipment/Data Terminal Equipment

Соединения через последовательные порты, часто используются для связей WAN. Для настройки таких соединений необходимо установить синхронизацию на стороне DCE-устройства. Синхронизация DTE выполняется по выбору. Сторону DCE можно определить по маленькой иконке “часов” рядом с портом. При выборе типа соединения Serial DCE, первое устройство, к которому применяется соединение, становится DCE-устройством, а второе - автоматически станет стороной DTE. Возможно и обратное расположение сторон, если выбран тип соединения Serial DTE.

PacketTracerявляется удобным средством моделирования сетей передачи данных. Работа с симулятором дает весьма правдоподобное ощущение настройки реальной сети, состоящей из различных устройств. Настройку сетевого оборудования можно проводить как с помощью команд операционной системыCiscoIOS, так и посредством графического интерфейса. Благодаря режиму симуляции можно проследить перемещение данных по сети, появление и изменение параметров пакетов при прохождении данных через сетевые устройства, скорость и пути перемещения пакетов. Анализ событий, происходящих в сети, позволяет понять механизм ее работы и обнаружить неисправности.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

4.1 Методические указания к лабораторному практикуму

Основной целью лабораторного практикума является изучение построения компьютерных сетей и сетевых протоколов, приобретение навыков работы в режиме реального времени и симуляции PacketTracer. В рамках лабораторного практикума изучаются построение топологии сети, проверка ее работоспособности посредствомICMP-сообщений, протокол разрешения адреса, прикладные протоколы электронной почты, вопросы содержимого пакетов заданного протокола.

Работы выполняются с помощью симулятора CiscoPacketTracer, необходимое программное обеспечение установлено на компьютеры в лаборатории. Все лабораторные работы содержат необходимые теоретические сведения, общую часть работы, обязательную для выполнения, и индивидуальные задания.

В содержании лабораторных работ при настройке сетевых устройств есть упоминание о службе DNS. В первых двух работах службаDNSнепосредственно не участвует, а значит, присваиватьIP-адресDNS-серверу необязательно. В лабораторной работе №3 задействованDNS-сервер, поэтому теоретические сведения этой работы содержат необходимую информацию.

Лабораторная работа №1. Знакомство со средойCiscoPacketTracer

Цель работы: познакомиться с интерфейсом симулятора, изучить режим реального времени, основные операцииcустройствами.

Создание топологии сети;

Добавление конечных узлов;

Подключение к конечным узлам сетевых устройств;

Настройка IP-адресов и масок сети на узлах;

Проверка работы сети в режиме реального времени

Запускаем среду CiscoPacketTracer. При запуске программы открывается главное окно симулятора (см. рис. 3.5).

Построение топологии сети

Создаем новую топологию сети, выбираем необходимые устройства и соединения.

Топология сети может быть сконфигурирована из различных устройств и связей. В данной лабораторной работе мы используем простые сетевые устройства: концентратор, коммутатор, конечные устройства (компьютеры).

NetworkComponentBoxсодержит все представленное оборудование, с помощью которого можно построить сеть (см. рис.3.6). С помощью одного клика по каждой группе устройств и соединений можно отобразить различные их варианты, отличающиеся между собой (рис. 4.1).

Рис. 4.1 Виды устройств и соединений

Построение топологии, добавление узлов

Один клик по конечным устройствам (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Виды конечных устройств

Один клик по выбранному устройству, для нашей работы это PC(рис. 4.3).

Рис. 4.3 Выбор конечного устройства

Переместите курсор на рабочую область симулятора. Курсор должен превратиться в знак “+”. Щелкните мышью в любом месте на области и выбранное вами устройство скопируется. Проделайте эту процедуру еще три раза, на рабочей области у вас будет 4 PC(рис. 4.4).

Рис. 4.4. Вид рабочей области

Подключение к узлам концентратора и коммутатора

Выберите группу устройств концентраторы (Hubs), из этой группы выберите первую модель (Hub-PT). Разместите концентратор междуPC0 иPC1 (рис. 4.5).

Задача концентратора довольно проста: он повторяет пакет, принятый на одном порту на всех остальных портах.

Рис. 4.5 Вид рабочей области

Подключим PC0 кHub0, выбрав сначала тип подключения. Для этого случая подойдет медный кабель с прямым подключением (рис. 4.6).

Рис. 4.6 Выбор соединения с прямым подключением