View on GitHub

ITMO-PE

My study notes about Program Engineering at University ITMO

MainPage/Computer Network/Lab 1 Report

Университет ИТМО
Факультет ФПИ и КТ

Отчёт по лабораторной работе 1

«Компьютерные сети»

Студент: Чжоу Хунсян

Группа: P33131

Преподаватель:

Санкт-Петербург 2024

Вариант: Ф = 4, И = 6, О = 0, Н = 31 Исходный IP адрес: 223.35.37.10

Цель работы

Изучение принципов построения и настройки моделей компьютерных сетей в среде NetEmul.

В процессе выполнения лабораторной работы (ЛР) необходимо:

построить три простейшие модели компьютерной сети;
выполнить настройку сети, заключающуюся в присвоении IP-адресов интерфейсам сети;
выполнить тестирование разработанных сетей путем проведения экспериментов по передаче данных на основе протокола UDP;
сохранить разработанные модели компьютерных сетей для демонстрации процессов передачи данных при защите лабораторной работы.

Этап 1. Знакомство с NetEmul на примере простейшей сети из двух компьютеров

Построение сети.

Таблица маршрутизации

Таблица маршрутизации — это важная структура данных, в которой хранится информация, используемая маршрутизаторами для определения того, как пакеты доставляются к месту назначения.

Таблица маршрутизации содержит следующие типы информации:
- Адрес назначения (Destination) Это адрес, куда отправить пакетов
- Маска (Mask) Вместе используется с Адресом назначения для определения того, к какой подсети принадлежит IP-адрес.
- Шлюз (Gateway) Показывает следующий адрес для передачи пакетов
- Интерфейс (Interface)
  Это сетевой интерфейс, по которому пакеты покидают текущий маршрутизатор и доставляются на следующий узел.
- Метрика (Metric)
  используется для выражения относительной стоимости или расстояния до пункта назначения.
- Источник (Source)
  Относится к источнику, который генерирует или вводит запись маршрутизации.
ARP-таблицы

Таблица ARP (протокол разрешения адресов) — это таблица, используемая в компьютерных сетях для хранения отношений сопоставления IP-адресов и MAC-адресов. Это помогает устройствам находить физические адреса других устройств в той же подсети для передачи пакетов.

Записи таблицы ARP содержат следующую информацию:
- Mac-адрес
  Это физический адрес целевого устройства.
- Ip-адрес
  Это IP-адрес целевого устройства
- Тип записи
  Указывает тип записи в таблице ARP. Общие типы записей:
  - Статическая запись: Эти записи настраиваются администратором вручную, срок их действия не истекает и не обновляется протоколом динамического ARP. Эти записи обычно используются для критически важной связи между устройствами, гарантируя, что определенные IP-адреса всегда сопоставляются с назначенными MAC-адресами.
  - Динамическая запись: Эти записи генерируются динамически посредством запросов и ответов ARP, имеют определенное время жизни (TTL) и автоматически обновляются или удаляются в зависимости от условий сетевого соединения.
- Имя адаптера
  Поле «Имя сетевой карты» представляет имя сетевого интерфейса или сетевого адаптера, используемого для связи. Он определяет интерфейс, через который должны отправляться и получать пакеты.
- Время жизни
  Указывает время действия записи ARP в таблице ARP. По истечении срока TTL, если нет нового соединения, запись удаляется, чтобы гарантировать актуальность информации в таблице ARP.
Настройка компьютеров и сети.

Настроить интерфейс PC 1

Настроить интерфейс PC 2
- какие и зачем передаются служебные сообщения после назначения IP-адреса;
  
  После назначения IP-адреса передаются Ethernet Frame и ARP-Запрос. Когда PC 1 назначается IP-адрес, ему необходимо убедиться, что другие устройства могут правильно отправлять данные на этот IP-адрес. И чтобы отправить данные на целевой IP-адрес, устройству необходим MAC-адрес целевого устройства. Следовательно, чтобы установить сопоставление IP-адреса и MAC-адреса, PC 1 отправляет это сообщение.
- каково содержание этих сообщений?
```
Ethernet, отправитель: 01:B3:06:23:7E:8C получатель: FF:FF:FF:FF:FF:FF：
```
  Эта часть представляет собой кадр Ethernet. MAC-адрес отправителя — 01:B3:06:23:7E:8C, а MAC-адрес получателя — широковещательный адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF. Широковещательный адрес используется для отправки кадров всем устройствам в локальной сети.
```
ARP-запрос:
  IP адрес отправителя: 223.35.37.10
  MAC адрес отправителя: 01:B3:06:23:7E:8C
  IP адрес назначения: 223.35.37.10
  MAC адрес назначения: 00:00:00:00:00:00
```
  Эта часть представляет запрос ARP.
  - IP-адрес отправителя — 223.35.37.10, который является IP-адресом PC 1.
  - MAC-адрес отправителя — 01:B3:06:23:7E:8C, который является MAC-адресом PC 1.
  - IP-адрес получателя — 223.35.37.10, который является IP-адресом PC 1, что указывает на то, что запрос ARP предназначен для самого PC 1.
  - MAC-адрес получателя состоит из нулей, что является неизвестным MAC-адресом в запросе ARP, поскольку цель запроса ARP — найти MAC-адрес, соответствующий IP-адресу.
Анализ таблиц.

PC 1

PC 2
Тестирование сети (отправка пакетов).
- какие пакеты и кадры передаются в сети;
  - UDP-пакет
  - IP-пакет
  - кадр Ethernet:
- в какой последовательности передаются пакеты и кадры;
  1. Сгенерируйте данные уровня приложения.
  2. Инкапсулировать пакеты UDP (добавить заголовок UDP).
  3. Инкапсулировать IP-пакеты (добавлять IP-заголовки).
  4. Инкапсулировать кадры Ethernet (добавлять заголовки кадров Ethernet).
  5. Передача кадров Ethernet по физическому носителю.
- какая информация содержится в пакетах и кадрах;
  1. UDP-пакет:
    - Данные уровня приложения: это фактические данные, которые необходимо отправить.
    - UDP-заголовок:
      - Исходный порт: случайно сгенерированный номер порта.
      - Целевой порт: заранее определенный номер порта службы (например, DNS использует порт 53).
      - Длина: общая длина заголовка и данных UDP.
      - Контрольная сумма: используется для обнаружения ошибок.
  2. IP-пакет данных:
    - IP-заголовок:
      - Исходный IP-адрес: 223.35.37.10.
      - IP-адрес назначения: 223.35.37.11.
      - Другие поля: такие как TTL (время жизни), протокол (номер протокола UDP равен 17), общая длина и т. д.
    - Часть данных: содержит UDP-пакет верхнего уровня.
  3. Кадр Ethernet:
    - Заголовок кадра Ethernet:
      - MAC-адрес назначения: 01:74:35:78:48:81
      - Исходный MAC-адрес: 01:B3:06:23:7E:8C
      - Поле типа: указывает тип полезных данных (0x0800 указывает IPv4).
    - Часть данных: содержит IP-пакет верхнего уровня.
- появились ли изменения (записи) в таблицах маршрутизации и arp-таблицах, и если «да», то, когда и как формируются записи?
  PC 1 и PC 2 находятся в одной подсети, и таблица маршрутизации не изменилась.
  
  После отправки запроса ARP и получения ответа в таблице ARP добавляется или обновляется запись.

Этап 2. Линейная сеть из трех компьютеров

Построение сети с тремя компьютерами и анализ таблиц.

Таблиц маршрутизации

PC 1

PC 2

PC 3

Arp-таблиц

PC 1

PC 2

PC 3

Проанализировать содержимое таблиц маршрутизации и arp-таблиц всех компьютеров. Описать:
- как изменилось содержимое таблиц;
  В таблицу ARP добавлена связь между MAC-адресами и IP-адресами других устройств в сети.
- как формируется каждая запись в таблицах;
  После установки IP-адреса для PC PC отправит запрос ARP всем устройствам в сети и сохранит взаимосвязь между MAC-адресом PC и IP-адресом в таблицах ARP других устройств.
- в чем отличие таблицы маршрутизации компьютера, находящегося в центе сети, от таблиц маршрутизации крайних компьютеров?
  Таблицы маршрутизации для PC 1 и PC 3 относительно просты и содержат только сеть с прямым подключением и возможный маршрут по умолчанию. Таблица маршрутизации PC 2 более сложна, поскольку она соединяет две разные подсети и требует управления информацией о маршрутизации этих двух подсетей.
Тестирование сети (отправка пакетов).

PC 1 -> PC 2

PC 2 -> PC 3

Проанализировать передачу сообщений с использованием протокола UDP. Пояснить:
- какие пакеты и кадры передаются в сети;
- в какой последовательности передаются пакеты и кадры;
- какая информация содержится в пакетах и кадрах.
Последовательность и информация, содержащаяся в пакетах данных и кадрах, которые будут передаваться по сети, следующие:

ARP-запрос:
- Кадр Ethernet:
  - Исходный MAC-адрес: MAC-адрес PC1.
  - MAC-адрес назначения: широковещательный адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF
- ARP-пакет:
  - MAC-адрес отправителя: MAC-адрес PC1.
  - IP-адрес отправителя: IP-адрес PC1.
  - MAC-адрес назначения: 00:00:00:00:00:00
  - IP-адрес назначения: IP-адрес назначения.
Ответ ARP (при условии, что целевое устройство существует):
- Кадр Ethernet:
  - Исходный MAC-адрес: MAC-адрес целевого устройства.
  - MAC-адрес назначения: MAC-адрес PC1.
- ARP-пакет:
  - MAC-адрес отправителя: MAC-адрес целевого устройства.
  - IP-адрес отправителя: IP-адрес целевого устройства.
  - MAC-адрес назначения: MAC-адрес PC1.
  - IP-адрес назначения: IP-адрес PC1.
UDP-пакетов

Как только PC1 узнает MAC-адрес целевого устройства, он начинает передавать пакеты UDP.

UDP-пакет:
- Кадр Ethernet:
  - Исходный MAC-адрес: MAC-адрес PC1.
  - MAC-адрес назначения: MAC-адрес целевого устройства.
- IP-ПАКЕТ:
  - Версия: IPv4.
  - Длина заголовка: 20 байт.
  - Тип услуги: по умолчанию.
  - Общая длина: заголовок IP + заголовок UDP + данные.
  - Идентификация: идентификатор, идентифицирующий пакет.
  - flag: флаг шардинга.
  - Смещение среза: смещение среза.
  - Время жизни (TTL): обычно 64.
  - Протокол: UDP (17)
  - Контрольная сумма заголовка: контрольная сумма IP-заголовка.
  - Исходный IP-адрес: IP-адрес PC1.
  - IP-адрес назначения: IP-адрес целевого устройства.
- UDP-ПАКЕТ:
  - Исходный порт: случайно выбранный порт.
  - Порт назначения: порт, указанный приложением.
  - Длина: заголовок UDP + длина данных.
  - Контрольная сумма: контрольная сумма UDP (необязательно).
  - Данные: фактические данные приложения.
Последовательность передачи данных
1. ARP-запрос (при необходимости):
  - PC1 отправляет широковещательный запрос ARP с вопросом, кому принадлежит целевой IP-адрес.
2. Ответ ARP (при необходимости):
  - Целевое устройство отправляет PC1 свой MAC-адрес.
3. UDP-пакет:
  - PC1 отправляет пакет UDP на целевое устройство.

Этап 3. Полносвязная сеть из трех компьютеров

Формирование полносвязной компьютерной сети.

Таблиц маршрутизации

PC 1

PC 2

PC 3

Arp-таблиц

PC 1

PC 2

PC 3
Тестирование сети (отправка пакетов).

PC 1 -> PC 2

PC 1 -> PC 3

PC 2 -> PC 1

PC 2 -> PC 3

PC 3 -> PC 1

PC 3 -> PC 2

Проанализировать передачу сообщений с использованием протокола UDP. Пояснить:
- какие пакеты и кадры передаются в сети;
- в какой последовательности передаются пакеты и кадры;
- какая информация содержится в пакетах и кадрах.
Последовательность и информация, содержащаяся в пакетах данных и кадрах, которые будут передаваться по сети, следующие:

ARP-запрос:
- Кадр Ethernet:
  - Исходный MAC-адрес: MAC-адрес PC1.
  - MAC-адрес назначения: широковещательный адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF
- ARP-пакет:
  - MAC-адрес отправителя: MAC-адрес PC1.
  - IP-адрес отправителя: IP-адрес PC1.
  - MAC-адрес назначения: 00:00:00:00:00:00
  - IP-адрес назначения: IP-адрес назначения.
Ответ ARP (при условии, что целевое устройство существует):
- Кадр Ethernet:
  - Исходный MAC-адрес: MAC-адрес целевого устройства.
  - MAC-адрес назначения: MAC-адрес PC1.
- ARP-пакет:
  - MAC-адрес отправителя: MAC-адрес целевого устройства.
  - IP-адрес отправителя: IP-адрес целевого устройства.
  - MAC-адрес назначения: MAC-адрес PC1.
  - IP-адрес назначения: IP-адрес PC1.
UDP-пакетов

Как только PC1 узнает MAC-адрес целевого устройства, он начинает передавать пакеты UDP.

UDP-пакет:
- Кадр Ethernet:
  - Исходный MAC-адрес: MAC-адрес PC1.
  - MAC-адрес назначения: MAC-адрес целевого устройства.
- IP-ПАКЕТ:
  - Версия: IPv4.
  - Длина заголовка: 20 байт.
  - Тип услуги: по умолчанию.
  - Общая длина: заголовок IP + заголовок UDP + данные.
  - Идентификация: идентификатор, идентифицирующий пакет.
  - flag: флаг шардинга.
  - Смещение среза: смещение среза.
  - Время жизни (TTL): обычно 64.
  - Протокол: UDP (17)
  - Контрольная сумма заголовка: контрольная сумма IP-заголовка.
  - Исходный IP-адрес: IP-адрес PC1.
  - IP-адрес назначения: IP-адрес целевого устройства.
- UDP-ПАКЕТ:
  - Исходный порт: случайно выбранный порт.
  - Порт назначения: порт, указанный приложением.
  - Длина: заголовок UDP + длина данных.
  - Контрольная сумма: контрольная сумма UDP (необязательно).
  - Данные: фактические данные приложения.
Последовательность передачи данных
1. ARP-запрос (при необходимости):
  - PC1 отправляет широковещательный запрос ARP с вопросом, кому принадлежит целевой IP-адрес.
2. Ответ ARP (при необходимости):
  - Целевое устройство отправляет PC1 свой MAC-адрес.
3. UDP-пакет:
  - PC1 отправляет пакет UDP на целевое устройство.