View on GitHub

ITMO-PE

My study notes about Program Engineering at University ITMO

MainPage/Computer NetworkLab 3 Report

Университет ИТМО
Факультет ФПИ и КТ

Отчёт по лабораторной работе 1

«Компьютерные сети»

Студент: Чжоу Хунсян

Группа: P33131

Преподаватель:

Санкт-Петербург 2024

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципов конфигурирования и процессов функционирования компьютерных сетей, представляющих собой несколько подсетей, связанных с помощью маршрутизаторов, процессов автоматического распределения сетевых адресов, принципов статической маршрутизации и динамической маршрутизации, а также передачи данных на основе протоколов UDP и TCP.

В процессе выполнения лабораторной работы необходимо:

построить модели компьютерных сетей, представляющих собой несколько подсетей, объединенных в одну автономную сеть, в соответствии с заданными вариантами топологий, представленными в Приложении (В1 – В6);
выполнить настройку сети при статической маршрутизации, заключающуюся в присвоении IP-адресов интерфейсам сети и ручном заполнении таблиц маршрутизации;
промоделировать работу сети при использовании динамической маршрутизации на основе протокола RIP и при автоматическом распределении IP-адресов на основе протокола DHCP;
выполнить тестирование построенных сетей путем проведения экспериментов по передаче данных на основе протоколов UDP и TCP;
проанализировать результаты тестирования и сформулировать выводы об эффективности сетей с разными топологиями;
сохранить разработанные модели локальных сетей для демонстрации процессов передачи данных при защите лабораторной работы.

ЗАДАНИЕ 1. Сеть с одним маршрутизатором (вариант В1)

Построение и настройка сети с маршрутизатором.
1. Проанализировать содержимое таблиц маршрутизации. Описать:
  - какая информация находится в таблицах;
  - каким образом сформированы записи в таблицах?
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.
Тестирование сети (отправка пакетов).
1. Проиллюстрировать передачу сообщений с использованием протокола UDP. Описать:
  - какие пакеты и в какой последовательности передаются пакеты в сети;
  - какая информация содержится в пакетах и кадрах.
    Последовательность и информация, содержащаяся в пакетах данных и кадрах, которые будут передаваться по сети, следующие:
  Последовательность передачи пакетов в сети
  1. Подготовка сообщения
  2. Формирование UDP-пакета
    1. Заголовок UDP
    2. Данные: Сообщение, передаваемое приложением.
  3. Инкапсуляция в IP-пакет
    1. Заголовок IP
    2. Поле данных: UDP-пакет.
  4. Передача через сеть
  5. Декодирование IP-пакета
  6. Декодирование UDP-пакетаИнформация в пакетах и кадрах Информация в пакетах и кадрах
    - UDP-пакет:
    - Заголовок UDP:
    - Данные: Сообщение, передаваемое приложением. - IP-пакет:
    - Заголовок IP:
    - Поле данных: UDP-пакет. - Кадр канального уровня:
    - Заголовок Ethernet:
      - MAC-адрес назначения
      - MAC-адрес источника
      - Тип - Поле данных: IP-пакет.
2. Проанализировать передачу сообщений с использованием протокола TCP. Описать:
  - какие пакеты и в какой последовательности передаются пакеты в сети;
    Последовательность передачи пакетов в сети
    1. Установление соединения (трехэтапное рукопожатие)
    2. Передача данных:
      - полученного сегмента.
    3. Закрытие соединения:
  - какая информация содержится в пакетах и кадрах;
    
    Информация в пакетах и кадрах
    - TCP-пакет:
      - Заголовок TCP
      - Данные: Сообщение, передаваемое приложением.
    - IP-пакет:
      - Структура аналогична UDP-упаковке.
    - Кадр канального уровня:
      - Структура аналогична UDP-упаковке.
  - в чем отличия при передаче сообщений по протоколам UDP и TCP по сравнению с сетями без маршрутизаторов.
    Ключевая разница при отправке сообщений по UDP и TCP с использованием маршрутизатора и без него заключается, на наш взгляд, в том, что нам напрямую недоступен компьютер другой подсети, мы знаем только его IP, с помощью механизма маршрутизации. Нам удается выбрать нужное направление и донести информацию до адресата. Поэтому в журналах мы видим MAC-адрес не конечного узла, с которым обмениваемся, а MAC-адреса одного из интерфейсов маршрутизатора.

ЗАДАНИЕ 2. Сеть двумя маршрутизаторами (вариант В2)

Построение сети.

Теперь два маршрутизатора, каждый из которых подключен к двум подсетям (-> в таблице маршрутизации только 2 записи). Непростая ситуация с подсетью №2, так как она имеет подключение сразу к 2 маршрутизаторам, из-за этого непонятно, какой шлюз по умолчанию выставлять.

Если выставить на компьютере №3 шлюз по умолчанию равный IP-адресу интерфейса первого маршрутизатора, то ко второму маршрутизатору и, соответственно, к третьей подсети у нас доступа не будет.
Решение проблемы только если добавить по умолчанию, чтобы шлюзы маршрутизаторов ссылались друг на друга.
Тестирование сети (отправка пакетов).
1. Проиллюстрировать передачу сообщений с использованием протокола UDP. Описать:
2. Проанализировать передачу сообщений с использованием протокола TCP. Описать:
Отправка пакетов по UDP и TCP не будет отличаться от предыдущего пункта. Точнее механизм и само содержание пакетов отличаться не будет, но будут отличаться маршруты. А точнее их доступность. Так, например, мы не сможем передать с 1 подсети сообщение в третью подсеть, так как нам маршрутизатор (своеобразное окно в Европу), подключенный к первой подсети, может взаимодействовать только с первой и второй подсетями. До третьей нам не добраться. (Без добавления в таблицу маршрутизации статической записи на другой маршрутизатор).

Этап 3. ЗАДАНИЕ 3. Сеть тремя маршрутизаторами

Построение сети.
1. Проанализировать содержимое таблиц маршрутизации. Описать:
  - какая информация находится в таблице;
  - как сформированы записи (строки) в таблице?
  Таблицы маршрутизации выглядят подобно двум предыдущим моделям. За исключением того, что, так как маршрутизаторы соединены между собой, они составляют собой мнимую своеобразную подсеть -> нам нужна новая группа адресов для 3 дополнительных подсетей. 2 из которых для каждого маршрутизатора мы и наблюдаем в таблице маршрутизации.
  
  Из-за появления новых подсетей (трех пар маршрутизаторов) возникает необходимость в добавлении статических маршрутов в таблицу маршрутизации. Иначе у нас не будет возможности из одной подсети попасть во вторую. Нам нужно задать правило.
  
  Таким образом, таблица маршрутизации для маршрутизаторов выглядит следующим образом:
  
  Router 1
  
  Router 2
  
  Router 3
2. Добавить в таблицы маршрутизации статические маршруты, обосновав их необходимость.
Тестирование сети (отправка пакетов).
1. Проиллюстрировать передачу сообщений с использованием протокола UDP и статической маршрутизации. Если сеть не функционирует или передача пакетов осуществляется некорректно, внести необходимые минимальные изменения в рассматриваемой сети, обеспечивающие корректное функционирование (передачу пакетов). Описать:
- какие изменения пришлось внести в сети и почему;
  
  За счет того, что в начале топология была выбрана «с умом» (надеюсь), изменения в сети вносить не пришлось, добавив статические записи в таблицу маршрутизации и наладив взаимодействие двух маршрутизаторов друг с другом, нам удалось добиться доступности одной подсети другой. -> передача по протоколам UDP и TCP осуществилась корректно.
  
  Передача ничем принципиальным не отличается от предыдущих случаев, за исключением добавления + 1 уровня на пути к конечной подсети (за счет коммуникации двух маршрутизаторов).
1. Проанализировать передачу сообщений с использованием протокола TCP. Описать:
Настройка динамической маршрутизации по протоколу RIP.
1. Открыть таблицы маршрутизации каждого маршрутизатора и убедиться, что таблицы маршрутизации заполнились. Описать:
  
  Router 1
  
  Router 2
  
  Router 3
  - какие изменения произошли в таблицах маршрутизации;
    
    В таблицах маршрутизации появились новые записи RIP, с которыми напрямую не связаны.
  - как часто посылались пакеты протокола RIP.
    
    Примерно посылались каждые 30 секунд
Настройка автоматического получения сетевых настроек по протоколу DHCP.
1. Проверить работоспособность построенной сети, передав пакеты между компьютерами в разных подсетях.