Задание к курсовой работе по курсу “Компьютерные сети передачи данных” и справочные сведения для выполнения работы
Курсовая работа состоит из двух частей, непосредственно не связанных друг с другом. В первой части требуется выполнить задания по выделению IP-подсетей в организации. Вторая часть предусматривает объединение X[1]
станций в составную сеть с использованием коммутаторов и маршрутизаторов, а также выполнение ряда заданий для полученной составной сети.
Исходные данные к первой части: IP-адрес сети класса B, IP-адрес сети класса C, значения N и M.
Задания к первой части:
Изучить материал раздела 1, “Адресация в IP-сетях”, и раздела 2, “Выделение IP-подсетей”, представленных ниже Справочных сведений и выполнить следующие задания:
1. Для сети с IP-адресом класса B сформировать N подсетей, указав их адреса в двоичном и десятичном представлениях, и для подсети N перечислить адреса всех узлов в двоичном и десятичном представлениях.
2. Для сети с IP-адресом класса C сформировать M подсетей, указав их адреса в двоичном и десятичном представлениях, и для подсети M перечислить адреса всех узлов в двоичном и десятичном представлениях.
Исходные данные ко второй части: план расположения станций (X станций) в масштабе 1:2000.
Задания ко второй части:
1. Объединить Х станций в составную сеть с использованием коммутаторов и маршрутизаторов, обеспечив выполнение следующих требований:
– Все станции должны быть подключены непосредственно к коммутаторам, каждый из которых имеет пять портов. Расстояние от станции до коммутатора, к которому она подключена, не должно превышать 100 м (в соответствии со стандартом Fast Ethernet 100Base-TX).
– В домене широковещательной рассылки кадров должно быть не более двух коммутаторов. Домены широковещательной рассылки должны быть разделены между собой маршрутизаторами (в качестве которых в курсовой работе используются программные маршрутизаторы Windows) и в результате представлять собой отдельные IP-сети одной составной IP-сети.
– К одному маршрутизатору должно быть подключено не более двух доменов широковещательной рассылки, и маршрутизаторы должны быть соединены между собой непосредственно.
– Расстояние от коммутатора до маршрутизатора, к которому подключен коммутатор, а также расстояние между непосредственно соединенными маршрутизаторами не должны превышать 100 м (в соответствии со стандартом Fast Ethernet 100Base-TX).
2. Изучить материал раздела 3, “Краткие сведения о коммутаторах”, представленных ниже Справочных сведений и составить таблицы коммутации (базы данных MAC-адресов станций) двух коммутаторов любой сети, подключенной к какому-либо маршрутизатору. В качестве MAC-адресов станций, подключенных к коммутаторам, следует использовать номера станций, указанные на схеме составной сети. На схеме сети пометить номера портов коммутаторов в соответствии с составленными таблицами коммутации.
3. Изучить материал страниц 2-8 (раздел 4 и раздел 5 до рис. 10 включительно) и страниц 11-13 (пункт 5.2) методических указаний к лабораторной работе “Изучение протокола ARP с помощью анализатора протоколов на примерах передачи данных в сети Ethernet” (ссылка на методические указания к этой лабораторной работе имеется на сайте кафедры ОПДС по адресу http://opds.sut.ru в разделе “Методическая работа”) и для двух указанных ниже случаев нарисовать рисунки, аналогичные рисункам 6 и 7 описания лабораторной работы (“Широковещательная передача ARP-запроса хостом A” и “Направленная передача ARP-ответа хостом B хосту A”), со своими исходными данными и для своей составной сети.
· Случай 1: хост A, подключенный к некоторому коммутатору, обращается к хосту B, подключенному к другому коммутатору, расположенному в той же сети, что и коммутатор, к которому подключен хост A.
В качестве MAC-адресов хостов A и B следует использовать номера станций, указанные на схеме составной сети. В качестве IP-адресов хостов A и B следует использовать заданный в исходных данных к первой части курсовой работы IP-адрес сети класса C, в последнем байте которого должен быть указан соответствующий номер станции (хоста A, хоста B), имеющийся на схеме составной сети.
· Случай 2: хост A обращается к хосту B, расположенному в другой сети.
В качестве MAC-адреса хоста A следует использовать номер станции, указанный на схеме составной сети. MAC-адрес соответствующего интерфейса маршрутизатора выбирается произвольно. В качестве IP-адресов хоста A и соответствующего интерфейса маршрутизатора следует использовать заданный в исходных данных к первой части курсовой работы IP-адрес сети класса C, в последнем байте которого для хоста A должен быть указан соответствующий номер станции, имеющийся на схеме составной сети, а для соответствующего интерфейса маршрутизатора значение последнего байта IP-адреса выбирается произвольно.
4. Изучить материал учебного пособия “IP-маршрутизация в операционной системе Windows” (ссылка на это учебное пособие имеется на сайте кафедры ОПДС по адресу http://opds.sut.ru в разделе “Методическая работа”) и выполнить следующие задания*:
– Добавить с помощью команды route add на всех маршрутизаторах составной сети статические маршруты (индексы интерфейсов маршрутизаторов выбрать произвольно), чтобы все станции составной сети могли иметь связь друг с другом, и представить получившиеся после этого таблицы маршрутизации всех маршрутизаторов составной сети.
– Добавить с помощью команды route add на всех маршрутизаторах составной сети маршруты по умолчанию и (при необходимости) статические маршруты (индексы интерфейсов маршрутизаторов выбрать произвольно), чтобы все станции составной сети могли иметь связь друг с другом, и представить получившиеся после этого таблицы маршрутизации всех маршрутизаторов составной сети.
– Включить с помощью утилиты netsh на всех интерфейсах непосредственной связи между маршрутизаторами протокол маршрутизации RIP версии 1 с периодической передачей RIP-сообщений и добавочной стоимостью 1 для маршрутов на всех интерфейсах (имена интерфейсов маршрутизаторов выбрать произвольно), чтобы все станции составной сети могли иметь связь друг с другом, и представить передаваемую всеми маршрутизаторами маршрутную информацию в установившемся режиме работы протокола RIP, а также таблицы маршрутизации всех маршрутизаторов составной сети в установившемся режиме работы протокола RIP.
– Создать на соответствующем интерфейсе соответствующего маршрутизатора фильтры, запрещающие доступ:
- из какой-либо “исходной” IP-сети в IP-сеть, удаленную от “исходной” IP-сети на три маршрутизатора;
- от какого-либо хоста “исходной” IP-сети в IP-сеть, удаленную от “исходной” IP-сети на два маршрутизатора;
- от какого-либо хоста “исходной” IP-сети к какому-либо хосту IP-сети, удаленной от “исходной” IP-сети на один маршрутизатор.
– Создать на соответствующем интерфейсе соответствующего маршрутизатора фильтры, запрещающие доступ:
- из какой-либо “исходной” IP-сети к Web-серверу, работающему на каком-либо узле IP-сети, удаленной от “исходной” IP-сети на один маршрутизатор;
- от какого-либо хоста “исходной” IP-сети к серверу DNS, работающему на каком-либо узле IP-сети, удаленной от “исходной” IP-сети на два маршрутизатора;
- от каких-либо двух хостов “исходной” IP-сети к серверу FTP, работающему на каком-либо узле IP-сети, удаленной от “исходной” IP-сети на три маршрутизатора.
* При выполнении этих заданий IP-адреса отдельных сетей составной сети должны быть заданы в соответствии со следующим правилом: одна из сетей составной сети (назовем ее условно первой) должна иметь IP-адрес класса C (с маской подсети 255.255.255.0), заданный в исходных данных к первой части курсовой работы, а IP-адреса всех остальных сетей составной сети должны отличаться от IP-адреса первой сети только во втором байте (например, если IP-адрес первой сети – 200.100.10.0, то IP-адреса остальных сетей составной сети могут быть, например, следующими: 200.110.10.0, 200.120.10.0, 200.130.10.0 и т. д.). Значения младших байтов IP-адресов интерфейсов маршрутизаторов выбираются произвольно. Значения младших байтов IP-адресов хостов должны соответствовать номерам станций, указанным на схеме составной сети.
Задание к первой части:
| Предпоследняя цифра номера зачетной книжки |
IP-адрес класса B |
M |
| 1 |
158.170.0.0 |
4 |
| 2 |
162.110.0.0 |
5 |
| 3 |
135.100.0.0 |
6 |
| 4 |
134.40.0.0 |
7 |
| 5 |
137.220.0.0 |
8 |
| 6 |
169.5.0.0 |
9 |
| 7 |
190.9.0.0 |
10 |
| 8 |
148.99.0.0 |
14 |
| 9 |
133.77.0.0 |
16 |
| 0 |
155.41.0.0 |
20 |
| Последняя цифра номера зачетной книжки |
IP-адрес класса C |
N |
| 1 |
198.170.0.0 |
31 |
| 2 |
212.110.0.0 |
10 |
| 3 |
215.100.0.0 |
12 |
| 4 |
194.40.0.0 |
24 |
| 5 |
217.220.0.0 |
32 |
| 6 |
199.5.0.0 |
35 |
| 7 |
192.9.0.0 |
40 |
| 8 |
218.99.0.0 |
63 |
| 9 |
223.77.0.0 |
64 |
| 0 |
195.41.0.0 |
65 |
Справочные сведения
Представленный ниже материал взят из двух следующих книг:
– Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы технологии, протоколы. Учебник. – Издательство “Питер”, 2000.
– Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. – Издательство “Питер”, 2000.
1. Адресация в IP-сетях
1.1 Типы адресов стека
TCP/IP
В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена.
В терминологии TCP/IP под локальным адресом
понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной сети. Если подсетью составной сети является локальная сеть, то локальный адрес – это MAC-адрес. MAC-адрес назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. MAC-адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными. Для всех существующих технологий локальных сетей MAC-адрес состоит из 6 байт, например 11-A0-17-3D-BC-01. MAC-адрес – это адрес, используемый на канальном уровне.
IP-адрес – это адрес сетевого уровня. IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например, 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер узла назначается независимо от локального адреса узла.
Символьные доменные имена здесь не рассматриваются.
1.2 Классы
IP
-адресов
IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 – традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000 00001010 00000010 00011110 – двоичная форма представления этого же адреса.
Адрес состоит из двух логических частей – номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая – к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу
относится тот или иной IP-адрес.
На рис. 1.1 показана структура IP-адреса разных классов.
Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу
A
и номер сети занимает один байт, а остальные три байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса A имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей.) Сетей класса A немного, зато количество узлов в них может достигать 224
, то есть 16 777 216 узлов.
Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу
B
. В сетях класса B под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то есть по два байта. Таким образом, сеть класса B является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 216
, что составляет 65 536 узлов.
Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса
C
. В это случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла – 8 бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 28
, то есть 256 узлами.
Рис. 1.1.
Структура IP-адреса
Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса
D
и обозначает особый, групповой адрес – multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.
Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу
E
. Адреса этого класса зарезервированы для использования в будущем.
В представленной ниже таблице 1.1 приведены диапазоны номеров сетей.
Таблица 1.1.
Диапазоны номеров сетей
| Класс
|
Первые биты
|
Наименьший номер сети
|
Наибольший номер сети
|
| A |
0 |
1.0.0.0
|
126.0.0.0 |
| B |
10 |
128.0.0.0
|
191.255.0.0 |
| C |
110 |
192.0.0.0
|
223.255.255.0 |
| D |
1110 |
224.0.0.0
|
239.255.255.255 |
| E |
11110 |
240.0.0.0
|
247.255.255.255 |
Большие сети получают адреса класса A, средние – класса B, а маленькие – класса C.
1.3 Подсети
Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, можно сказать, что этот адрес относится к классу B, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами – 185.23.0.0, а номером узла – 0.0.44.206. В таком представлении IP-адрес состоит из двух иерархических уровней. Необходимость во введении третьего уровня иерархии – уровня подсетей – была продиктована возникновением дефицита номеров сетей и резким ростом таблиц маршрутизации маршрутизаторов в сети Интернет. После введения уровня подсети номер узла разделяется на две части – номер подсети и номер узла в этой подсети (рис. 1.2).
Двухуровневая иерархия
| Номер сети |
Номер узла |
Трехуровневая иерархия
| Номер сети |
Номер подсети |
Номер узла |
Рис. 1.2.
Формирование трехуровневой иерархии
Увеличение количества уровней снимает проблему роста таблиц маршрутизации благодаря тому, что информация о топологии частных сетей становится ненужной магистральным маршрутизаторам Интернета. Маршруты из сети Интернет до любой конкретной подсети, расположенной в сети с данным IP-адресом, одинаковы и не зависят от того, в какой подсети расположен получатель. Это стало возможным благодаря тому, что все подсети сети с данным номером используют один и тот же номер сети, хотя их номера (номера подсетей) разные. Маршрутизаторам в частной сети требуется различать отдельные подсети, но для маршрутизаторов Интернета все подсети относятся к единственной записи в таблице маршрутизации. Это позволяет администратору частной сети вносить любые изменения в логическую структуру своей сети, не влияя на размер таблиц маршрутизации маршрутизаторов Интернета.
Кроме того, легко решается проблема выделения номеров при росте организации. Организация получает номер сети, а затем администратор произвольно присваивает номера подсетей для каждой внутренней сети. Это позволяет организации расширять свою сеть без необходимости получения еще одного сетевого номера.
Маска подсети
Если маршрутизаторы в сети Интернет используют только номер сети адреса получателя для передачи трафика в организацию, то маршрутизаторы внутри частной сети организации для передачи трафика в отдельные подсети используют так называемый расширенный сетевой префикс. Расширенным сетевым префиксом
называют номер сети и номер подсети. Так что схему на рис. 1.2 можно представить также следующим образом (рис. 1.3):
Расширенный сетевой префикс
| Номер сети |
Номер подсети |
Номер узла |
Рис. 1.3.
Расширенный сетевой префикс
Понятие расширенного сетевого префикса, по сути, эквивалентно понятию маска подсети
. Маска подсети – это двоичное число, содержащее единицы в тех разрядах, которые относятся к расширенному сетевому префиксу.
Старшие биты IP-адреса используются рабочими станциями и маршрутизаторами для определения класса адреса. После того как класс определен, узел может легко вычислить границу между битами, используемыми для идентификации номера сети, и битами номера узла в этой сети. Однако, для определения границ битов, идентифицирующих номер подсети, такая схема не подходит. Для этого как раз и используется 32-разрядная маска подсети, которая помогает однозначно определить требуемую границу. Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:
• 255.0.0.0 (11111111. 00000000. 00000000. 00000000) – маска для сети класса A;
• 255.255.0.0 (11111111. 11111111. 00000000. 00000000) – маска для сети класса B;
• 255.255.255.0 (11111111. 11111111. 11111111. 00000000) – маска для сети класса C.
Например, если сетевой администратор хочет использовать весь третий байт для номера подсети в сети класса B 130.5.0.0, то ему необходимо указать маску подсети 255.255.255.0. Биты в маске подсети должны быть установлены в единицу, если система, проверяющая адрес, должна рассматривать соответствующий бит в IP-адресе как часть расширенного сетевого префикса. Другими словами, после определения класса IP-адреса любой разряд в номере узла, который имеет соответствующий установленный в единицу бит в маске подсети, используется для идентификации номера подсети. Оставшаяся часть номера узла, которой соответствуют нулевые биты в маске подсети, используется
| Адрес |
130.5.5.25 |
||||
| Адрес в двоичном виде |
10000010. |
00000101. |
00000101. |
00011001 |
|
| Маска подсети |
255.255.255.0 |
||||
| Маска подсети в двоичном виде |
11111111. |
11111111. |
11111111. |
00000000 |
|
| Номер сети |
10000010. |
00000101. |
|||
| Расширенный сетевой префикс |
10000010. |
00000101. |
00000101. |
||
| Или в более наглядном виде: |
|||||
| Номер сети |
Номер подсети |
Номер узла |
|||
| IP-адрес |
130.5.5.25 |
10000010. |
00000101. |
00000101. |
00011001 |
| Маска подсети |
255.255.255.0 |
11111111. |
11111111. |
11111111. |
00000000 |
| Расширенный сетевой префикс |
|||||
Рис. 1.4.
IP-адрес класса B с соответствующей маской подсети
В стандартах, описывающих современные протоколы маршрутизации, часто используется длина расширенного сетевого префикса, а не маска подсети. Эта длина показывает число установленных в единицу бит в маске подсети. Так, сетевой адрес 130.5.5.25 с маской подсети 255.255.255.0 может быть записан как 130.5.5.25/24 (в маске подсети 255.255.255.0 число бит, установленных в единицу, равно 24). Такая запись является более компактной и легче воспринимается, чем маска подсети в ее традиционном точечно-десятичном формате.
Для администратора сети чрезвычайно важно знать четкие ответы на следующие вопросы:
• Сколько подсетей требуется организации сегодня?
• Сколько подсетей может потребоваться организации в будущем?
• Сколько узлов в наибольшей подсети организации сегодня?
• Сколько узлов будет в самой большой подсети организации в будущем?
Первым шагом в процессе планирования является определение максимального количества требуемых подсетей. Данное число округляется вверх до ближайшей степени двойки. Затем важно учесть возможность увеличения числа подсетей. Наконец, проверяется достаточность адресов узлов в самой большой подсети организации на настоящий момент и в обозримом будущем.
2. Выделение IP-подсетей
2.1 Пример 1. 512 подсетей (
IP
-адрес класса
B
)
Предположим, что организации для ее частной сети назначен сетевой номер 140.25.0.0/16. При этом организация планирует разделить сеть на несколько подсетей, каждая из которых должна поддерживать до 60 узлов.
Определение маски подсети и расширенного сетевого префикса
На первом шаге необходимо определить число бит, требуемых для идентификации 60 узлов в подсети. Ранее было показано, что адрес конкретного узла имеет определенное двоичное представление и верхняя граница адресного пространства для узлов одной подсети представляется степенью двойки. Это, в частности, означает, что невозможно выделить адресное пространство ровно для 60 узлов, так как 60 – не степень двойки. Ближайшая сверху степень – 64=25
. На самом деле, к числу узлов нужно прибавить 2, так как адреса, содержащие только нули или только единицы, не используются для адресации отдельных узлов. Здесь видно, что необходимый задел есть: 60+2=62<64. Однако, удовлетворяя существующие на сегодня потребности по числу рабочих мест, такой выбор не оставляет адресного пространства для возможного роста подсети (в наличии имеется всего два свободных адреса). И хотя следующая степень двойки равна 128 (27
) и число адресов узлов будет равно 27
-2= =126, то есть намного больше требуемого в настоящий момент, сетевой администратор выбирает именно это адресное пространство и получает 66 (126-60) дополнительных адресов для каждой подсети. Такой выбор означает, что поле адреса узла займет 7 бит.
На втором шаге определяется маска подсети и длина расширенного сетевого префикса. Так как для идентификации узлов из 32-разрядного IP-адреса решено выделить 7 бит, то получаем расширенный сетевой префикс, равный /25 (32-7=25). Такой 25-разрядный расширенный сетевой префикс может быть выражен в десятично-точечном представлении маской подсети 255.255.255.128. На рис. 2.1 показана запись маски подсети и расширенного сетевого префикса.
| Номер сети |
Номер подсети |
Номер узла |
||
| 140.25.0.0 /16 |
10001100. |
00011001. |
00000000.0
|
0000000 |
| 255.255.255.128 |
11111111. |
11111111. |
11111111.1
|
0000000 |
| Или эквивалентная запись:
|
||||
| 25-разрядный расширенный сетевой префикс |
Номер узла |
|||
| 140.25.0.0 /25 |
10001100. |
00011001. |
00000000.0
|
0000000 |
Рис. 2.1.
Определение маски подсети и расширенного сетевого префикса
Видно, что 25-разрядный расширенный сетевой префикс предполагает выделение 9 бит для идентификации подсетей. Теперь можно вычислить количество идентифицируемых подсетей: 29
=512, то есть девять бит позволяют назначить адреса 512 подсетям. Понятно, что сетевой администратор имеет некоторую свободу действий при определении соотношения числа идентифицируемых узлов и числа подсетей. Выбеляя большее число бит в поле идентификации узлов, администратор может включать в подсеть больше узлов. С другой стороны, чем меньше бит выделено для идентификации узлов, тем больше подсетей может создать администратор. Все зависит от текущих требований организации.
Определение номеров подсетей
Выделенные 512 подсетей пронумеруем от 0 до 511. Если выделить 9 разрядов для двоичного представления десятичных чисел от 0 до 511, то получим: 0 (00000000)2
, 1 (00000001)2
, 2 (00000010)2
, 3 (00000011)2
, …, 511 (11111111)2
. Например, для определения подсети номер 3 (№3) сетевой администратор размещает двоичное представление числа 3 (00000011)2
в девяти битах номера подсети. Номера подсетей для рассматриваемого примера приводятся ниже. В каждом адресе курсивом выделен расширенный сетевой префикс всего адреса, а 9-разрядное представление поля номера подсети выделено жирным шрифтом.
Базовая сеть: 10001100.00011001.
00000000.0
0000000 = 140.25.0.0/16
Подсеть №0: 10001100.00011001.
00000000.0
0000000 = 140.25.0.0/25
Подсеть №1: 10001100.00011001.
00000000.1
0000000 = 140.25.0.128/25
Подсеть №2: 10001100.00011001.
00000001.0
0000000 = 140.25.1.0/25
Подсеть №3: 10001100.00011001.
00000001.1
0000000 = 140.25.1.128/25
Подсеть №4: 10001100.00011001.
00000010.0
0000000 = 140.25.2.0/25
Подсеть №5: 10001100.00011001.
00000010.1
0000000 = 140.25.2.128/25
Подсеть №6: 10001100.00011001.
00000011.0
0000000 = 140.25.3.0/25
Подсеть №7: 10001100.00011001.
00000011.1
0000000 = 140.25.3.128/25
Подсеть №8: 10001100.00011001.
00000100.0
0000000 = 140.25.4.0/25
Подсеть №9: 10001100.00011001.
00000100.1
0000000 = 140.25.4.128/25
…
Подсеть №510: 10001100.00011001.
11111111.0
0000000 = 140.25.255.0/25
Подсеть №511: 10001100.00011001.
11111111.1
0000000 = 140.25.255.128/25
Определение адресов узлов
Итак, администратор выделил 7 бит для идентификации узлов в каждой подсети. Это означает, что каждая подсеть имеет 126 адресов для идентификации узлов. Узлы в подсети нумеруются от 1 до 126. Ниже приведен перечень адресов узлов для подсети №3. При этом курсивом выделен расширенный сетевой префикс, а жирным шрифтом показано 7-разрядное поле номера узла.
Подсеть №3: 10001100.00011001.00000001.1
0000000
= 140.25.1.128/25
Узел №1: 10001100.00011001.00000001.1
0000001
= 140.25.1.129/25
Узел №2: 10001100.00011001.00000001.1
0000010
= 140.25.1.130/25
Узел №3: 10001100.00011001.00000001.1
0000011
= 140.25.1.131/25
Узел №4: 10001100.00011001.00000001.1
0000100
= 140.25.1.132/25
Узел №5: 10001100.00011001.00000001.1
0000101
= 140.25.1.133/25
Узел №6: 10001100.00011001.00000001.1
0000110
= 140.25.1.134/25
…
Узел №62: 10001100.00011001.00000001.1
0111110
= 140.25.1.190/25
Узел №63: 10001100.00011001.00000001.1
0111111
= 140.25.1.191/25
Узел №64: 10001100.00011001.00000001.1
1000000
= 140.25.1.192/25
Узел №65: 10001100.00011001.00000001.1
1000001
= 140.25.1.193/25
…
Узел №123: 10001100.00011001.00000001.1
1111011
= 140.25.1.251/25
Узел №124: 10001100.00011001.00000001.1
1111100
= 140.25.1.252/25
Узел №125: 10001100.00011001.00000001.1
1111101
= 140.25.1.253/25
Узел №126: 10001100.00011001.00000001.1
1111110
= 140.25.1.254/25
Определение широковещательного адреса
Для подсети №3 широковещательным адресом будет адрес, в котором все биты поля номера узла установлены в единицу:
10001100.00011001.00000001.1
1111111
= 140.25.1.255
2.2 Пример 2. 8 подсетей (
IP
-адрес класса
B
)
Изменим ситуацию. Пусть организации назначен сетевой адрес 132.45.0.0/16. Администратору поручено сформировать 8 подсетей. Для идентификации такого количества подсетей требуется три бита. В этом случае расширенный сетевой префикс будет равен /19 (маска подсети 255.255.224.0). Ниже приведены адреса этих подсетей в двоичном и десятичном представлениях:
Подсеть №0: 10000100.00101101.
000
00000.
00000000 = 132.45.0.0/19
Подсеть №1: 10000100.00101101.
001
00000.
00000000 = 132.45.32.0/19
Подсеть №2: 10000100.00101101.
010
00000.
00000000 = 132.45.64.0/19
Подсеть №3: 10000100.00101101.
011
00000.
00000000 = 132.45.96.0/19
Подсеть №4: 10000100.00101101.
100
00000.
00000000 = 132.45.128.0/19
Подсеть №5: 10000100.00101101.
101
00000.
00000000 = 132.45.160.0/19
Подсеть №6: 10000100.00101101.
110
00000.
00000000 = 132.45.192.0/19
Подсеть №7: 10000100.00101101.
111
00000.
00000000 = 132.45.224.0/19
Теперь определим адреса узлов для подсети №3 (132.45.96.0/19 – 10000100.00101101.011
00000.
00000000):
Подсеть №3: 10000100.00101101.
011
00000.
00000000 = 132.45.96.0/19
Узел №1: 10000100.00101101.
01100000.
00000001
= 132.45.96.1/19
Узел №2: 10000100.00101101.
01100000.
00000010
= 132.45.96.2/19
Узел №3: 10000100.00101101.
01100000.
00000011
= 132.45.96.3/19
…
Узел №8190: 10000100.00101101.
01111111.
11111110
= 132.45.127.254/19
Определим широковещательный адрес для подсети №3 (132.45.96.0/19):
10000100.00101101.
01111111.
11111111
= 132.45.127.255/19
2.3 Пример 3. 8 подсетей (
IP
-адрес класса
C
)
Проделаем те же операции для сетевого адреса 200.35.1.0/24. Пусть также в каждой подсети необходимо предусмотреть адресное пространство для 20 узлов. Требуется определить расширенный сетевой префикс. Для идентификации 20 узлов нужно минимум пять бит. Поэтому расширенный сетевой префикс будет равен /27 (32-5=27).
Ответим на следующие вопросы:
• Каково максимальное количество узлов, которые могут находиться в каждой подсети?
Максимальное количество узлов в каждой подсети равно 30 (25
-2=32-2=30).
• Каково максимальное число подсетей, которые могут быть созданы сетевым администратором?
Максимальное число подсетей равно 8 (23
).
Ниже приведены номера получающихся подсетей в двоичном и десятичном представлениях:
Подсеть №0: 11001000.00100011.00000001.
000
00000 = 200.35.1.0/27
Подсеть №1: 11001000.00100011.00000001.
001
00000 = 200.35.1.32/27
Подсеть №2: 11001000.00100011.00000001.
010
00000 = 200.35.1.64/27
Подсеть №3: 11001000.00100011.00000001.
011
00000 = 200.35.1.96/27
Подсеть №4: 11001000.00100011.00000001.
100
00000 = 200.35.1.128/27
Подсеть №5: 11001000.00100011.00000001.
101
00000 = 200.35.1.160/27
Подсеть №6: 11001000.00100011.00000001.
110
00000 = 200.35.1.192/27
Подсеть №7: 11001000.00100011.00000001.
111
00000 = 200.35.1.224/27
Ниже приведен список адресов узлов, которые могут быть определены в подсети №6 (200.35.1.192/27):
Подсеть №6: 11001000.00100011.00000001.
11000000
= 200.35.1.192/27
Узел №1: 11001000.00100011.00000001.
11000001
= 200.35.1.193/27
Узел №2: 11001000.00100011.00000001.
11000010
= 200.35.1.194/27
Узел №3: 11001000.00100011.00000001.
11000011
= 200.35.1.195/27
…
Узел №29: 11001000.00100011.00000001.
11011101
= 200.35.1.221/27
Узел №30: 11001000.00100011.00000001.
11011110
= 200.35.1.222/27
Широковещательный адрес для подсети 200.35.1.192/27 равен
11001000.00100011.00000001.
11011111
= 200.35.1.223/27
3. Краткие сведения о коммутаторах
Для коммутаторов локальная сеть представляется как набор MAC-адресов устройств, работающих в сети. Коммутаторы просматривают эти адреса для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Для анализа адреса кадр записывается во внутренний буфер коммутатора. Коммутаторы не работают с информацией, относящейся к сетевому уровню.
Рассмотрим общие принципы работы коммутаторов. При прохождении кадра через коммутатор происходит его регенерация и трансляция с одного порта на другой. Коммутаторы учитывают и адрес отправителя, и адрес получателя, которые берутся из получаемых кадров локальных сетей. Адрес отправителя необходим коммутатору для автоматического построения базы данных адресов устройств. Эта база данных называется также таблицей коммутации, или MAC-таблицей. В ней устанавливается соответствие адреса станции определенному порту коммутатора.
Каждый порт коммутатора работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением – порт коммутатора не имеет собственного MAC-адреса. Порт коммутатора работает в так называемом неразборчивом
режиме захвата кадров, когда все поступающие на порт кадры запоминаются в буферной памяти. С помощью такого режима коммутатор следит за всем трафиком, передаваемым в подключенных к нему сегментах, и использует проходящие через него кадры для изучения состава сети. Так как в буфер записываются все кадры, адрес порта коммутатору не нужен.
Основные принципы работы коммутатора: обучение, фильтрация, продвижение и широковещание. После получения кадров коммутатор проверяет их целостность при помощи контрольных бит кадра. Неправильные кадры при этом отбрасываются. После успешной проверки коммутатор сравнивает адрес отправителя с имеющимися в базе данных адресами. Если адрес отправителя еще не заносился в базу данных, он добавляется в нее. В результате коммутатор узнает адреса устройств в сети и таким образом происходит процесс его обучения. Благодаря способности к обучению в сеть можно добавлять новые устройства без реконфигурирования коммутатора.
Кроме адреса отправителя, коммутатор анализирует и адрес получателя. Этот анализ необходим для принятия решения о дальнейшем пути передачи кадра. Коммутатор сравнивает адрес получателя кадра с адресами, хранящимися в базе данных. Если адрес получателя относится к тому же сегменту, что и адрес отправителя, то коммутатор не пропускает этот кадр в другой сегмент, или, иными словами, “фильтрует” этот кадр. Эта операция помогает предохранить сегменты сети от заполнения избыточным трафиком. Если адрес получателя присутствует в базе данных и относится к другому сегменту, коммутатор определяет, какой из его портов связан с этим сегментом и передает в него кадр. Такой процесс называют продвижением
.
|
|
|
|
|
Рис. 3.1.
Схема с коммутаторами
На рис. 3.1 показана сеть, состоящая из трех сегментов, связанных двумя коммутаторами. Знак % указывает на шестнадцатеричное представление физического (MAC) адреса. С началом работы коммутаторы А и Б проверяют весь трафик в каждом из подключенных сегментов. В процессе проверки трафика каждый коммутатор формирует свою базу данных адресов станций. Предположим, что станция А посылает кадр станции Б. Коммутатор А получает этот кадр на свой порт 1 (П1). Так как станции А и Б относятся к одному сегменту сети, коммутатор отбрасывает этот кадр (не реагирует на него). Если станция А посылает кадр станции В, находящейся в третьем сегменте сети, коммутатор А продвигает этот кадр во второй сегмент через свой порт 2 (П2). Коммутатор Б получит кадр на порт 1 и продвинет его через порт 2 в третий сегмент сети, где и расположена станция В. В таблице 3.1 показана сформированная коммутаторами база данных адресов.
Таблица 3.1.
База данных адресов станций
| База данных коммутатора А |
База данных коммутатора Б |
||
| Адрес |
Порт |
Адрес |
Порт |
| %080002001111 |
1 |
%080002001111 |
1 |
| %080002002222 |
1 |
%080002002222 |
1 |
| %080002003333 |
2 |
%080002003333 |
1 |
| %080002004444 |
2 |
%080002004444 |
1 |
| %080002005555 |
2 |
%080002005555 |
2 |
| %080002006666 |
2 |
%080002006666 |
2 |
| %080002007777 |
2 |
%080002007777 |
1 |
| %080002008888 |
2 |
%080002008888 |
1 |
Если запись о каком-либо адресе получателя отсутствует в базе или этот адрес является широковещательным, коммутатор передает кадр на все свои порты, за исключением порта, принявшего кадр. Такой процесс называется широковещанием
, или затоплением
, сети. Широковещание гарантирует, что кадр будет доставлен во все сегменты сети и, естественно, получателю.
[1]
X равен числу (*) – станций (узлов) на листе задания