Файл: Изучение структуры и базовых средств вычислительных сетей с использованием эмулятора NetEmul.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»


Факультет информационных систем и технологий


Практическая работа №4

по дисциплине

Основы интернет технологий

на тему:

«Изучение структуры и базовых средств вычислительных сетей с использованием эмулятора NetEmul.»
Выполнил студент Шалин Д. М.

группы ИСТ-133

Принял и проверил:

_____________
Санкт-Петербург

2022 г

Оглавление

1. Цель работы.

В ходе практической работы закрепить знания о структуре и базовых элементах вычислительных сетей. Ознакомиться с программой эмуляции NetEmul для визуализации работы вычислительных сетей и облегчения понимания происходящих в них процессов передачи данных.

2. Теоретическая часть.

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров, взаимосвязанных через каналы передачи данных для обеспечения обмена информацией и коллективного доступа пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам сети.

В качестве базовых составляющих компьютерных сетей принято выделять следующие элементы:

- сетевые средства и службы (компьютеры с установленным специальным программным обеспечением);

- соединители и устройства для передачи данных;

- сетевые протоколы.

Рабочая станция – это компьютер, оснащенный собственной операционной системой для обеспечения пользователя всем необходимым при решении прикладных задач, и функционирующий как в сетевом, так и локальном режимах.

Сервер – это многопользовательский компьютер, выделенный для обработки запросов от всех рабочих станций сети, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам и распределяющий эти ресурсы.

Модем — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения. Модем, как правило, используется для подключения компьютера к сети Internet через телефонную линию.

Сетевой концентратор – устройство для объединения компьютеров в сеть c применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. Концентраторы организуют для подключённых устройств разделяемую среду передачи данных.

---

Сетевой коммутатор — это устройство, используемое в сетях передачи пакетов, предназначенное для объединения нескольких сегментов. Сетевой коммутатор передает данные от одного порта к другому на основе информации, содержащейся в пакете.

Маршрутизатор – соединяет между собой несколько локальных сетей и предназначен для поиска наиболее оптимального пути до клиента в сети. Физический интерфейс определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.

Сетевые протоколы — это набор информационных сообщений, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.

Архитектура – это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Архитектура предусматривает логическую, функциональную и физическую организации технических и программных средств сети.

В основном выделяют два вида архитектур:

- Одноранговая архитектура;

- Архитектура на основе сервера.

Локальная вычислительная сеть относится к географически ограниченным аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций и работают под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.

Топология – это описание физических соединений в сети, указывающее, каким образом рабочие станции могут связываться между собой.

Все локальные вычислительные сети строятся на основе трёх базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring).

Звезда

Базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой переключатель), образуя широковещательный сегмент сети.

Достоинства

- выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

- хорошая масштабируемость сети;

- лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

- высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

- гибкие возможности администрирования.

Недостатки

- выход из строя центрального переключателя(switch) обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

- для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

- конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

---

Шина

Является частным случаем топологии "звезда". Изначально "шина" представляла собой общий кабель, к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала. Позднее в эту топологию вошли такие сетевые устройства как HUB (концентраторы). 

Достоинства

- небольшое время установки сети;

- дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);

- простота настройки;

- выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;

Недостатки

- любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети;

- сложная локализация неисправностей;

с добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Кольцо

Базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции и другие компоненты подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. 

Достоинства

- отсутствие коллизий и следовательно прогнозируемая пропускная способность;

- возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Недостатки

- выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;

3. Ход работы

Задание 1

С помощью данной программы создать и исследовать сеть, состоящую из четырех компьютеров.

Создадим сеть, состоящую из четырех компьютеров и одного концентратора. Каждому компьютеру присвоим свой IP-адрес: 192.168.0.1, 192.168.0.2, 192.168.0.3 и 192.168.0.4. После соединим их с концентратором.



Созданная сеть работает исправно и готова к передаче данных, о чем свидетельствуют зеленые индикаторы устройств. 

Мы можем наблюдать, что концентратор образует общую среду передачи данных. Все компьютеры, подключенные к концентратору, образуют единый логический сегмент, в котором любая пара взаимодействующих устройств полностью блокирует возможность обмена данными для других компьютеров.  

Обмен информаций происходит следующим образом: данные с компьютера-отправителя поступают в концентратор, он отправляет их во все подключенные компьютеры, от нужного получает ответ, который впоследствии отправляет в компьютер-отправитель и другие два оставшихся компьютера.

---

При использовании TCP осуществляется поэтапно, UDP отправляет информацию потоком.



Задание 2

С помощью данной программы создать и исследовать сеть, состоящую из четырех компьютеров.

Создадим сеть, состоящую из четырех компьютеров и одного коммутатора. Каждому компьютеру присвоим свой IP-адрес: 192.168.0.1, 192.168.0.2, 192.168.0.3 и 192.168.0.4. После соединим их с концентратором.



Созданная сеть работает исправно и готова к передаче данных, о чем свидетельствуют зеленые индикаторы устройств.

Мы можем наблюдать, что коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

При использовании TCP осуществляется поэтапно, UDP отправляет информацию потоком.



 

Задание 3

С помощью данной программы создать и исследовать локальную сеть, которая разделена на три виртуальные подсети.

---

Создадим сеть, состоящую из шести компьютеров, трех концентраторов и одного маршрутизатора. Каждому концентратору присвоим свой IP-адрес, в соответствии с которым позже присвоим IP-адреса компьютерам:

- LAN1: 192.168.1.1

- 192.168.1.2

- 192.168.1.3

- LAN2: 192.168.2.1

-192.168.2.2

-192.168.2.3

-LAN3: 192.168.3.1

- 192.168.3.2

- 192.168.3.3

После соединим компьютеры с концентраторами, а концентраторы с маршрутизатором.


Созданная сеть работает исправно и готова к передаче данных, о чем свидетельствуют зеленые индикаторы устройств.

Маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Таким образом маршрутизатор может выбрать один из нескольких маршрутов доставки пакета адресату. В отличии от коммутатора, маршрутизатор видит все связи подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать наилучший маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

При использовании TCP осуществляется поэтапно, UDP отправляет информацию потоком.

4. Заключение.

В результате выполнения практической работы я научилась работать с программой эмуляции NetEmul, изучила принципы передачи данных в различных сетях, смоделировала несколько локальных сетей с концентраторами, коммутаторами и маршрутизаторами и осуществила их настройку. Ознакомилась с назначеними следующих устройств: концентратор, коммутатор и маршрутизатор, узнала их принципы работы, а также принципы работы сетевых протоколов TCP и UDP.

---