Основні теоретичні відомості

ВСТУП

 

Комп'ютерною мережею називають сукупність вузлів (комп’ютерів, терміналів, периферійних пристроїв), що мають можливість інформаційної взаємодії один з одним за допомогою спеціального комунікаційного обладнання і програмного забезпечення.

Локальні обчислювальні мережі (Local Area Network) –об’єднання комп’ютерів в одному обмеженому просторі. Локальні мережі об'єднуються в більші. Кампусні обчислювальні мережі (Campus Area Network) - об'єднання локальних мереж декількох будівель. Наступним рівнем масштабування є Міська обчислювальна мережа (Metropolitan Area Network). Далі - Широкомасштабна обчислювальна мережа (Wide Area Network) одного регіону і Глобальна обчислювальна мережа (Global Area Network). Інтернет – глобальною обчислювальною мережею, яка об'єднує різні континенти, країни і міста.

У будь-якій мережі може бути два види обладнання: активне, якому необхідна подача енергії для генерації сигналу, (мережеві карти комп'ютерів, повторювачі, концентратори) і пасивне, яке не вимагає подачі енергії, (кабелі, комутаційні панелі, роз’єми). Вузлами мережі (nodes) називають кінцеві і проміжні пристрої мережі, наділені мережевими адресами. До вузлів мережі відносяться комп’ютери з мережевими платами, що виступають в ролі робочих станцій, серверів або в обох ролях; мережеві телекомунікаційні пристрої, маршрутизатори.

Потік інформації, що передається по мережі називається мережевим трафіком. Трафік окрім даних включає службову частину – інформацію для мережевих пристроїв про одержувача і відправника даних. Пропускна здатність ліній зв’язку визначається як кількість інформації, що проходить через лінію за одиницю часу і вимірюється в біт/с (bps – bit per second).

Для опису способів комунікації між мережевими пристроями організацією по стандартизації ISO була розроблена модель взаємозв’язку відкритих систем – Open System Interconnection (OSI). Функції будь-якого вузла мережі розбиваються на сім рівнів:

1 Фізичний рівень. Забезпечує фізичну передачу інформації у вигляді електричних або оптичних сигналів по лініях зв'язку.

2 Канальний рівень. Забезпечує розбиття інформації на фрейми – блоки інформації, що передаються на фізичний рівень. Здійснює контроль помилок і управління потоком даних.

3 Мережевий рівень. Відповідає за адресацію, забезпечує дані інформацією про одержувача. Здійснює пошук шляху від джерела до одержувача, встановлення і обслуговування логічного зв'язку між вузлами.

4 Транспортний рівень. Відповідає за безпосередню передачу даних від джерела до одержувача.

5 Сеансовий рівень. Забезпечує початок, підтримку і завершення сеансу зв'язку між мережевими пристроями.

6 Рівень представлення даних. Забезпечує кодування і шифрування інформації.

7 Прикладний рівень. Забезпечує програмі користувача доступ до мережевих ресурсів.

Всередині кожного вузла взаємодія йде по вертикалі. Взаємодія між двома вузлами мережі відбувається по горизонталі – між двома відповідними рівнями. На кожному рівні дані забезпечуються службовою інформацією даного рівня і спускаються на нижній рівень. На нижньому рівні відбувається передача інформації і потім, в приймачі, відбувається відповідний підйом по рівнях і звільнення даних від службової інформації кожного рівня.

Робота на кожному рівні (або на декількох рівнях) здійснюється за допомогою протоколів – системи команд і процесів для реалізації відповідного рівня. Декілька різних протоколів, що працюють в одній системі і взаємодіють між собою називаються протокольним стеком.

 

Лабораторна робота № 1

Тема: Протоколи та використання IP-адрес для адресації комп’ютерів, DNS

 

Мета: вивчення протоколів, IP адресації, масок та класів IP адрес та DNS.

 

Основні теоретичні відомості

Весь процес мережевої взаємодії базується на переміщенні даних від одного комп’ютера до інших. Для того, щоб комп’ютери нормально взаємодіяли, потрібні визначені стандарти («мова») інформаційного обміну («спілкування») між комп’ютерами. Такі правила називаються протоколами.

Протокол інформаційного обміну – це форма подання інформації, з дотриманням правил якого комп’ютери здійснюють інфообмін в мережі. Для коректної роботи обидва комп’ютери повинні використовувати одинакові протоколи. Існують багато протоколів, кожен із яких орієнтований на конкретне обладнання та програмне забезпечення.

 

Таблиця 1.1 – Протоколи транспортного рівня

Виробник	Версія
Banyan	Banyan VINES Ethernet-протокол, Banyan VINES Token-Ring-протокол
DEC	PATHWORKS Ethernet-протокол, PATHWORKS Token-Ring-протокол
IBM	Наявний протокол IBM DLC
Microsoft	IPX/SPX-сумісний протокол, Microsoft DLC, NetBEUI, TCP/IP
Novell	Novell IPX ODI-протокол
SunSoft	PC-NFC-протокол

 

Реально протоколи вищих рівнів реалізуються в програмних модулях операційних систем.

З мережею Internet пов'язана поява нової групи протоколів – так званих міжмережевих протоколів, або IP-протоколів (Internet Protocol). Міжмережевий протокол узгоджує транспортну і мережеву служби різних комп'ютерних мереж. В даний час використовуються два основних підходи до формування міжмережевої взаємодії:

- об'єднання мереж в рамках мережі Internet відповідно до міжмережевого протоколу IP;

- об'єднання мереж комутації пакетів (Х.25) відповідно до Рекомендації МККТТ Х.75.

Основне розходження цих підходів полягає в наступному: протокол IP відноситься до протоколів без встановлення логічного з'єднання (дейтаграмний), а Рекомендація Х.75 припускає організацію віртуального з'єднання (каналу).

Протокол TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol) представляє собою групу мережевих протоколів, що забезпечують комунікації по об'єднаних мережах, складених з комп'ютерів з різною апаратною архітектурою, що працюють під керуванням різних операційних систем.

Термін "TCP/IP" охоплює ціле сімейство протоколів, прикладні програми і навіть саму мережу. До складу сімейства входять протоколи TCP, IP, UDP, ARP, ICMP і інші. TCP/IP - це технологія міжмережевої взаємодії, технологія Internet.

Використання TCP/IP дає ряд переваг, надаючи можливість використання:

1 Стандартного маршрутизованого мережевого протоколу глобальних мереж, що є найбільш широко розповсюдженим серед всіх наявних протоколів.

2 Технології об'єднання гетерогенних систем для одержання доступу і здійснення обміну даними між системами, що не є цілком сумісними.

3 Надійної мережі, що маштабується і підтримує безліч платформ, основи для побудови мереж клієнт-сервер.

4 Технології, що дозволяють здійснити об'єднання локальних мереж із глобальною мережею Internet.

Архітектура протоколів TCP/IP призначена для об'єднаної мережі, що складається зі з'єднаних один з одним шлюзами окремих різнорідних мереж, до яких підключаються різнорідні машини. Кожна з мереж працює у відповідності зі своїми специфічними вимогами і має свою природу засобів зв'язку. Однак передбачається, що кожна мережа може прийняти пакет інформації (дані з відповідним мережним заголовком) і доставити його за зазначеною адресою в цій конкретній мережі. Таким чином, дві машини, підключені до однієї мережі можуть обмінюватися пакетами.

Коли необхідно передати пакет між машинами, підключеними до різних мереж, то машина-відправник посилає пакет у відповідний шлюз (шлюз підключений до мережі також як звичайний вузол). Звідти пакет направляється за визначеним маршрутом через систему шлюзів і мереж, доки не досягне шлюзу, підключеного до тієї ж мережі, що і машина-одержувач; там пакет направляється до одержувача.

Проблема доставки пакетів у такій системі вирішується шляхом реалізації у всіх вузлах і шлюзах міжмережевого протоколу IP. Міжмережевий рівень є власне кажучи базовим елементом у всій архітектурі протоколів, забезпечуючи можливість стандартизації протоколів верхніх рівнів.

Для того, щоб успішно відправляти і доставляти пакети між комп'ютерами, TCP/IP використовує принаймні три значення, що вказуються користувачем на своєму комп'ютері: IP-адресу, маску мережі (subnet mask) і мережевий шлюз за замовчуванням (default gateway).

Кожен вузол у мережі TCP/IP ідентифікується унікальною IP-адресою. Ця адреса використовується для ідентифікації комп'ютерів у мережі; крім того, у мережі, що є об'єднанням декількох мереж, він вказує інформацію маршрутизації. IP-адреса являє собою 32-бітове значення, що унікальним чином ідентифікує комп'ютер у мережі. Звичайно адреса представляється в десятковій нотації з використанням точки як розділювача. Кожен октет (8 біт) IP-адреси представляється десятковим числом і відокремлюється від інших октетів десятковою точкою. IP-адреси можуть виглядати приблизно так: 192.168.0.10.

Хоча IP-адреса являє собою єдине значення, він містить 2 інформаційних елементи: ідентифікатор мережі (network ID) і ідентифікатор хост-комп’ютера (host-ID).

Ідентифікатор мережі ідентифікує групу комп'ютерів або інших пристроїв, розташованих в одній логічній мережі. В об'єднаних мережах, що представляють собою групу об'єднаних між собою локальних мереж, кожна з ЛОМ, що входить до складу об'єднаної мережі, має унікальний ідентифікатор мережі.

Ідентифікатор хост-комп’ютера ідентифікує комп'ютер у межах конкретного ідентифікатора мережі.

Співтовариство Internet визначило класи адрес, що відповідають мережам різного розміру. Клас мережі можна визначити по першому октету IP-адреси. Таблиця резюмує співвідношення між першим октетом заданої адреси і значеннями ідентифікатора мережі й ідентифікатора хост-комп’ютера. Байти IP-адреси позначаються як w.x.y.z.

 

Таблиця 1.2 – Класи IP-адрес

Клас	Значення першого октету	Ідентифікатор мережі	Ідентифікатор хост-комп’ютера	Доступна кількість мереж	Кількість комп'ютерів у кожній мережі	Маска мережі октету в IP-адресі
А	1-126	w	x.y.z		16 777 214	255.0.0.0
B	128-191	w.x	y.z	16 384	65 534	255.255.0.0
C	192-233	w.x.z	z	2 097 151		255.255.255.0

 

Маски мереж представляють собою 32-бітні значення, що дозволяють виділити з IP-адреси складові ідентифікатора мережі і ідентифікатора хоста. Подібно до IP-адреси, значення маски мережі часто представляється десятковим значенням з використанням точки як розділювача. Маски мережі визначаються в такий спосіб: бітам, що належать до ідентифікатора мережі, присвоюється значення 1, а бітам, що належать до ідентифікатора хоста - 0.

Для забезпечення умови "відкритості" систем міжмережеві адреси (IP-адреси) є логічними і не залежать від апаратури чи конфігурації мережі. IP-пакет вміщується у фізичний кадр тієї мережі, по якій він у даний момент передається. IP-пакет містить міжмережеву адресу вузла-одержувача, мережевий кадр даних, в свою чергу повинен містити фізичну адресу вузла-передавача.

Особливу актуальність здобуває механізм перетворення (відображення) адрес для широкомовних мереж, таких як Ethernet, Token Ring і їм подібні. Ця процедура реалізується за допомогою протоколу ARP. Перед початком передачі IP-пакета вузол повинен визначити, якій фізичній адресі в мережі відповідає адреса одержувача, задана у IP-пакеті. Для цього вузол посилає широкомовний пакет ARP, що містить IP-адресу одержувача. Після цього він очікує на відповідь від вузла з даною IP-адресою. Одержувач посилає інформаційний кадр із вказівкою своєї фізичної адреси. З метою скорочення часу передачі пакетів і зменшення числа широкомовних запитів, кожен вузол містить кеш-пам'ять, у якій зберігається таблиця дозволу адрес. За допомогою цієї таблиці задається відповідність між фізичними і IP-адресами. Спочатку фізична адреса шукається в таблиці дозволу адрес. Якщо вузол знаходить відповідну фізичну адресу для IP-пакета, то він використовує його для звертання до одержувача. В інакшому випадку вузол запускає процедуру ARP, по завершенні якої здійснюється відповідна корекція таблиці дозволу адрес.

Для кожної мережі виділяється по три ІР-адреси, які визначають ІР-адресу шлюзу мережі, ІР-адресу широкосмугового запиту (остання ІР-адреса) та ІР-адресу мережі (перша ІР-адреса). Для підвищення надійності мережі для кожного комп’ютера створюється окрема мережа, яка має свої шлюз, широкосмуговий запит і адресу мережі.

DNS (Domain Name Server) представляє собою розподілену базу даних, що забезпечує ієрархічну систему найменування для розпізнавання комп'ютерів у Internet. Задачею DNS є надання користувачу дружніх (що легко сприймаються) імен комп'ютерів і перетворення цих імен у IP-адреси у відповідності зі стандартом міжмережевої взаємодії. Розпізнавання імен через DNS забезпечується серверами імен (DNS-серверами), що перетворять інформацію, надану повним ім'ям домену, у відповідний IP-адресу.

Доменне ім'я являє собою рядок символів, що складається з імен доменів, розділених точкою, наприклад www.microsoft.com. Ім'я кожного домену повинне бути не більше 63 символів. Домени більш високого рівня вказуються праворуч. Кожен домен має унікальне ім'я, а ім'я піддомену унікально в межах домену, що його утримує. Повне ім'я комп'ютера повинне бути унікальне в Internet, як і IP-адреса.

Сервери імен DNS представляють собою програми, що зберігають інформацію про частини простору імен доменів, які називаються зонами. Адміністратор домену настроює сервери імен, що містять файли бази даних, в яких зберігаються записи про ресурси, що описують всі хост-комп’ютери в межах даної зони. Якщо локальний DNS-сервер не містить даних, за яким зроблений запит, він відсилає назад імена разом з адресами інших серверів імен, що, можливо мають цю інформацію.

 

Завдання

 

Визначити маску мережі та записати ІP адреси підмереж, шлюзів, широкосмугових запитів та комп’ютерів, якщо клас мережі, кількість підмереж та кількість комп’ютерів визначається згідно заданого варіанту (див. таблиця 1.4).

Наприклад:

Для мережі класу С роздати ІР-адреси для 5 підмереж по 25 комп’ютерів. Нехай перші 3 октети 192.168.0.

Якщо потрібно створити 5 підмереж то 256/5=51, тобто можна розмістити по 25 комп’ютерів в підмережі. Тоді маска мережі буде 255.255.255.224, тобто 11111111. 11111111. 11111111. 11100000 (в двійковій системі) де нулі відповідають номеру комп’ютера.

 

ІР комп’ютерів	192.168.0.2 … 192.168.0.26	192.168.0.34 … 192.168.0.58	192.168.0.66 … 192.168.0.90	192.168.0.98 … 192.168.0.122	192.168.0.130 … 192.168.0.154
Широкомовний запит	192.168.0.31	192.168.0.63	192.168.0.95	192.168.0.127	192.168.0.159
Шлюз	192.168.0.1	192.168.0.33	192.168.0.65	192.168.0.97	192.168.0.129
ІР підмережі	192.168.0.0	192.168.0.32	192.168.0.64	192.168.0.96	192.168.0.128
	1-ша підмережа	2-га підмережа	3-тя підмережа	4-та підмережа	5-та підмережа

Таблиця 1.4 – Варіанти роботи

Варіант	Клас мережі	Кількість підмереж	Кількість комп’ютерів
	А
	В
	С
	А
	В
	С
	А
	В
	С
	А
	В
	С
	А
	В
	С
	А
	В
	С
	А
	В