Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
ІКТА
кафедра ЗІ
ЗВІТ
ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ №4,5
З КУРСУ: ”КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ ”
НА ТЕМУ: ״ СТЕК ПРОТОКОЛІВ TCP/IP. IP-АДРЕСАЦІЇ. ДІЛЕННЯ НА ПІДМЕРЕЖІ (SUBNETTING) ТА ОБЄДНАННЯ МЕРЕЖ (SUBNETTING) В ПРОТОКОЛІ IPv4
״
ВАРІАНТ №4
Львів – 2007
МЕТА РОБОТИ - ознайомитись з стеком протоколів TCP/IP та питанням IP-адресації на основі протоколів IPv4, IPv6, та набути практичні навики при конфігурації мережевих параметрів комп’ютерів та вирішенні проблем, пов’язаних з адресацією цих комп’ютерів при підключенні їх до мережі. ознайомитись з механізмом ділення на підмережі (subnetting) та механізмом об’єд
нання мереж (supernetting) в існуючій версії протоколу IP - IPv4 та вміти використовувати набуті навички на практиці при конфігурації складніших мереж.
ЗАВДАННЯ
Розробити власний варіант ІР – структиризації корпоративної мережі. До цього:
Навести схему із зазначенням ІР – адрес і масок усіх мереж, підмереж та вузлів головного будинку корпорації, а для філій – зазначити лише виділені діапазони ІР – адрес та маски обєднаних мереж. При цьому має використовуватись наступний діапазон INTRANET адрес мережі: 184.168.0.0 ÷ 184.168.255.0 .
Мережу 184.168.84.0 розділити на 16 підмереж. Визначити маску підмережі та кількість хостів у підмережі.
Відобразити маршрути, внесені в таблицю маршрутизації усіх маршрутизаторів корпоративної мережі.
Дані варіанту:
Забезпечити ІР – адресами 900 хостів мережі головного будинку корпорації;
Крім того, виділити наступну кількість ІР – адрес:
На філію 1 2000 ІР – адрес;
На фірію 2 2000 ІР – адрес;
На філію 3 1000 ІР – адрес.
Загальні положення
1.1. СТЕК ПРОТОКОЛІВ TCP/IP. IP-АДРЕСАЦІЇ
Набір протоколів TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) - це стандартний промисловий набір протоколів, розроблений для глобальних мереж (WAN), який був створений в результаті досліджень мереж з комутацією пакетів агенством DARPA в кінці 60-х - на початку 70-х років. TCP/IP є найбільш широковживаним сімейством мережевих протоколів, оскільки: по-перше, є єдиним незалежним від платформ набором протоколів; по-друге, це єдиний набір протоколів з відкритим процесом визначення стандартів та відсутністю власника.
В 4-рівневій моделі TCP/IP протокол IP належить до мережевого рівня, функцією якого є забезпечення передачі інформації в системі, що об’єднує довільну кількість мереж, причому ці мережі можуть використовувати різноманітні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами і володіти довільною структурою зв’язків. Загалом, протокол IP не орієнтований на з'єднання, не гарантує доставку повідомлення і тому вважається ненадійним протоколом. Він призначений для маршрутизації та відправки пакетів між мережами та вузлами.
В термінології INTERNET комп'ютер, на якому працює мережевий протокол, наприклад, протокол IP з набору TCP/IP, називається хостом (host). Хости обмінюються даними між собою і значна доля діяльності в INTERNET обумовлена управлінням інформаційними потоками між комп'ютерами-хостами. Терміном вузол (node), як правило, коротко називають такі пристрої як міст, маршрутизатор, комутатор, шлюз чи хост.
На сьогодні існує дві версії протоколу IP: IPv4 та IPv6. Зараз вживається протокол IPv4, що описаний в RFC 791.
Розглянемо IP-адресацію протоколу IPv4. IP-адреса може бути записана у двох форматах – двійковому (binary) та десятковому з точковими розділювачами (dotted decimal notation). Остання форма використовується як зручніша для сприйняття в порівнянні з бінарною формою. Кожна IP-адреса має довжину 32 біти і для зручності її поділяють на чотири октети, що відділяються один від одного точками. Кожен октет представляє десяткове число в діапазоні від 0 до 255. Ці 32 розряди IP-адреси містять ідентифікатор мережі (network ID) та ідентифікатор хоста (host ID).
Ідентифікатор мережі визначає фізичну мережу, він є однаковим для усіх вузлів в одній мережі і унікальний для кожної з мереж, включених в об'єднану мережу.
130.107.2.23 десяткова форма
10000010 01101011 00000010 00010111 двійкова форма
ідентифікатор ідентифікатор
мережі вузла
Рисунок 1. Представлення IP-адреси 130.107.2.23 в десятковій та двійковій формах.
Ідентифікатор вузла являє собою адресу конкретного вузла в цій мережі.
Кожен хост повинен утримати унікальну адресу в глобальній комп’ютерній мережі Internet у вигляді IP-адреси. Для кінцевого користувача чи організації IP-адресу чи відповідно діапазон IP-адрес може надавати регіональний Internet сервіс-провайдер (ISP) (фірма, що надає послуги Internet і є точкою входу в Internet (POP)), причому організації виділяється блок IP-адрес, що відповідає розміру її мережі. Слід зазначити, що хоча й вся інформація, отримана з Internet, є безплатна, проте послуги за користування Internet є платні. Причиною цього може служити хоча би той факт, що ISP є суб’єктом підприємницької діяльності. Тому природно, що за кожну зареєстровану IP-адресу слід платити і ця оплата буде прямо пропорційна до кількості зареєстрованих IP-адрес.
ISP у свою чергу повинен отримати діапазон адрес для надання їх клієнтам в організації IANA (Internet Assigned Numbers Authority), яка координує розподіл IP-адрес в мережі Internet, або ж в Мережевого інформаційного центру INTERNET (InterNIC).
В протоколі IPv4 існує п'ять класів IP-адрес у відповідності з різними розмірами комп'ютерних мереж. Клас адреси визначає, які біти відносяться до ідентифікатора мережі, а які - до ідентифікатора вузла. Також клас визначає максимально можливу кількість вузлів у мережі.
Класи IP-адрес ідентифікують по значенню першого октету адреси наступним чином (див. рис.2).
Адреси класу А назначаються хостам дуже великих мереж. Старший біт в цих адресах завжди рівний нулю. Перший октет присвоюється організацією InterNIC і модифікації не підлягає. Решта три октети містять ідентифікатор вузла.
Адреси класу В назначаються хостам великих та середніх по розміру мереж. Два старші біти в цих адресах завжди рівні двійковому значенню 10. Два перші октети присвоюються організацією InterNIC і модифікації не підлягають. Решта два октети містять ідентифікатор вузла.
Адреси класу С застосовуються в невеликих мережах. Три старші біти в цих адресах завжди рівні двійковому значенню 110. Три перші октети присвоюються організацією InterNIC і модифікації не підлягають. А останній четвертий октет є ідентифікатором вузла.
Кількість мереж, кількість хостів в цих мережах та діапазон значень ідентифікаторів мереж для класів А, В та С наведені в таблиці 1.
Класи D та E мають специфічне призначення. Адреси класу D призначені для групових повідомлень. Чотири старші біти в цих адресах завжди рівні двійковому значенню 1110. Решта біт означають конкретну групу отримувачів і не діляться на частини. Пакети з такими адресами розсилаються вибраній групі хостів в мережі.
Іntranet – це корпоративна мережа, яка працює за тими ж правилами, що і Internet. Іntranet-технологія дає ряд переваг, серед яких відмітимо лише ті, що пов’язані з IP-адресацією.
Маска підмережі являє собою 32-розрядне бінарне число, яке використовується для виділення (маскування) з IP-адреси її частин: ідентифікаторів мережі та хоста. Така процедура необхідна для того, щоб вияснити, чи відноситься та чи інша IP-адреса до локальної чи віддаленої мережі.
Кожен хост TCP/IP повинен мати маску підмережі – чи таку, що задається по замовчуванню (в тому випадку, коли мережа не ділиться на підмережі), чи спеціальну (якщо мережа розбита на декілька підмереж). Значення маски підмережі по замовчуванню залежить від використовуваного в даній мережі класу IP-адрес.
Як відомо, існуючий на сьогодні протокол IPv4 володіє рядом недоліків, серед яких відмітимо брак вільного адресного простору. В новій версії протоколу IP (IPv6) втілено ряд ідей по обновленню IP.
IPv6 створювався спеціально для рішення наступних проблем - розширення адресного простору, забезпечення достовірності та конфіденційності інформації, що передається, підтримки передачі трафіку реального часу, механізму додавання нових можливостей. В цій роботі ми розглянемо лише адресацію IPv6.
В новій версії протоколу розрядність адрес відправників та отримувачів збільшена з 32 розрядів до 120-розрядів. Формат запису IP-адреси виглядає наступним чином:
443F:FFGA:1220:E09I:3409:1103:56C4:700A
Окрім існування звичайних (unicast) IP-адрес, призначених для зв’язку точка – точка, та групових (multicast) IP-адрес з’являється новий тип – невизначені (anycast) IP-адреси.
Хости, які використовують виключно протокол IPv4, не зможуть взаємодіяти з хостами, які використовують протокол IPv6, оскільки підтримується лише зворотня сумісність.
ДІЛЕННЯ НА ПІДМЕРЕЖІ (SUBNETTING) ТА ОБЄДНАННЯ МЕРЕЖ (SUBNETTING) В ПРОТОКОЛІ IPv4.
Як відомо, існуючій версії протоколу IP - IPv4 властивий ряд недоліків, зокрема, пов’язаних із класовістю IP-адрес. Організації відповідно до її потреб виділяється блок IP-адрес, що відповідає розміру її мережі (мережа класу А, класу В чи класу С відповідно). Але якщо ця мережа дуже велика (наприклад, класу А), то, по-перше, існуючі на сьогодні LAN-технології не в стані забезпечити таку велику кількість хостів в одній мережі. По-друге, це є недоцільно, бо широкомовний трафік (який завжди присутній у тій чи іншій степені в мережі) зробить цю мережу непрацездатною. По-третє, при цьому в одних випадках можливі залишки невикористаних IP-адрес, в інших – виділеного блоку IP-адрес може не вистачити у зв’язку із збільшенням кількості хостів у мережі.
Рішенням цих проблем є використання механізму ділення на підмережі (subnetting) та механізму об’єднання мереж (supernetting). При діленні цієї мережі на менші частини– підмережі (subnets) ці підмережі будуть з’єднуватись між собою за допомогою маршрутизаторів. Підмережа – це фізичний сегмент TCP/IP-мережі, в якому використовується IP-адреси зі спільним ідентифікатором підмережі. Як правило, організації отримують ідентифікатор мережі від організації InterNIC.
Ділення на підмережі описане в RFC 950. Для ділення мережі на декілька підмереж необхідно використати різні ідентифікатори мережі для кожної новоутвореної частини цієї мережі. Унікальні ідентифікатори підмереж створюються шляхом ділення ідентифікатора хоста на дві групи біт. Перша з цих груп служить для ідентифікації сегмента об’єднаної мережі, а друга – для ідентифікації конкретного хоста.
130.107.2.23 IP-адреса хоста класу В в мережі 130.107.2.0
255.255.252.0 маска, яка дозволить здійснити subnetting
10000010 01101011 000000 10 00010111 двійкова форма представлення
ідентифікатор даної IP-адреси
мережі
ідентифікатор сегмента ідентифікатор
об’єднаної мережі конкретного хоста
Рис. 2. Приклад використання ділення на підмережі мережі класу В
Ділення на підмережі не є необхідним для ізольованої мережі (тої мережі, яка не має виходу в Internet).
Використання підмереж має ряд переваг. В організаціях підмережі застосовують для об’єднання декількох фізичних сегментів в одну логічну мережу. Застосовуючи підмережі, ми отримуємо можливість:
- сумісно використовувати різні мережеві технології (наприклад, Ethernet, Token Ring);
- подолати існуючі обмеження, наприклад, на максимальну кількість вузлів в одному сегменті;
- зменшити навантаження на мережу, перенаправляючи мережевий трафік і зменшуючи кількість широкомовних пакетів.
Технологія об’єднання мереж (supernetting) у протоколі IPv4 носить ще назву безкласової міждоменної маршрутизації (Classless Inter-Domain Routing, CIDR) і описана в RFC 1518 та RFC 1519. Вона була розроблена з метою зменшення витрат адресного простору, брак якого є чи не основним недоліком протоколу IPv4. Як відомо, до 1994 р. видача мережі класу С була мінімальним блоком IP-адрес, що видавався організаціям. Для одних випадків (одиниці – десятки IP-адрес) це було забагато, для інших (декілька сотень IP-адрес) – замало.
Технологія CIDR була запропонована як така, що давала більшу гнучкість при виділенні блоків IP-адрес. Мережі CIDR описуються як “слеш (slash) x”, де x – це кількість біт (зліва підряд), що контролюються організацією, яка видає IP-адреси – InterNIC. Згідно термінології CIDR – мережі класу А,В і С – це відповідно “слеш 8”, “слеш 16” та “слеш 24”. Завдяки CIDR InterNIC може не лише визначати мережі класу А, В і С, але і мережі з проміжними масками підмережі. Нехай, наприклад, необхідно орендувати в InterNIC 50 IP-адрес для Вашої мережі – раніше Вам було би запропоновано мережу класу С, а зараз блок IP-адрес із маскою підмережі 255.255.255.184. Це означає, що у Вашому розпорядженні буде лише 6 біт, тобто 64 хости в підмережі, що є цілком достатньо. Назва цієї мережі буде “слеш 26”. В таблиці 6 представлені деякі типи мереж CIDR.
На відміну від ділення на підмережі, при об’єднанні мереж частина біт ідентифікатора мережі маскується як ідентифікатор хоста – це збільшує ефективність маршрутизації.
Візьмемо другий приклад. Замість того, щоб надати організації, яка має 2000 хостів, мережу класу В, InterNIC виділяє їй 8 ідентифікаторів мереж класу С, які в сукупності забезпечать 2032 хости. Це дозволить зекономити ідентифікатори мереж класу В. Але ця технологія породжує нову проблему. При використанні звичайних механізмів маршрутизації маршрутизатори в Internet повинні підтримувати ще 7 додаткових записів у своїх таблицях, щоб направляти пакети в мережу такої організації. Для розвантаження маршрутизаторів мережі Internet технологія безкласової маршрутизації CIDR дозволяє об’єднати усі вісім записів таблиці маршрутизації в один, який відноситься одночасно до всіх виділених організації мереж класу С.
2.
Таблиця 1. Розбиття мережі 192.168.58.0 на 2 підмережі.
Кількість підмереж
Маска підмережі
Номер підмережі
Адреса маршрутизатора
Широкомовна адреса
Кількість хостів в підмережі
2
255.255.255.254
192.168.58.0
192.168.127.1
192.168.58.127
126
255.255.255.254
192.168.58.128
192.168.58.129
192.168.58.255
126
3.
Таблиця 2. Таблиця маршрутизації для маршрутизатора R2.
Мережа
Маска
ІР – адреса вихідного порта
ІР-адреса вх. порта наступного маршрутизатора
Віддаль
0.0.0.0
0.0.0.0
184.168.0.1
184.168.0.2
-
184.168.20.0
255.255.252.0
184.168.20.1
184.168.20.1
1
184.168.4.0
255.255.248.0
184.168.4.1
184.168.4.1
1
184.168.11.0
255.255.248.0
184.168.11.1
184.168.11.1
1
184.168.0.0
255.255.255.0
184.168.0.2
184.168.0.2
1
184.168.1.0
255.255.255.0
184.168.1.1
184.168.1.1
1
184.168.84.0
255.255.255.240
184.168.1.2
184.168.1.1
2
184.168.84.16
184.168.84.32
184.168.84.48
184.168.84.64
184.168.84.80
184.168.84.96
184.168.84.112
184.168.84.120
184.168.84.114
184.168.84.160
184.168.84.176
184.168.84.184
184.168.84.208
184.168.84.224
184.168.84.240
184.168.2.0
255.255.255.0
184.168.1.2
184.168.1.1
2
184.168.3.0
255.255.255.0
184.168.2.2
184.168.2.1
3
Таблиця 3. Таблиця маршрутизації для маршрутизатора R3.
Мережа
Маска
ІР – адреса вихідного порта
ІР-адреса вх. порта наступного маршрутизатора
Віддаль
0.0.0.0
0.0.0.0
184.168.0.1
184.168.0.2
-
184.168.20.0
255.255.252.0
184.168.1.1
184.168.1.2
2
184.168.4.0
255.255.248.0
184.168.1.1
184.168.1.2
2
184.168.11.0
255.255.248.0
184.168.1.1
184.168.1.2
2
184.168.0.0
255.255.255.0
184.168.1.1
184.168.1.2
2
184.168.1.0
255.255.255.0
184.168.1.2
184.168.1.2
1
184.168.84.0
255.255.255.240
184.168.84.1
184.168.84.1
1
184.168.84.16
184.168.84.17
184.168.84.17
184.168.84.32
184.168.84.33
184.168.84.33
184.168.84.48
184.168.84.49
184.168.84.49
184.168.84.64
184.168.84.65
184.168.84.65
184.168.84.80
184.168.84.81
184.168.84.81
184.168.84.96
184.168.84.97
184.168.84.97
184.168.84.112
184.168.84.113
184.168.84.113
184.168.84.120
184.168.84.129
184.168.84.129
184.168.84.114
184.168.84.115
184.168.84.115
184.168.84.160
184.168.84.161
184.168.84.161
184.168.84.176
184.168.84.177
184.168.84.177
184.168.84.184
184.168.84.193
184.168.84.193
184.168.84.208
184.168.84.209
184.168.84.209
184.168.84.224
184.168.84.225
184.168.84.225
184.168.84.240
184.168.84.241
184.168.84.241
184.168.2.0
255.255.255.0
184.168.2.1
184.168.2.1
1
184.168.3.0
255.255.255.0
184.168.2.2
184.168.2.1
2
Таблиця 4. Таблиця маршрутизації для маршрутизатора R4.
Мережа
Маска
ІР – адреса вихідного порта
ІР-адреса вх. порта наступного маршрутизатора
Віддаль
0.0.0.0
0.0.0.0
184.168.0.1
184.168.0.2
-
184.168.20.0
255.255.252.0
184.168.1.1
184.168.1.2
3
184.168.4.0
255.255.248.0
184.168.1.1
184.168.1.2
3
184.168.11.0
255.255.248.0
184.168.1.1
184.168.1.2
3
184.168.0.0
255.255.255.0
184.168.1.1
184.168.1.2
3
184.168.1.0
255.255.255.0
184.168.2.1
184.168.2.2
2
184.168.84.0
255.255.255.240
184.168.2.1
184.168.2.2
2
184.168.84.16
184.168.84.32
184.168.84.48
184.168.84.64
184.168.84.80
184.168.84.96
184.168.84.112
184.168.84.120
184.168.84.114
184.168.84.160
184.168.84.176
184.168.84.184
184.168.84.208
184.168.84.224
184.168.84.240
184.168.2.0
255.255.255.0
184.168.2.2
184.168.2.2
1
184.168.3.0
255.255.255.0
184.168.3.1
184.168.3.1
1
Висновок:
На цій лабораторній роботі я ознайомився з стеком протоколів TCP/IP та питанням IP-адресації на основі протоколів IPv4, IPv6, та набув практичних навиків при конфігурації мережевих параметрів комп’ютерів та вирішив проблеми, пов’язані з адресацією цих комп’ютерів при підключенні їх до мережі і ознайомився з механізмом ділення на підмережі (subnetting) та механізмом об’єднання мереж (supernetting) в існуючій версії протоколу IP - IPv4 та навчився використовувати набуті навички на практиці при конфігурації складніших мереж.