Методические
указания по выполнению лабораторной работы
В дипломной работе были разработаны методические указания
по выполнения лабораторной работы. В них вошли следующие главы:
1.
Цель
работы.
2.
Подготовка
к выполнению лабораторной работы.
3.
Задание.
4.
Описание
лабораторной установки.
5.
Литература.
6.
Контрольные
вопросы.
7.
Методические
указания.
7.1.
Краткая теория для выполнения практической части работы
7.2.
Порядок выполнения работы.
В следующих разделах приводится подробное
описание глав методических указаний.
1. Цель работы
1.1. Изучение технической реализации
коммутаторов.
1.2. Изучение классификации коммутаторов.
1.3. Изучение технических параметров
коммутаторов.
1.4. Изучение дополнительных возможностей
коммутаторов.
1.5. Изучение принципов работы Ethernet
коммутатора.
2. Подготовка к выполнению работы.
Используя рекомендуемую литературу и
настоящие методические указания, необходимо изучить:
2.1.
Особенности коммутаторов
2.2.
Техническую реализацию коммутаторов.
2.3.
Классификацию коммутаторов.
2.4.
Технические параметры коммутаторов.
2.5.
Дуплексный режим работы коммутатора.
3. Задание
3.1.
Вызвать программу для изучения принципов работы Ethernet
коммутатора.
3.2. Согласно меню программы, двигаясь слева направо,
необходимо:
3.2.1.
Изучить теоретический материал, рассматриваемым разделам.
3.2.2.
Ответить на тестовые вопросы.
3.2.3.
Выполнить лабораторную работу.
3.3. Составить отчет о выполненной работе. Отчет должен содержать:
3.3.1.
Цель работы.
3.3.2. Исходные данные, условие задачи
(задаются программой).
3.3.3.
Схему включения Ethernet коммутаторов.
3.3.4.
Заполненные таблицы коммутаторов.
3.3.5.
Выводы по выполненной работе.
4. Описание лабораторной установки
Лабораторная работа выполняется на ПЭВМ после
запуска файла с именем SwitchEthernetLab.exe.
В открывшемся окне, после вода ФИО и группы студента, необходимо изучить
теоретический раздел, ответить на тестовые вопросы и выполнить лабораторную
работу, следуя настоящим методическим указаниям. Стоит обратить особое внимание
на ввод персональных данных студента, так как они будут отражаться в формах
результатов выполнения работы, которые необходимо добавить в отчет.
Рисунок 1 - Главное
меню работы
В ходе выполнения работы, студентам задаются вопросы
двух типов: открытые и закрытые. Первый тип подразумевает ручной ввод текста
студентом, второй выбор из предлагаемых вариантов. Ответы на открытые вопросы
вводятся на русском языке. Правильность ответов проверяется программой. При
ошибочных и правильных ответах на дисплей выводится соответствующая информация.
Программа ведет подсчет числа ошибок и в результате выполнения выставляется оценка по пятибалльной системе,
за тестовую и практическую часть работы.
Выполнение работы рассчитано на 2 часа.
Если в результате выполнения лабораторной
работы получена положительная оценка, то следует позвать преподавателя для
регистрации оценки в журнале.
5. Литература
4.5.1.
В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы:
Учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2006.
4.5.2. Куин Л.,
Рассел Р. Fast Ethernet. К.: Издательская
группа BHV, 1998. – 448с.
4.5.3. Руководство по технологиям
объединенных сетей, 3-е издание.: Пер. с англ.- М.:Издательский дом
"Вильямс", 2002.
6. Контрольные вопросы
6.1. Назовите основные технические параметры, по
которым можно оценить коммутатор.
6.2. Может ли скорость продвижения превосходить
скорость фильтрации?
6.3. Что такое неблокирующий коммутатор?
6.4. Для какой цели записи таблицы продвижения
имеют ограниченный срок жизни?
6.5. На основе каких адресов строится таблица
продвижения коммутатора?
6.6. Что можно отнести к преимуществам
коммутируемых сетей?
6.7. В чем недостаток коммутационной матрицы?
6.8. Что происходит, если количество адресов
локальной сети превосходит размер адресной таблицы коммутатора?
6.9. Препятствуют ли коммутаторы распространению
широковещательных кадров по сети? Почему?
6.10.
Назовите способы продвижения кадров коммутаторами.
6.11.
По какой причине коммутация «на лету» нашла ограниченное применение в
коммутаторах?
7. Методические
указания.
7.1.
Краткая теория для выполнения практической части работы
Коммутаторы – это устройства канального
уровня, которые позволяют соединить несколько физических сегментов локальной
сети в одну большую сеть. Коммутация локальных сетей обеспечивает
взаимодействие сетевых устройств по выделенной линии без возникновения
коллизий, с параллельной передачей нескольких потоков данных.
Коммутаторы
локальных сетей обрабатывают кадры на основе алгоритма прозрачного моста
(transparent bridge) IEEE 802.1, который применяется в основном в сетях
Ethernet. При включении питания коммутатор начинает изучать расположение
рабочих станций всех присоединенных к нему сетей путем анализа МАС-адресов
источников входящих кадров. Например, если на порт 1 коммутатора поступает кадр
от узла 1, то он запоминает номер порта, на который этот кадр пришел и
добавляет эту информацию в таблицу коммутации (forwarding database). Адреса
изучаются динамически. Это означает, что, как только будет прочитан новый
адрес, то он сразу будет занесен в контентно-адресуемую память
(content-addressable memory, CAM). Каждый раз, при занесении адреса в таблицу
коммутации, ему присваивается временной штамп. Это позволяет хранить адреса в
таблице в течение определенного времени. Каждый раз, когда идет обращение по
этому адресу, он получает новый временной штамп. Адреса, по которым не
обращались долгое время, из таблицы удаляются.
Рисунок 2 - Построение
таблицы коммутации.
Коммутатор использует таблицу коммутации для пересылки трафика.
Когда на один из его портов поступает пакет данных, он извлекает из него
информацию о МАС-адресе приемника и ищет этот МАС-адрес в своей таблице
коммутации. Если в таблице есть запись, ассоциирующая МАС-адрес приемника с
одним из портов коммутатора, за исключением того, на который поступил кадр, то
кадр пересылается через этот порт. Если такой ассоциации нет, кадр передается
через все порты, за исключением того, на который он поступил. Это называется
лавинной маршрутизацией (flooding). Широковещательная и многоадресная рассылка
выполняется также путем лавинной маршрутизации. С этим связана одна из проблем,
ограничивающая применение коммутаторов. Наличие коммутаторов в сети не
препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем
сегментам сети, сохраняя ее прозрачность. В случае если в результате каких-либо
программных или аппаратных сбоев протокол верхнего уровня или сам сетевой
адаптер начнет работать не правильно, и будет постоянно генерировать
широковещательные кадры, коммутатор в этом случае будет передавать кадры во все
сегменты, затапливая сеть ошибочным трафиком. Такая ситуация называется широковещательным
штормом (broadcast storm).
Коммутаторы
надежно изолируют межсегментный трафик, уменьшая таким образом трафик отдельных
сегментов. Этот процесс называется фильтрацией (filtering) и выполняется в
случаях, когда МАС-адреса источника и приемника принадлежат одному сегменту.
Обычно фильтрация повышает скорость отклика сети, ощущаемую пользователем.
Передача и получение
кадров.
Узлы взаимодействуют
между собой путем обмена кадрами. В Ethernet кадр - это базовая единица обмена
по сети. Любая информация, передаваемая между узлами, помещается в поле данных
одного или нескольких кадров. Пересылка кадров от одного узла к другому
возможна лишь при однозначной их идентификации. Каждый узел ЛВС имеет
уникальный адрес (MAC-адрес). Любой кадр имеет минимум 3 поля: адрес
получателя, адрес отправителя и данные (рисунок-4.3).
Рисунок 3 – Структура
кадра Ethernet.
Широковещательный
адрес предусмотрен в любой сетевой технологии. Такие кадры будут приниматься
всеми узлами, у которых адрес совпадает с широковещательным. Используется при
поиске необходимых ресурсов в сети. Пример - открытие адреса - если нужно узнать адрес конкретного узла, то
посылается широковещательное сообщение, на которое все узлы отвечают сообщением
со своим адресом.
Рисунок 4 –
Структура МАС-адреса.
Стандарты IEEE определяют 48-разрядный (6 октетов) MAC-адрес, который разделен на четыре части.
Первые 3
октета (в порядке их передачи по сети; старшие 3 октета, если рассматривать их
в традиционной
бит-реверсной шестнадцатиричной записи
MAC-адресов) содержат 24-битный уникальный идентификатор организации (OUI), или (Код MFG — Manufacturing,
производителя), который производитель получает в IEEE. При этом используются только младшие
22 разряда (бита), 2 старшие имеют специальное назначение:
· первый бит указывает, для одиночного (0) или группового (1) адресата предназначен кадр
· следующий бит указывает, является ли MAC-адрес глобально
(0) или локально (1) администрируемым.
Следующие
три октета выбираются изготовителем для каждого экземпляра
устройства
Таким
образом, глобально администрируемый
MAC-адрес устройства глобально
уникален и обычно «зашит» в аппаратуру.
Администратор
сети имеет возможность, вместо использования «зашитого», назначить устройству
MAC-адрес по своему усмотрению. Такой локально
администрируемый MAC-адрес выбирается произвольно и может не содержать
информации об OUI. Признаком локально администрируемого адреса является
соответствующий бит первого октета адреса.
7.2. Порядок выполнения работы.
Перед выполнением теста и практической части
лабораторной работы необходимо изучить и законспектировать теоретический
материал. Ознакомиться с настоящими методическими указаниями. В главном меню
программы для этого предназначены соответствующие разделы «Теория» и
«Методические указания».
Далее выполняется тест, который содержит 30
вопросов в рамках теоретического материала. Для его запуска необходимо нажать
кнопку «Тест» в верхнем меню программы. Вопросы выдаются автоматически, либо
закрытого типа (с вариантами ответов), либо открытого типа, где необходимо
ввести ответ. Ответ вводится цифрами и русскими буквами. Перемещая указатель
мыши над вариантами ответов, поле ответа закрашивается светло-желтым цветом.
Для ответа необходимо выбрать один из вариантов, либо ввести цифровое или
буквенное выражение и нажать кнопку «Ответить». Правильные и неправильные
ответы подсвечиваются соответствующими индикаторами красного и зеленого цвета.
После завершения выполнения теста выводится окно с результатами. При
необходимости нужно сделать скриншот окна результатов, и добавить его в отчет.
Для перехода к выполнению практической работы
необходимо нажать кнопку главного меню с названием «Лабораторная работа».
Для начала работы и генерации условий задачи,
необходимо нажать кнопку «Начать работу». Далее необходимо следовать условиям,
которые выдает программа. По мере продвижения кадра от одного узла сети к
другому, через коммутаторы, необходимости отвечать на вопросы и заполнять
таблицы коммутации, вводя адреса узлов и номера портов в таблицы. Компьютеры –
являющиеся источником кадра и приемником, генерируются программой. Содержание
полей заголовка кадра Ethernet отображается в
специальной форме с заголовком «Данные кадра Ethernet».
MAC адреса, необходимые для заполнения таблиц
коммутации, можно копировать из этой формы, путем нажатия правой кнопки мыши
над полем с МАС адресом источника или приемника, и выбором пункта «Копировать».
Передвижение кадра от одного узла к другому осуществляется нажатием кнопки
«Передать кадр». Параметр Т в таблицах коммутации проставляется автоматически.
Он условно показывает время жизни записи в таблице.
Рисунок 5 – Схема
сегментов сети объединенных коммутаторами SW1 и SW2.
Сеть
LAN обозначенная на схеме облаком, подразумевает,
что коммутаторы SW1 и SW2
подключены к локальной сети, в которой может быть еще несколько коммутаторов, через
которые будут идти кадры от SW1 и SW2,
так же из LAN будут приходить кадры на SW1
и SW2 (такой вариант в лабораторной работе не предусмотрен).
После
завершения выполнения лабораторной работы выводится окно с результатами. При
необходимости нужно сделать скриншот окна результатов, и добавить его в отчет.
После
завершения работы необходимо составить отчет в котором необходимо зарисовать
схему сети, записать начальное условие отправки кадра и заполненные таблицы
коммутации. Ответить на вопросы:
1.
Если
рассматривать вариант, что из сети LAN не приходили кадры и
коммутаторы SW1 и SW2 подключены к друг
другу напрямую, добавьте недостающие записи в таблицу коммутатора, где их
меньше (заполните таблицы до конца, тем самым показав, что коммутатор полностью
обучился).
2.
Если
рассматривать вариант, что из сети LAN приходили кадры на
коммутаторы SW1 и SW2, при этом таблицы
заполнились полностью, и в них нет места для новых записей, как отработает эту
ситуацию коммутатор при поступлении нового кадра с неизвестным адресом?
3.
Если
компьютер из правого сегмента сети перенести в левый сегмент (относительно
схемы), как это отразится на таблицах коммутации коммутаторов?