Информационные сети и телекоммуникации кр1

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)»
(РУТ (МИИТ)

Одобрено кафедрой

«ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ АВТОМАТИКА ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ»

Протокол № от             201 г.

Автор:

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ С МЕТОДИЧЕСКИМИ
УКАЗАНИЯМИ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Информационные сети и телекоммуникации

Специальность/Направление: 27.03.04 Управление в технических систе-
мах (УТб)

Специализация/Профиль/Магистерская программа: (УТ) Системы и
технические средства автоматизации и управления

Москва

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Задание на контрольную работу:
"Декомпозиция локальных сетей и определение масок и
подмасок сетей".

Задача № 1

По исходным данным, приведенным в таблице № 1, выполнить задание определен-
ное в каждом из вариантов. Обосновать причины и необходимость декомпозиции сети.
Выполняемый вариант соответствует последней цифре шифра.

Таблица 1

Задача № 2

В сети класса B действуют 3 маршрутизатора: RouterA, RouterB, RouterC каждый
из которых содержит один порт Ethernet и два последовательных порта. Маршрутизато-
ры связаны последовательной линией со скоростью передачи 56 Кбит/сек. Все хосты
имеют одинаковую маску. По данным, приведенным в табл.2, обосновать необходимое
количество сетевых адресов, назначить действующие адреса интерфейсам маршрутиза-
торов и хостам сети, а также составить таблицы статической маршрутизации, привести
схему сети и адреса соответствующих интерфейсов

Таблица 2

(Примечание: Адреса 10.0.0.0 – для сети класса А; 172.16.0.0 до 172.31.0.0 – для се-
ти класса В; 192.168.0.0 – для сети класса С – зарезервированы и недоступны в Интернете.
Поэтому были выбраны в качестве учебных).

IP- адресация. Форматы IP-адресов.

IP-адрес – число однозначно определяющее TCP/IP узел. В TCP-IP терминологии
"узлом" называется любая машина, имеющая сетевой интерфейс, настроенный на исполь-
зование PCP/IP. Узлом может быть Windows NT Server,рабочая станция UNIX или один
из множества маршрутизаторов, используемых для передачи информации из одной сети в
другую.

IP-адрес состоит из двух компонентов: идентификатора сети и идентификатора
узла. Идентификатор сети обозначает конкретную сеть (или сегмент сети), в которой узел
физически находится. Этот адрес должен быть уникальным по всей PCP/IP сети, вне за-
висимости от того, является ли сеть глобальной TCP/IP сетью или это просто небольшая
локальная сеть, в которой реализован TCP/IP. Идентификатор сети используется для пере-
дачи информации на нужный сетевой интерфейс маршрутизатора. После того как инфор-
мация попадает в нужную подсеть (нужный сегмент сети), данные передаются нужному

узлу - в соответствии с идентификатором узла. Все узлы, использующие один и тот же
идентификатор сети, должен быть физически расположен в одном сегменте сети, чтобы
информация могла достичь их. Если узел переносится из одного сетевого сегмента в дру-
гой, его сетевой адрес должен быть изменен.

Идентификатор узла определяет конкретный узел в данной сети. Эта часть адреса
не должна повторятся для узлов одной подсети. Узлы обычно имеют один сетевой ин-
терфейс или сетевую карту. Однако, такие узлы как маршрутизаторы, могут быть настро-
ены на использование нескольких сетевых интерфейсов. Каждый сетевой интерфейс узла
должен иметь свой собственный уникальный IP-адрес.

Форматы IP-адресов могут представляться как в двоичном, так и десятичным
форматом. Когда IP-адрес записан в десятичном формате, он состоит из четырех групп
цифр, называемых октетами, каждая из которых отделена от соседней точкой. Для ком-
пьютера IP-адрес является 32- битовым числом (или 4-х байтовым) каждый октет в деся-
тичной записи может принимать значение от 0 до 255 и представляется восемью битами в
двоичном формате, что объясняет название "октет".

Например: число слева представляет собой двоичную запись адреса, записанного
слева: 11000000.10101000.00000000.00000001 - 192.168.0.1

Преобразование между двоичными и десятичными форматами.

Как уже было упомянуто, каждый IP- адрес делится на 4-октета. Октет состоит
восьми бит. В двоичном формате каждый бит имеет значение 0,1, что соответствует деся-
тичным числам равным 2 в степени n-1, где n-обозначает положение единицы в числе,
считая справа налево. Десятичное значение октета может быть число от 0 до 255,т.е. сум-
ма десятичных значений всех битов октета не может быть больше чем 255. В табл.1 при-
ведены примеры двоичных и десятичных значений некоторых октетов.

Таблица 3

Получение IP- адресов.

Каждый IP-адрес должен быть уникальным, вне зависимости от количества узлов,
находящихся в сети. В том случае, если сеть настроена на использование TCP/IP и не со-
единена с Интернетом, то назначение и использование неповторяющихся адресов из про-
странства IP- адресов выбирается произвольно. Однако, если сеть имеет выход в Интер-
нет, то за получением IP - адреса необходимо обратиться в сетевой информационный
центр Интернета, который выделяет для организации сетевой идентификатор, позволя-
ющий создать в данной сети (подсети) необходимое количество узлов. Организация мо-
жет устанавливать идентификаторы узлов в своей подсети по собственному усмотрению.

Классы адресов.

Общее адресное пространство IP-адресов позволяет использовать примерно 4,3
миллиарда адресов. Разделив доступное адресное пространство на классы, можно выде-
лить блоки адресов, в соответствии с общим количеством узлов, которые должны под-
держиваться в организации.

В табл. 2 показаны классы адресов, значение старших битов адреса (старших би-
тов первого октета), диапазон десятичных значений первого октета в данном классе и до-
ступное количество сетей и узлов, поддерживаемых в данном классе.

В адресах класса А первый октет представляет идентификатор сети. В адресах
класса В первые два октета используются для идентификатора сети, в классе С первые три
октета используются для идентификатора сети. Таким образом, каждый адрес можно раз-
делить на два компонента, табл. 4.

Таблица 4

Таблица 5

Разделение IP-адреса на компоненты в соответствии с его классом

Адреса класса А

Класс А использует для идентификации сети только первый октет и три оставших-
ся октета для идентификации узла. Старший бит первого октета адреса этого класса все-
гда равен нулю, позволяя определить, что это адрес класса А.

Поскольку старший адрес всегда равен нулю, для идентификации сети остается
только семь бит. Эти семь бит позволяют создать максимум 127 различных сетевых адре-
сов, но сетевой идентификатор зарезервирован для локального сетевого адаптера. Таким
образом в классе А доступны только 126 различных сетевых адресов, табл. 6.

Таблица 6

(Примечание: Здесь и далее адреса сетей приведены в качестве иллюстрации)

Оставшиеся 24 бита доступны для использования в идентификаторе узла. Это поз-
воляет использовать 16777214 адресов узлов. Поскольку этот класс позволяет использо-
вать столь большое количество узлов в сети, эти адреса выдаются только организациям,
которым требуется обеспечить доступ к чрезвычайно большому количеству узлов.

Адреса класса В

Класс В использует для идентификатора сети первый и второй октеты, а два
оставшихся октета для идентификатора узла. Два старших бита первого октета адреса
этого класса всегда равны 10 (единица-ноль), позволяя определить, что это адрес класса В
(табл. 6). Так как старшие биты всегда равны 10,то для идентификации остается только 14
бит. Эти 14 бит позволяют создать максимум 16384 различных сетевых устройства.

Оставшиеся 16 бит доступны для использования в идентификаторе узла,
что позволяет использовать 65534 адреса узла. Этот класс адресов
предназначен для средних или больших сетей.

Таблица 7

Адреса класса С

Класс С использует для идентификатора сети первые три октета и оставшийся ок-
тет для идентификатора узла. Три старших бита первого октета адреса этого класса всегда
равны 110, позволяя определить, что это адрес класса С. Поскольку старшие биты равны
110, для идентификатора сети остается 21 бит. Это позволяет создать максимум 2097152
различных сетевых адреса (см. табл.8).

Оставшиеся 8 бит доступны для использования в идентификаторе узла. Это позво-
ляет получить 254 адреса узла. Этот класс адресов предназначен для небольших сетей, ко-
торым требуется ограниченное количество узлов.

Таблица 8

Адреса класса D

Адресация класса D используется для широковещательных сообщений, которые
используются для отправки информации определенной группе узлов. Эти узлы включа-
ются в группы после того, как они зарегистрируют себя на локальном маршрутизаторе,
используя широковещательный адрес - один из адресов класса D. Старшие биты адреса
класса D всегда устанавливаются в 1110; оставшиеся биты используются для обозначе-
ния логической группы узлов.

Адреса класса Е

Класс Е - экспериментальный класс адресов, зарезервированный для будущего ис-
пользования. Адреса в этом классе определяются четырьмя старшими битами, установ-
ленными в 1111.

Разделение сетей: подсети и маски подсетей.

Дополнительное подразделение блоков адресов на подсети возникает тогда, когда
блоки выделенных адресов не соответствуют топологии существующей сети. Т.к. все про-
странство IP- адресов делится на три класса, то количество доступных идентификаторов
сети и узла в каждом классе является функцией количества бит, выделенных на образо-
вание соответствующего компонента адреса.

Например, в адресах класса В два старших бита установлены в 10,что позволяет
использовать только 14 бит для идентификатора сети и 16 бит для идентификатора узла.
Проверив старшие биты адреса, можно легко определить, какая часть адреса составляет
идентификатор сети, а какая идентификатор узла. Однако, если

Необходимо провести дальнейшее разделение части адресного пространства, пона-
добится передать часть бит выделенных исходно для идентификатора узла, идентифи-
катору сети. После выполнения указанного разделения, определение длины идентифика-
тора сети по адресу, становится неочевидным. Для облегчения этого процесса предназна-
чены маски подсетей.

Маски подсетей

Маска подсети – это 32-битный адрес, позволяющий определить сколько бит в ад-
ресах используется для идентификации сети, используя все единицы в позициях, соответ-
ствующих идентификатору сети, табл. 9.

Таблица 9

При инициализации каждый TCP/IP- узел сравнивает свой собственный IP- адрес с
заданной маской подсети при помощи процесса логического "И " (табл. 10) и сохраняет
результат. Когда узлу необходимо определить, предназначен ли пакет для локальной сети
или удаленной, он сравнит IP - адрес узла адресата со своей маской подсети, а затем срав-
нит результат с тем, что было получено при инициализации. Если результаты совпадают,
то пакет предназначен для локального узла и не маршрутизируется. Если результаты раз-
личны, пакет предназначен для узла в другой подсети и передается маршрутизатору.

Операция сравнения (логическое " И ") выполняется поразрядно.

В том случае, если принято решение о разделении сети (например: класса С) на две
различных подсети требуется расширить маску, чтобы она показывала, какие биты были
добавлены к идентификатору сети. Для того, чтобы создать две дополнительные подсети в
рамках сети класса С, обычно используется маска 255.255.255.192. Число 192 показывает,
что два старших бита октета используются для идентификатора сети. В принципе, два
добавочных бита позволяют создать четыре различные комбинации, но т.к. идентифика-

тор сети не может состоять из одних единиц или нулей, остаются только две возможности
подсети – 64 и 128.

Адресация подсетей

Маршрутизаторам между любыми двумя узлами не требуется знание точного рас-
положения узлов в сети. Вместо этого они используют идентификатор сети, входящий в
состав IP- адреса для того, чтобы отправить пакет маршрутизатору, соединенному с соот-
ветствующей сетью. Затем этот маршрутизатор самостоятельно определит, какому из уз-
лов локальной сети можно передать пакеты. По умолчанию граница между идентифика-
тором сети и узла располагается между двумя октетами. В табл.9 приведен пример иден-
тификаторов сети и узла по умолчанию для адреса класса В.

Таблица 10

Положение границы по умолчанию между идентификаторами сети и узла соответ-
ствует одному из трех классов адресов. Классы используются для разделения всего 32-
битового адресного пространства на группы адресов, которые могут поддерживать раз-
личное количество узлов. Идентификаторами узлов в выделенном блоке адресов органи-
зация может распоряжаться по собственному усмотрению. Однако, обычно выделяется
только один идентификатор сети на организацию. Это подходит для небольшой организа-
ции, получившей сетевой адрес класса С (что позволяет поддерживать до 254 узлов), если
сеть состоит из одного сегмента и не планируется создавать новые сегменты. Однако
большинство организаций имеют несколько сетей и наблюдается тенденция к их увеличе-
нию. Следовательно, одного сетевого идентификатора недостаточно. Дополнительные
сетевые идентификаторы могут быть получены при помощи разделения выделенного ад-
ресного пространства.

IP-маршрутизация.

IP- маршрутизация является процессом передачи данных от хоста, расположенного
в некоторой сети удаленному хосту, принадлежащему другой сети, через один или не-
сколько маршрутизаторов. Путь, по которому маршрутизатор передает пакет, определяет-
ся по таблице маршрутизации. Эта таблица содержит IP- адреса интерфейсов маршрути-
заторов, соединенных с сетями, с которыми должен взаимодействовать маршрутизатор.

Таблица маршрутизации помогает найти к сети, определяемой адресом получателя из пе-
редаваемого пакета. Если путь не найден, пакет отправляется по адресу маршрутизатора,
выбранного по умолчанию, при наличии такового. По умолчанию маршрутизатор может
посылать пакеты в любую сеть, с которой

Связаны его настроенные интерфейсы. Когда некоторый хост пытается взаимодей-
ствовать с хостом из другой сети,IP протокол использует адрес шлюза, выбранного по
умолчанию, для доставки пакета соответствующему маршрутизатору. Если маршрутиза-
тор найден, пакет посылается в нужную сеть, а затем достигает хоста получателя. Если
маршрут не найден, то сообщение об ошибке возвращается на хост-источник.

ПРОЦЕСС IP-МАРШРУТИЗАЦИИ.

Процесс маршрутизации ясен, если получатель датаграммы находится в соседней
сети. В этом случае маршрутизатор выполняет простую процедуру по пересылке пакета.

Когда рабочая станция посылает пакет хосту-получателю, всегда проверяется IP-
адрес получателя. Если оказывается ,что в локальной сети такого адреса нет, пакет дол-
жен быть маршрутизирован. С помощью протокола ARP станция определяет аппаратный
адрес шлюза выбранного по умолчанию. Затем IP отправляет пакет по аппаратному ад-
ресу маршрутизатора, выбранного по умолчанию. Информация, используемая для адреса-
ции пакета, включает в себя:

• -    аппаратный адрес источника;

• -    IP- адрес источника;

• -    Аппаратный адрес получателя;

• -    IP- адрес получателя.

Для того, чтобы маршрутизатор "знал " через какой интерфейс он должен отпра-
вить пакет необходимо составить таблицу маршрутизации, которую поддерживает IP-
маршрутизатор. Именно по ней IP-протокол определяет путь к нужной сети. Таблицы
маршрутизации сложных объединенных сетей должны содержать не только доступные
пути к сети получателя, но и данные, позволяющие оценить эффективность предполагае-
мого маршрута. В таблицах маршрутизации должны содержаться записи о расположении
сетей, а не хостов.

СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ МАРШРУТИЗАЦИЯ,
МАРШРУТИЗАЦИЯ ПО УМОЛЧАНИЮ

Таблицы маршрутизации хранят информацию о маршрутах, алгоритмы маршрути-
зации создают и поддерживают эти таблицы. На начальном этапе работы маршрутизатор
знает только, как достичь сетей или подсетей, с которыми он связан непосредственно.

Маршрутизаторы обнаруживают пути в другие сети тремя различными способами:

• 1.    с помощью статической маршрутизации;

• 2.    с помощью маршрутизации по умолчанию;

• 3.    с помощью динамической маршрутизации.

СТАТИЧЕСКАЯ МАРШРУТИЗАЦИЯ

Таблицы статических маршрутизаторов создаются и обновляются вручную. При
изменении маршрута статические маршрутизаторы не информируют об этом друг друга.
Администратор сети должен вручную модифицировать запись статической таблицы вся-
кий раз, когда в топологии объединенной сети возникают изменения. Достоинством ста-
тической маршрутизации является неизменная полоса пропускания, т.к. не приняты ши-
роковещательные рассылки сообщений об изменении маршрутов. Другое положительное
качество - безопасность. При статической маршрутизации маршрутизаторы знают только
о тех сетях, которые прописаны в таблицах. Это не позволяет пользователям получать до-
ступ к ресурсам, доступ к которым им запрещен. К положительным свойствам можно
также отнести ограничение статических маршрутов к удаленным получателям одним пу-
тем, пролегающим через единственный маршрутизатор. Статическую маршрутизацию
следует использовать также в тех случаях, когда сеть достижима только по одному пути
(так называемая stab сеть). Создание статических маршрутов для таких тупиковых сетей
позволяет оптимизировать расходы, свойственные динамической маршрутизации.

МАРШРУТИЗАЦИЯ ПО УМОЛЧАНИЮ

Путь по умолчанию должен быть задан для каждого маршрутизатора, установлен-
ного в сети; в том случае если этого не сделать, то маршрутизатор выбирает путь по
умолчанию самостоятельно. Задание маршрута по умолчанию выполняется аналогично
указанию путей при статической маршрутизации, однако, запись в таблице маршрутиза-
ции для маршрута, выбранного по умолчанию, содержит сеть и маску сети, состоящую из

одних нулей (применительно к маршрутизаторам Cisco). Т.к. задачи динамической марш-
рутизации выходят за рамки данного задания и в данной работе не рассматриваются.

Пример решения Контрольной работы № 1.

При решении задачи следует учесть следующее. В том случае, если маска сети от-
личается от стандартной, то это свидетельствует о том, что сеть разбита на N подсетей.
На первом шаге решения следует определить, сколько бит в маске отводится под подсети.
Далее определяется, к какой подсети относится данный сетевой адрес. Определение вы-
полняется путем логического умножения маски на сетевой адрес( предварительно необхо-
димо преобразовать адрес и маску в двоичную систему исчисления. Диапазон допустимых
адресов будет лежать в диапазоне между адресами подсетей. Следует учесть, что адрес со
всеми единицами является широковещательным и является запрещенным.

• Пример решения Контрольной работы № 2.

Рассмотрим сеть с адресом 172.16.0.0 в качестве номера сети. Вся сеть состоит из
трех сетей Ethernet и двух последовательных линий. Это означает, что необходимо
сконфигурировать пять сетей, как различные подсети.

Если применить маску 255.255.255.0, получаем 254 подсети, каждая из
которых содержит до 254 хостов. Обозначим подсети как 172.16.10.0,
172.16.20.0, 172.16.30.0, 172.16.40.0, и 172.16.20.50.0, всем хостам
присвоим одинаковую маску 255.255.255.0

Теперь необходимо назначить действительные адреса хостов интерфейсам марш-
рутизаторов и всем хостам сети. Схемы выбранных адресов приведены в табл. 11.

Таблица 11