Разработка единой компьютерной сети передачи данных на базе технологии Ethernet и протокола IP

 

 

 

 

 

 

 

Назначение	H5	H6	Резерв	…………………………….	Резерв	Широковещ. адрес сети
Двоичная нотация	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0011 0110	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0011 0111	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0011 1000	…………………………………………………	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0011 1110	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0011 1111
Пул IP- адресов	172.16.0.54	172.16.0.55	172.16.0.56	…………………..	172.16.0.62	172.16.0.63
Подсеть Sh	Sh4

 

 

 

 

 

 

 

 

5.  План IP-адресации подсетей маршрутизаторов SR

 

 

Рассуждая таким же образом, как и при решении задания в предыдущем пункте составим план адресации для подсетей маршрутизаторов SR.

В соответствии с заданием, для адресации подсетей SR выделено адресное пространство сети 10.3.0.0/24. Данное пространство позволяет выделить порядка 256 IP-адресов (32-24 = 8 бит, 2^8 = 256). Сеть 10.3.0.0/24 использует 2 байта для адресации сети, 2 байта свободны. Запись сети в двоичной нотации будет иметь вид:

 

          10.3.0.0 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0000

255.255.255.0 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

 

По расширенному графу сети ЕСПД известно, что маршрутизация пакетов между любыми подсетями обеспечивается при наличии 5 IP-подсетей.

Каждая подсеть маршрутизаторов SR объединяет 2 маршрутизатора. Для адресации 2 маршрутизаторов в каждой подсети SR достаточно 1 бита (2^1 = 2). Однако, учитывая наличие адреса сети и широковещательного адреса, узлы останутся неадресуемыми. Следовательно, необходимо использовать 2 бита, которые позволят адресовать 4 адреса (2^2 = 4 IP-адресов).

Используя нотацию CIDR и непрерывное выделение блоков IP-подсетей, выделим 5 IP-подсетей с 4 доступными IP-адресами в каждой подсети. Напомним, что первые 2 байта сети 10.3.0.0/24 не изменны, а для выделения подсетей можно использовать только 2 байта. Применим маску подсети длиной 28 бит (32-4 = 28 бит для адресации сети, 4 бита для адресации маршрутизаторов). Запись первой IP-подсети в двоичной нотации будет иметь вид:

 

              10.3.0.0 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0000

255.255.255.252 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100

 

В соответствии с маской, сеть имеет следующие IP-адреса (изменяются два младших бита):

 

10.3.0.1 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0001

10.3.0.2 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0010

 

Широковещательный адрес сети 10.3.0.0 /28

 

10.3.0.3 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0011

 

Следующая IP-подсеть будет иметь адрес 10.3.0.4/28, или в двоичной нотации:

 

              10.3.0.4 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0100

255.255.255.252 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100

 

 

 

 

10.3.0.5 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0101

10.3.0.6 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0110

 

Широковещательный адрес сети 10.3.0.4/28

 

10.3.0.7 – 0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0111

 

И т.д.

 

 Последующие три сети находятся аналогичным образом.

Доступный пул IP-адресов в двоичной и десятичной нотации для каждой из 5 подсетей SR приведен в таблице 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение		Адрес подсети		Маска подсети		R1, интерфейс 2		R2, интерфейс 2		Широковещ. адрес сети		Адрес подсети		Маска подсети		R2, интерфейс 3		R4, интерфейс 3		Широковещ. адрес сети			Адрес подсети		Маскатподсети		R4, интерфейс 2		R3, интерфейс 2		Широковещ. адрес сети		Адрес подсети			Маскатподсети		R3, интерфейс 3		R1, интерфейс 3		Широковещ. адрес сети		Адрес подсети			Маскатподсети		R1, интерфейс 4		R4, интерфейс 4		Широковещ. адрес сети
Двоичная нотация		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0000		1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0001		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0010		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0011		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0100		1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0101		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0110		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0111			0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1000		1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1001		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1010		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1011		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1100			1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1101		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1110		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 1111		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0001 0000			1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0001 0001		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0001 0010		0000 1010.0000 0011.0000 0000.0000 0011
Пул IP- адресов	10.3.0.0		255.255.255.252		10.3.0.1		10.3.0.2		10.3.0.3		10.3.0.4		255.255.255.252		10.3.0.5		10.3.0.6		10.3.0.7			10.3.0.8		255.255.255.252		10.3.0.9		10.3.0.10		10.3.0.11		10.3.0.12			255.255.255.252		10.3.0.13		10.3.0.14		10.3.0.15		10.3.0.16			255.255.255.252		10.3.0.17		10.3.0.18		10.3.0.19 172.29.96.53
Подсеть Sr	Sr1										Sr2										Sr3													Sr4											Sr5

 

 

 

 

6.  Таблицы маршрутизации сети ЕСПД

 

 

Выполнив задачи адресации подсетей и имея схему графа сети, можно приступить к наполнению таблиц маршрутизации маршрутизаторов R сети ЕСПД. Таблицы маршрутизации наполняются статическими записями и приведены в таблице 3.

 

                               Таблица 3: Информация о маршрутах узлов в подсетях

 

Маршрутизатор	Сеть назначения/маска	Шлюз	Метрика
R1	10.3.0.0/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.12/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.16/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.4/255.255.255.252	10.3.0.2	1
	10.3.0.4/255.255.255.252	10.3.0.18	2
	10.3.0.8/255.255.255.252	10.3.0.13	1
	10.3.0.8/255.255.255.252	10.3.0.18	2
	172.16.0.0/255.255.255.240	Прямое подключение	-
	172.16.0.0/255.255.255.240	10.3.0.13	1
R2	10.3.0.0/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.4/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.8/255.255.255.252	10.3.0.6	1
	10.3.0.12/255.255.255.252	10.3.0.1	1
	10.3.0.16/255.255.255.252	10.3.0.1	1
	10.3.0.16/255.255.255.252	10.3.0.6	2
	172.16.0.16/255.255.255.240	Прямое подключение	-
	172.16.0.0/255.255.255.240	10.3.0.6	1
	172.16.0.0/255.255.255.240	10.3.0.1	1
R3	10.3.0.8/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.12/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.0/255.255.255.252	10.3.0.14	2
	10.3.0.4/255.255.255.252	10.3.0.9	1
	10.3.0.16/255.255.255.252	10.3.0.14	1
	10.3.0.16/255.255.255.252	10.3.0.9	1
	172.16.0.32/255.255.255.240	Прямое подключение	-
	172.16.0.0/255.255.255.240	10.3.0.14	1
R4	10.3.0.4/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.8/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.16/255.255.255.252	Прямое подключение	-
	10.3.0.0/255.255.255.252	10.3.0.17	1
	10.3.0.0/255.255.255.252	10.3.0.5	1
	10.3.0.12/255.255.255.252	10.3.0.10	2
	10.3.0.12/255.255.255.252	10.3.0.17	1
	172.16.0.48/255.255.255.240	Прямое подключение	-
	172.16.0.0/255.255.255.240	10.3.0.10	1

 

 

 

 

 

 

  7.  Решение задачи о маршрутизации пакета

 

 

В качестве исходных данных для решения данной задачи выберем узел отправителя H2 с IP-адресом 172.16.0.19, из подсети Sh2 - 172.16.0.16/28. Узлом назначения произвольно назначим рабочую станцию H1 с IP-адресом 172.16.0.50 из подсети Sh4 - 172.16.0.48/28.

В соответствии с заданием покажем, что сетью отправителя действительно является указанная сеть Sh2, произведя умножение IP-адреса отправителя и маски подсети отправителя:

 

        172.16.0.19 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0001 0011

255.255.255.240 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000

        172.16.0.16 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0001 0000

 

Действительно IP-адрес принадлежит указанной сети.

Наложим маску подсети на IP-адрес отправителя и проверим не принадлежит ли этот IP-адрес той же сети:

 

         172.16.0.50 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0010

 255.255.255.240 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000

        172.16.0.48 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0000

 

IP-адрес получателя принадлежит другой сети. Т.о. подсеть отправителя и подсеть получателя не совпадают, следовательно, необходимо маршрутизировать пакет.

 

 

8. Решение задачи отображения адресов на сетевом и канальном уровнях

 

 

В соответствии с условиями задания, выберем две произвольные подсети рабочих станций, узлы которых участвуют в обмене информацией. В качестве исходных подсетей и пользуем подсети Sh1 и Sh2. Они в полной степени соответствуют условию, согласно которому подсети должны быть расположены на расстоянии, разделенном двумя маршрутизаторами R.

Для выбранных подсетей создадим таблицу, содержащую сведения о портах коммутатора SW и физических (канальных) адресах узлов каждой отдельной подсети. Канальные адреса имеют произвольные значения. Однако необходимо учитывать размер MAC-адреса сети Ethernet (6 байт). Перечень узлов выбранных подсетей приведен в таблице 4.

 

 

 

 

 

 

 

                   Таблица 4: MAC-адреса узлов подсетей рабочих станций Sh1 и Sh2

 

Подсеть Sh	Коммутатор SW	Порт	Адрес канального уровня	Узел
Sh1	SW1	1	00:0A:F3:A8:68:01	R1
		2	00:09:7C:98:A3:82	H1
		3	00:10:11:01:AA:E5	H2
		4	00:01:96:80:79:82	H3
		5	00:01:63:8A:47:56	H4
		6	00:01:97:3C:92:39	H5
		7	00:06:2A:75:E0:A0	H6
		8	00:00:00:00:00:00	Резерв
Sh2	SW2	1	00:90:21:55:19:01	R2
		2	00:09:7C:13:58:4A	H1
		3	00:D0:97:00:9C:77	H2
		4	00:0D:BD:E6:6C:A5	H3
		5	00:07:EC:5C:25:31	H4
		6	00:05:5E:34:32:06	H5
		7	00:0C:CF:05:60:A4	H6
		8	00:D0:D3:E7:50:15	H7
		9	00:00:00:00:00:00	Резерв

 

Заполнив таблицу с исходными данными можно приступить к последовательному выполнению заданий.

 

 8.1  Локальный сегмент

 

Первая часть задания состоит в рассмотрении сценария, согласно которому выполняется разрешение адресов сетевого уровня на адреса канального уровня узлов, расположенных в одной подсети. Узлы выбираются произвольно.

Заполним поля двух псевдозаголовков фрейма канального уровня при разрешении IP-адреса на соответствующий МАС-адрес рабочей станции H6 (узел назначения) в подсети SH1. Запрос на разрешение выполняет рабочая станция H3 (узел отправления).

Исходя из ранее выполненных заданий известно, что IP-адрес узла H6 в подсети SH1 равен 172.16.0.23, искомый MAC-адрес рабочей станции (в соответствии с таблицей 4) равен 00:06:2A:75:E0:A0. IP-адрес узла H3 в подсети SH1 равен 172.16.0.20, MAC-адрес рабочей станции равен 00:01:96:80:79:82. Запрос протокола ARP в пределах подсети выполняется широковещательной рассылкой фреймов Ethernet. Заполненный фрейм запроса представлен на рисунке 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  0                                           5                                            11                                 15

FF:FF:FF:FF:FF:FF				00:01:96:80:79:82		ETHTYPE	HWTYPE
PTYPE	HLEN	PLEN	1	00:01:96:80:79:82		172.16.0.20
00:00:00:00:00:00				172.16.0.23

 

Рис. 2. Псевдозаголовок Ethernet и ARP при выполнении запроса MAC-адреса рабочей станции H6

 

 

Ответ рабочей станции H6 будет содержать фрейм Ethernet с данными протокола ARP, отправляемый непосредственно узлу H3. Заполненный фрейм ответа узла H6 вместе с псевдозаголовком Ethernet представлен на рисунке 3.

 

0                                           5                                            11                                  15

00:01:96:80:79:82				00:06:2A:75:E0:A0		ETHTYPE	HWTYPE
PTYPE	HLEN	PLEN	2	00:06:2A:75:E0:A0		172.16.0.23
00:01:96:80:79:82				172.16.0.20