Лабораторная работа

МЕТОДЫ АДРЕСАЦИИ УЗЛОВ СЕТИ. АДРЕСАЦИЯ СТЕКА TCP/IP

Категория:

Лабораторная работа

Дисциплина:

Компьютерные сети

Город:

Беларусь, Минск

Учебное заведение:

БНТУ, ФИТР

Стоимость работы:

2 руб.

Оценка: 10
Объем страниц: 16
Год сдачи: 2020
Дата публикации: 18.12.2020

Фрагменты для ознакомления

Лабораторная работа № 4.

МЕТОДЫ АДРЕСАЦИИ УЗЛОВ СЕТИ. АДРЕСАЦИЯ СТЕКА TCP/IP

 

Цель работы:

Изучить методы адресации узлов, используемые в компьютерных сетях.

Изучить основные концепции адресации IPv4 и IPv6: структуру IPv4 и IPv6-адреса, понятие и функции маски, диапазоны IP-адресов, принципы создания подсетей, понятие маршрутизации, типы IPv6-адресов, основные технологии перехода на IPv6.

 

Постановка задачи: 

1. Изучить основные теоретические вопросы, используя материалы лекций, рекомендуемую литературу и методические указания к лабораторной работе:

  • методы адресации узлов сети;
  • физические адреса;
  • структура и диапазоны IPv4-адресов;
  • использование масок, разбиение на подсети;
  • структура IPv6;
  • виды IPv6;
  • технологии перехода на IPv6.

2. Выполнить задания по лабораторной работе.

3. Ответить на контрольные вопросы.

4. Подготовить отчет по лабораторной работе.

 

Ход выполнения работы:

Упражнение 1. Какие из данных адресов не могут быть использованы в качестве IP-адреса конечного узла сети, подключенной к Internet? Обоснуйте ответ.

1) 0.0.0.0 означает все сетевые интерфейсы данного узла или шлюз по умолчанию (default gateway).

2) 127.0.0.1 - зарезервирован как адрес обратной связи. Если пользователь передаёт сообщение на адрес 127.0.0.1, оно должно вернуться к нему, если не произойдет сбоев в программном обеспечении. Сообщения с этим адресом не выходят из сети, а остаются на компьютере, на котором работает программа протокола IP.

3) 169.254.240.13/16 - по умолчанию в случае недоступности DHCP-сервера всем сетевым подключениям назначаются адреса APIPA, частные адреса (Automatic Private IP Addressing) расположеные в диапазоне от 169.254.0.1 до 169.254.255.254. Маска подсети 255.255.0.0.

4) 226.4.37.105 – групповой IP-адрес. Значение первого октета у групповых адресов от 224-х и выше.

5) 103.24.254.0/8 - может быть использован в качестве IP-адреса конечного узла сети.

6) 154.12.255.255/16 - направленного широковещания для сети 154.12.xxx.xxx. Направленные широковещательные адреса обеспечивают мощный механизм, позволяющий удаленному устройству посылать одну IP -дейтаграмму, которая будет доставлена в режиме широковещания в указанную сеть.

7) 255.255.255.255 - используется для ограниченных широковещательных сообщений (limited broadcast).

8) 172.16.12.1 - зарезервированные частный IP-адрес администрацией IANA.

9) 204.0.3.1 - может быть использован в качестве IP-адреса конечного узла сети.

10) 193.256.1.16 – не входит в диапазон адресов (256> 255).

11) 194.87.45.0/24 - обозначает пул адресов (в поле номер узла все нули). 

12) 195.34.116.255/24 - используется для направленных широковещательных сообщений (broadcast или multicasting).

13) 161.23.45.305 – не входит в диапазон адресов (305> 255).

 

Упражнение 2. Определение максимального количества узлов подсети.

По IP-адресу узла и маске подсети определите номер подсети и номер узла. Какое максимальное число узлов может быть в данной подсети? Записать значения в двоичном и десятичном виде.

№ п/п

IP-адрес узла 

и маска подсети

Номер подсетиНомер узлаМаксимальное число узлов
13

131.107.100.48/28

 

131.107.100.480.0.0.0-2 = 14
14

206.73.118.12 маска 255.255.255.252

206.73.118.120.0.0.0-2 = 2

 

Упражнение 3. Определение маски подсети по количеству компьютеров

Каждое значение в левом столбце нижеприведенной таблицы соответствует количеству компьютеров, которое должна поддерживать данная сеть. В правом столбце укажите маску подсети, адресное пространство которой может поддерживать эти компьютеры. 

№п/пКоличество сетевых узловМаска подсети
72000/21 или 255.255.248.0

 

Упражнение 4. По заданному IP-адресу и необходимому количеству подсетей N определить: 

- маску для разбиения на подсети; 

- список возможных IP-адресов подсетей; 

- максимальное количество узлов в каждой подсети; 

- минимальный и максимальный IP-адреса для каждой подсети.

Варианты: 

1) IP= 192.150.148.0/24; N = 6

Маска Максимальное количество IP-адресов в подсетиМинимальный IP-адрес в подсетиМаксимальный IP-адрес в подсети

255.255.255.224

192.150.148.0

192.150.148.32

192.150.148.64

192.150.148.96

192.150.148.128

192.150.148.160

192.150.148.192

192.150.148.224

30

192.150.148.1

192.150.148.33

192.150.148.65

192.150.148.97

192.150.148.129

192.150.148.161

192.150.148.193

192.150.148.225

 

192.150.148.30

192.150.148.62

192.150.148.94

192.150.148.126

192.150.148.158

192.150.148.190

192.150.148.222

192.150.148.254

Упражнение 5. Чтение результатов ipconfig

Упражнение 6. Проверка локального IPv6-адреса канала с помощью команды ping

Упражнение 7. Назначение уникального локального адреса

 

Вывод:

       В данной лабораторной работе я изучил методы адресации узлов, используемые в компьютерных сетях. И также изучил основные концепции адресации IPv4 и IPv6: структуру IPv4 и IPv6-адреса, понятие и функции маски, диапазоны IP-адресов, принципы создания подсетей, понятие маршрутизации, типы IPv6-адресов, основные технологии перехода на IPv6.

 

Контрольные вопросы 

1. Какие требования предъявляются к адресу узла сети? 

  • Адрес должен уникально идентифицировать компьютер в сети любого масштаба. 
  • Схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов.
  • Адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей. В крупных сетях отсутствие иерархии адресов может привести к большим издержкам - конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется оперировать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей.
  • Адрес должен быть удобен для пользователей сети, т.е. должен иметь символьное представление. 
  • Адрес должен иметь по возможности компактное представление, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры - сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т. п. 

 

2. Что такое адресное пространство? Приведите пример плоского и иерархического адресного пространства. 

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством

Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) (рис. 1) или иерархическую (рис. 2) организацию.

В первом случае множество адресов никак не структурировано. 

При иерархической схеме адресации оно организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов определяют отдельный сетевой интерфейс.

При плоской организации множество адресов никак не структурировано. Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях.

Для работы в больших сетях символьное имя может иметь иерархическую структуру, например ftp-arch1.ucl.ac.uk. Этот адрес говорит о том, что данный компьютер поддерживает ftp-архив в сети одного из колледжей Лондонского университета (University College London – ucl) и эта сеть относится к академической ветви (ас) Интернета Великобритании (United Kingdom – uk). 

 

3. Какие методы адресации используются в компьютерных сетях? Приведите примеры адресов каждого типа. 

Наибольшее распространение получили три схемы адресации узлов (три типа адресов): 

- локальные адреса; 

- числовые составные адреса; 

- символьные адреса или имена. 

Для преобразования адресов из одного типа в другой используются специальные протоколы, которые называют протоколами разрешения адресов.

Для того, чтобы компьютеры могли идентифицировать друг друга в информационно-вычислительной сети, им присваиваются явные адреса. Основными типами адресов являются следующие:

  • MAC-адрес(00-01-E3-С7-33-B2);
  • IP-адрес(46.216.168.173);
  • доменный адрес(gov, mil, edu, com, net);
  • URL(http://astra.net.ru/master/index.html).

 

4. Как можно классифицировать адреса по количеству адресуемых сетевых интерфейсов? 

 По количеству адресуемых сетевых интерфейсов адреса можно классифицировать следующим образом:

- Одноадресный тип или уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов (физический интерфейс между компьютером и сетью) конечного узла или маршрутизатора; позволяет пересылать сообщения в одну точку (на один конечный узел сети). 

- Групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, данные доставляются каждому из интерфейсов, входящих в группу; позволяет пересылать сообщения группе произвольно расположенных узлов. 

- Широковещательный адрес (broadcast) используется для доставки данных всем узлам подсети; 

- Адрес произвольной рассылки (anycast) задает группу интерфейсов, но данные должны быть доставлены не всем, а одному члену группы, как правило, «ближайшему» (новый тип адреса, определен в протоколе IPv6). Назначается только интерфейсам маршрутизатора.

 

5. Приведите пример протокола разрешения адресов, использующего централизованный подход, распределенный подход. 

Проблема установления соответствия между адресами различных типов, которой занимается служба разрешения имен, может решаться централизованными или распределенными средствами. В случае централизованного подхода в сети выделяется один компьютер (сервер имен), в котором хранится таблица соответствия друг другу имен различных типов, например, символьных имен и числовых номеров. Все остальные компьютеры обращаются к серверу имен, чтобы по символьному имени найти числовой номер компьютера, с которым необходимо обменяться данными. Наиболее известной службой централизованного разрешения имен является служба Domain Name System (DNS) сети Internet.

При распределенном подходе, каждый компьютер сам решает задачу установления соответствия между именами. Недостатком распределенного подхода является необходимость рассылки широковещательных сообщений - такие сообщения перегружают сеть, так как они требуют обязательной обработки всеми узлами, а не только узлом назначения. Поэтому распределенный подход используется только в небольших локальных сетях. Для крупных сетей характерен централизованный подход. Пример использования распределенного подхода – протокол разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol), используемый стеком TCP/IP для преобразования IP-адреса в аппаратный адрес.

 

6. Что такое локальный адрес? Какая форма записи используется для MAC-адресов? Какой аппаратный адрес используется для широковещательной передачи? 

Локальный адрес – такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной сети.

Аппаратный адрес принято записывать в 16-ричном виде, разделяя байты с помощью “-“. Например: 11-АО-17-3D-ВС-01 - MAC-адрес сетевого адаптера Ethernet.

Аппаратный адрес получателя равен FFFFFFFFFFFF — адрес широковещательной рассылки МАС-уровня, который отслеживается всеми станциями сети.

 

7. Сколько уровней иерархии в IPv4-адресе? Из каких логических частей он состоит? Что такое сетевой префикс? Может ли конечный узел иметь несколько IP-адресов? 

Изначально IPv4-адрес имел два уровня иерархии: идентификатор сети и идентификатор узла. Каждой организации выдавался IPv4-адрес из нужного диапазона (А, В или С) в зависимости от текущего числа компьютеров и его планируемого увеличения.

Для более эффективного использования адресного пространства были внесены изменения в существующую классовую систему адресации. В RFC 950 была описана процедура разбиения сетей на подсети, и в структуру IPv4-адреса был добавлен еще один уровень иерархии – подсеть (subnetwork). Появление еще одного уровня иерархии не изменило самого IPv4-адреса, он остался 32-разрядным, а часть адреса, отведенная ранее под идентификатор узла, была разделена на 2 части – идентификатор подсети и идентификатор узла (рис. 3).

IDсети + IDподсети = расширенный сетевой префикс.

Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

 

8. Что такое маска подсети? Как записываются маски и для чего они используются? Что такое VLSM? 

Маска – это 32-разрядное двоичное число, которое используется в паре с IP-адресом и содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети.

Маска может быть указана в точечно-десятичной нотации, либо как десятичное число после косой черты вслед за IP-адресом. 

Например, маска подсети /16 в представлении с разделительными точками выглядит как 255.255.0.0, а маска подсети /24 - как 255.255.255.0.

Маска переменной длины (Variable-Length Subnet Mask (VLSM)) позволяет организации использовать более одной маски подсети внутри одного и того же сетевого адресного пространства. Реализацию VLSM часто называют «подсети на подсети».

 

9. Как называется адрес 255.255.255.255? Какие узлы получат информацию по такому адресу назначения? Что такое направленное широковещательное сообщение? Почему в сетях TCP/IP широковещательный шторм ограничен?

255.255.255.255 - глобальный широковещательный адрес. Информацию по такому адресу назначения получают узлы, которые находятся в пределах той сети, где находится отправитель.

Направленный широковещательный запрос может передаваться либо на сетевой адрес, либо на сетевой широковещательный адрес.

Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.

С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.

 

10. Перечислите возможные пути преодоления дефицита IP-адресов. 

4 варианта решения проблемы дефицита IP адресов:

  • использование подсетей
  • применение специальных диапазонов номеров для сетей, изолированных от Internet
  • использование техники бесклассовой маршрутизации CIDR
  • переход на версию IPv6

 

11. Чем отличаются адреса IPv6? Какова их форма записи? 

Вместо 32-битовых адресов версии IPv4 в версии IPv6 используются 128-битовые. Адресное пространство IPv6 обеспечивает 2128, или 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 (3.4х1038) уникальных адресов.

IPv6-адреса состоят из восьми блоков по четыре шестнадцатиричных цифры в каждом. Каждый блок отделяется двоеточиями. Пример полного IPv6-адреса: 

2001:00В8:3FA9:0000:0000:0000:0003:9С5А 

IPv6-адрес можно сократить, исключив все незначащие нули в блоках. Таким образом, предыдущий адрес можно сократить до такого: 

2001:DB8:3FA9:0:0:0:D3:9С5А 

Затем этот адрес можно еще более сократить, заменив все смежные нулевые блоки двойным двоеточием (::). В отдельном IPv6-адресе это можно сделать только один раз: 

2001:DB8:3FA9::D3:9С5А

Для одноадресных типов IPv6 не поддерживает идентификаторы подсетей переменной длины, а число битов, используемых для идентификации сети одноадресного типа IPv6-адpeca, всегда равно 64 (первая половина адреса). Поэтому для представления одноадресных типов IPv6 нет необходимости указывать маску подсети, поскольку компьютеры распознают идентификатор /64. 

IPv6-адpeca используют сетевые префиксы, выражаемые в представлении с косой чертой, однако лишь для описания маршрутов и диапазонов адресов, а не для указания ID сети. Например, в таблице маршрутизации IPv6 можно встретить такую запись: 2001:DB8:3FA9::/48. 

В отличие от IPv4, версия IPv6 не использует широковещание в сети. Вместо широковещания в IPv6 применяется многоадресная или групповая передача.

 

12. На какие типы делятся IPv6-адреса? Для чего применяется ID-зоны в канальных IPv6-адресах? Перечислите возможные состояния IPv6-адреса.

Версия IPv6 описывает три типа адресов: глобальные адреса, канальные и уникальные локальные адреса. 

Глобальные IPv6-адреса (GA) аналогичны публичным адресам в сетях IPv4 и используются для области IPv6 Интернета. Для глобальных адресов в настоящее время применяется префикс 2000::/3, который преобразуется в стандартное шестнадцатеричное значение первого блока между 2000 и 3FFF. Например, 2001:db8:21da:7:713e:a426:dl67:37ab. 

Канальные адреса (Link-Local Address, LLA) аналогичны автоматически назначаемым частным адресам APIPA (Automatic Private IP Addressing) в IPv4 (например, 169.254.0.0/16). Они конфигурируются самостоятельно и могут использоваться лишь для коммуникаций в локальной подсети. Но, в отличие от адреса APIPA, канальный адрес LLA назначается интерфейсу как вспомогательный даже после получения маршрутизируемого адреса для этого интерфейса. Канальный адрес LLA всегда начинается с fe80. Пример канального адреса - fe80::154d:3cd7:b33b: 1bc 1 % 13 

Уникальные локальные адреса (Unique Local Address, ULA) в IPv6 аналогичны частным адресам в IPv4 (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16). Эти адреса маршрутизируются между подсетями в частной сети и не маршрутизируются в общественном Интернете. Они позволяют создавать комплексные внутренние сети. Такие адреса начинаются с fd, как, например, локальный уникальный адрес fd65:9abf:efb0:0001::0002.

Идентификаторы зон назначаются относительно компьютера, отправляющего сообщение. Чтобы проверить связь с канальным адресом соседнего компьютера с помощью команды ping, нужно указать адрес соседней машины вместе с идентификатором зоны сетевого адаптера на вашем компьютере, который подключен к соседнему компьютеру.

Узлы IPv6, как правило, автоматически конфигурируют IPv6-адpeca, взаимодействуя с IPv6-маршрутизатором. В течение короткого промежутка времени между первым назначением адреса и проверкой его уникальности адрес называется пробным. Компьютеры исфпользуют обнаружение дубликатов адресов, чтобы идентифицировать другие компьютеры с тем же IPv6-адресом, отправляя запрос обнаружения соседей (Neighbor Solicitation) с предварительным адресом. Если какой-либо компьютер ответил на запрос, адрес считается недействительным. Если на запрос не ответил ни один компьютер, адрес считается уникальным и действительным. Действительный адрес называется основным в течение срока действия, назначенного маршрутизатором или в автоматической конфигурации. По истечении этого жизненного цикла действительный адрес считается устаревшим. В существующих сеансах коммуникаций может использоваться устаревший адрес.

 

13. Какие технологии перехода на IPv6 используются в настоящее время?

Технологии перехода, включая стек TCP/IP следующего поколения (Next Generation TCP/IP) Windows, ISATAP, 6to4 и Teredo, позволяют использовать IPv6 в инфраструктуре маршрутизации, поддерживающей лишь протокол IPv4.

62