Галкин В.А., Аксенов А.Н., Антонов А.И. - Методические указания к лабораторным работам, страница 12

Контрольные вопросы.1. Сетевое оборудование и его функции.2. Стек протоколов TCP/IP.3. Отличие между различными стандартами сетей Ethernet.1024. Формат кадров в сети Ethernet.5. Сети wi-fi – основные стандарты и принципы работы.6. Назначение шлюза.7. Маршрутизация.8. Эталонная модель OSI/ISO.4.8. Варианты заданий.ВариантABCDE12342345345645639978102895678678974948352262332349101172434656848363112131415161718196841357284635734513572461357246835724684202122425658883536269232425836369694947473103Лабораторная работа №8 и №9.«Исследование протоколов сетевого и транспортногоуровней IP-сетей с помощью анализатора протоколов».5.1.

Цель лабораторных работ.Развитие практических навыков работы с протоколами стека ТСР/IPи исследование возможностей протоколов ICMP, UDP, TCP.5.2. Необходимое оборудование.Аппаратные требования•IBM - совместимый ПК в составе сети Интернет.•128 Мбайт оперативной памяти•5 Мбайт свободного места на HDD•Используемый шлюз в Интернет должен пропускать ICMP, TCP иUDP трафик.Программные требованияЛабораторная работа выполняется с помощью любых средстванализа сетевого трафика, в том числе с помощью встроенных средств ионлайн-сервисов.

Рекомендованными средствами являются:•Пакетный анализатор Wireshark http://www.wireshark.org/•Сетевой анализатор NetInfo http://netinfo.tsarfin.com/5.3. Теоретическая часть.Протоколы - это правила работы программного обеспечения.Стек протоколов - набор взаимодополняющих и тесно связанныхдруг с другом протоколов.Термин "стек протоколов" происходит из концепции представлениясети в виде вертикально расположенных уровней и сложенных в стек104протоколов и относится к любой комбинации сетевых уровней исоответствующих протоколов.Внастоящейлабораторнойработепредметомисследованийявляется стек протоколов TCP/IP – наиболее распространенныйиявляющийся основным в сети Интернет.IP (Internet Protocol) - протокол межсетевого взаимодействия,является протоколом сетевого уровня модели OSI и отвечает заперемещение данных между сетевыми компьютерами в Интернет.ТСР(Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей,который перемещает данные между прикладными программами.UDP(UserDatagramProtocol)-протоколпользовательскихдейтаграмм, который также перемещает данные между приложениями.Он - более простой и менее надежный, чем ТСР.ICMP (Internet Control Message Protocol) - протокол управляющихсообщений Интернет, который управляет сетевыми сообщениями обошибках и другими ситуациями, требующими вмешательства сетевыхпрограмм.Схема движения данных.Данные по сети передаются в три этапа:•Информация должна пройти между приложениями и сетью.

Этопуть сквозь стек протоколов вниз к транспортному уровню.•Определение сетью адреса получателя данных.•Маршрутизация данных и прохождение данных сквозь стекпротоколов вверх к сетевому приложению.Схема движения данных пользователя представлена на рис. 5.1.105Рис.

5.1. Схема движения данных пользователя.Протокол IPФормат IP-дейтаграммы и поля заголовка представлены на рис.5.2.Рис. 5.2. Формат IP-дейтаграммы и поля заголовка.106Поля IP - протокола.НомерверсииVERS.ПротоколIPпостоянноразвивается,необходимо знать, номер версии, чтобы правильно интерпретироватьдейтаграмму.Длина заголовка (HLEN) в 32 разрядных словах. Чаще всегодлина IP-заголовка равна 20 байтам, поэтому данное поле обычносодержит число 5 (0101).Тип сервиса (TOS).

Поле "тип сервиса" разделено на 5 подразделов(рис.5.3).Рис. 5.3. Формат поля TOS.Первоетрехразрядноесубполеприоритет(precedence)редкоприменяется на практике. Последнее безымянное одноразрядное субполевсегда содержит 0. Между ними находятся четыре одноразрядныхсубполя, которые и называют собственно битами TOS. Каждому изчетырех битов TOS сопоставлен определенный критерий доставкидейтаграмм: минимальная задержка, максимум пропускной способности,максимум надежности и минимум стоимости.

Только один бит TOS можетбыть установлен в 1. По умолчанию все четыре бита равны 0, что означаетотсутствие особых требований, то есть обычный сервис.Длина пакета. Поле "длина пакета" задает длину IP-пакета, включаясам заголовок. Если локальная сеть построена по технологии Ethernet,уровень соединения инкапсулирует IP-дейтаграммы в кадры Ethernetперед передачей их в Интернет. Спецификация Ethernet ограничиваетдлину пакета до 1500 байтов.Идентификатор.

Наличие этого поля обусловлено фрагментациейпакетов в Интернет. Сетевые компьютеры используют поле с цельюоднозначнойидентификациикаждогопосланногофрагментадля107дейтаграммы, к которой он относится.Флагиисмещение.Информация,содержащаясявполяхидентификации флагов и смещения фрагмента позволяет правильнособрать фрагментированный пакет.Время существования (TTL). Время существования определяет«время жизни» пакета в сети и не дает пакету возможность быть вечнымскитальцем.Протокол. Поле «протокол» в IP-заголовке указывает на протоколисточник данных, инкапсулированных в IP-дейтаграмму.Контрольная сумма заголовка. Поле контрольной суммы в IPзаголовке содержит 16-ти битное число, являющееся контрольнойсуммой только для IP-заголовка.IP-адресисточникаиполучателя.32-битноеполе«адресисточника» содержит IP-адрес компьютера - отправителя данных (вернееадрес его сетевого интерфейса).Адрес получателя.

Адрес получателя является 32-битным адресомпункта назначения пакета. В случае широковещательной передачи онсостоит из единиц.Опции IP. Это поле позволяет тестировать разнообразные сетевыеприложения.Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP)UDP-протокол умеет распознавать то приложение среди многих,работающих внутри компьютера, которому предназначены данные.

Какправило, сеть назначает таким приложениям определенный номер порта.UDP пользуется дейтаграммами для доставки данных. Точно так же, какIP прицепляет к данным IP-заголовок, UDP прицепляет к ним UDPзаголовок, структура которого представлена на рис.4.108Рис. 5.4. Структура UDP – заголовка.Длина UDP-заголовка - восемь байтов. Поля портов состоят из 16битных целых чисел, представляющих номера портов протоколов.

Поле"порт-источник"содержитномерпорта,которымпользуетсяприложение-источник данных. Поле "порт-получатель" соответственноуказывает на номер порта приложения-получателя данных. Поле "длинасообщения" определяет длину (в байтах) UDP-дейтаграммы, включаяUDP-заголовок. Наконец, поле "контрольная сумма", в отличие отконтрольной суммы IP-заголовка, содержит результат суммирования всейUDP-дейтаграммы, включая ее данные, область которых начинается сразупосле заголовка.Модуль UDP отслеживает появление вновь прибывших дейтаграмм,сортирует их и распределяет в соответствии с портами назначения.Протокол TCPПротокол Транспортного уровня модели OSI служит для передачиданных между сетевым и прикладным уровнями сетевой модели. TCPпризван обеспечивать надежную, потоковую, ориентированную насоединение службу доставки данных.TCP пытается оптимизировать пропускную способность сети, то естьувеличивает производительность доставки пакетов в Интернет.

Для этогоон динамически управляет потоком данных в соединении. Если буферприемника данных переполняется, TCP просит передающую сторонуснизить скорость передачи.Данные TCP всегда переносит IP, то есть данные TCP всегда109упаковываются в IP-дейтаграммы.ДляобеспеченияпоследовательностинадежнойданныхвпотокедоставкиTCPиправильнойпользуетсяпринципскользящего окна и тайм-аута. Принцип скользящего окна позволяетпослать несколько сообщений и только потом ожидать подтверждения.ТСР накладывает окно на поток данных, ожидающих передачи, ипередает все данные, попавшие в окно.

Приняв подтверждение одоставке всех данных, ТСР перемещает окно дальше по потоку и передаетследующие попавшие в него сообщения. Работая сразу с несколькимисообщениями, ТСР может одновременно "выставить" их на сетевой канали только потом ожидать прихода подтверждения. Метод скользящегоокна значительно увеличивает производительность соединения, а такжеэффективность циклов обмена сообщениями и подтверждениями об ихдоставке.015Порт источника 16 бит1631Порт назначения 16 битПозиционный номер 32 битаКвитанция 32 битаДлинаРезерв 16 битзаголовка4 битаКонтрольная сумма 16 битФлагиРазмер окнаприема 16 битУказатель границы срочных данных16 битОпции (если таковые имеются)Данные (если таковые имеются)Рис.5.5. Формат заголовка сегмента TCP.ТСР регулирует полосу пропускания сети, договариваясь с другойстороной о некоторых параметрах данных.

Причем процесс регулировки110происходит напротяжениивсегосоединенияТСР. Вчастности,регулировка заключается в изменении размеров скользящего окна. Еслисетьзагруженанесильноивероятностьстолкновенияданныхминимальна, ТСР может увеличить размер скользящего окна. При этомскорость выдачи данныхнаканал увеличиваетсяи соединениестановится более эффективным.Если, наоборот, вероятность столкновения данных велика, ТСРуменьшает размер скользящего окна.Как правило, модуль ТСР передает несколько сегментов, прежде чемскользящее окно заполнится целиком.

Большинство систем в Интернетустанавливают окно равным по умолчанию 4096 байтам. Иногда размерокна равен 8192 или 16384 байтамЗаголовок сегмента TCP представлен на рис.5. Обычно (приотсутствии опций) заголовок имеет размер 20 байтов. Напомним, чтопередаваемый TCP – сегмент с данными инкапсулируется в IP –дейтаграмму.Номера портов источника и назначения (source port number иdestinationportnumber)идентифицируютвзаимодействующиеприложения.Позиционный номер (sequence number) сегмента указывает томесто в потоке данных от источника до конечного получателя, котороезанимает первый байт содержащихся в этом сегменте данных.

Вначальномсегменте,посылаемомприустановлениисоединения,присутствует флаг SYN, а в поле позиционный номер содержится такназываемый начальный позиционный номер ISN(initial sequence number),выбранный данным хостом для этого нового соединения. Первому байтуданных, переданному хостом по новому соединению, будет присвоенпозиционный номер, равный ISN+1. Такой сдвиг в нумерации краткоформулируется правилом: флаг SYN поглощает одну позицию.В поле квитанция (acknowledgement - ACK) передающей стороне111сообщается позиционный номер следующего в потоке данных сегмента,ожидаемого принимающей стороной. Это число всегда на единицубольше номера последнего успешно принятого байта.Поле размер заголовка (header length) необходимо, поскольку взаголовке далее могут следовать поля опций переменной длины.Записанная в этом поле константа означает число отводимых подзаголовок 32-разрядных слов, и, следовательно, длина заголовка непревышает 60 байтов.