Задание на курсовую работу

на тему: "Структурная организация IP-сетей"

1. Общие положения

Основной целью данной работы является изучение основ организации IP-сетей на сетевом, транспортном и прикладном уровнях. Получение начальных навыков по настройке, моделированию и исследованию небольших ЛВС, знакомство с основами адресации и статической маршрутизации в ЛВС, а также способами реализации стека TCP/IP в локальных и корпоративных сетях.

Данная курсовая работа ориентирована на бакалавров и магистров направления "Информационные системы и технологии", изучающих дисциплины "Инфокоммуникационные системы и сети" и "Сетевые технологии". Курсовая работа включает в свой состав четыре основные раздела:

"Адресация и простейшая маршрутизации в IP-сетях".
"Статическая маршрутизация в IP-сетях".
"Транспортный уровень: протоколы TCP и UDP".
"Уровень приложений: протоколы TELNET И SNMP".

По каждому из разделов необходимо ознакомиться с теоретическими сведениями, составляющими его основу и выполнить свой вариант задания по настройке и исследованию заданной структуры IP-сети. Процесс выполнения курсовой работы следует разделить на ряд этапов:

Общее знакомство с данной темой и возможностью среды javaNetSim по моделированию IP-сетей.
Изучение основных теоретических положений в рамках тематики первого раздела.
Выполнение на основе полученных знаний своего варианта задания этого раздела (см. варианты).
Согласование полученных результатов с руководителем.
Повторение трех предыдущих этапов для заданий из разделов 2, 3 и 4.
Оформление пояснительной записки к курсовой работе (см. требования).

После оформление пояснительной записки ее надо сдать на проверку и получить допуск к защите. При подготовке к защите следует подготовиться к ответам на вопросы по теоретическим основам данной работы (Приложение 1).

2. Содержание заданий по разделам курсовой работы.

2.1. Адресация и простейшая маршрутизации в IP-сетях

Целью данного раздела является:
Изучение и практическое освоение основ MAC и IP адресации, способов разрешения физических адресов и простейшей маршрутизации в IP-сетях.
Последовательность выполнения индивидуального задания:
1. Загрузить файл или сформировать вручную структуру сети, соответствующую Вашему варианту индивидуального задания.
2. Исправить структуру сети, обеспечив корректную доставку кадров на физическом уровне. Если будет необходимо, то можно удалить некоторые узлы, сохранив и перезагрузив после этого модель сети.
3. Задать ip-адреса, маски подсети и шлюзы по-умолчанию для всех узлов сети так, чтобы обеспечить корректную доставку эхо-запроса от узла K1 к узлу K2 и эхо-ответа обратно. Обосновать выполненные установки.
4. Выполнить эхо-запрос с узла K1 на узел K2. На основе полученного результата разобраться и кратко описать последовательность прохождения пакетов по сети.
5. Добавить на узле K1 статическую ARP запись для доступа к узлу K3. Подождать устаревания ARP таблиц и выполнить эхо-запрос с K1 на K2. Объяснить результат. Выяснить, как изменяется общее количество пакетов, генерируемых на узлах сети, при пустых ARP таблицах, сразу после их динамического заполнения, а также в случае их статического заполнения на ряде узлов сети.
6. Выполнить эхо-запрос на IP-адрес 200.100.0.1 c K1. Объяснить вывод программы.
7. Выполнить эхо запросы с K1 и K2 на все узлы сети. Убедиться, что все эхо-ответы приходят.
8. Выяснить, как скажется на работе сети замена концентраторов (Hub) на коммутаторы (Switch).
В пояснительную записку необходимо включить:
Cхему сети, настройки протокола TCP/IP для все узлов сети и результаты вывода программы, полученные при выполнении описанных выше эхо-запросов.

2.2. Cтатическая маршрутизация в IP-сетях

Целью данного раздела является:
Изучение методов статической маршрутизации в IP-сетях. Получение навыков управления таблицами маршрутизации на узлах сетевого уровня.
Последовательность выполнения индивидуального задания:
1. Для всех узлов сети установить IP-адреса, маски подсетей и шлюзы по-умолчанию, чтобы добиться успешного выполнения эхо-запроса ближайших соседей (находящихся в одной подсети).
2. Настроить таблицы маршрутизации на маршрутизаторах так, чтобы добиться доставки пакетов от узла K1 к узлу K2 и обратно, от узла K2 к K3 и обратно, от узла K3 к K1 и обратно. Пакеты должны доходить до узлов кратчайшим путем
3. Настроить таблицы маршрутизации на узлах K1, K2 и K3 так, чтобы обеспечить кратчайшую доставку пакетов между этими узлами, если это невозможно было обеспечить в пункте 2.
В пояснительную записку необходимо включить:
Конфигурацию TCP/IP для каждого из узлов, таблицы маршрутизации, результаты эхо-запросов между узлами K1, K2 и K3, а также обоснование правильности и оптимальности выбранных маршрутов.

2.3. Транспортный уровень: протоколы TCP и UDP

Целью данного раздела является:
Проведение сравнительного анализа производительности протоколов TCP и UDP для заданной структуры сети, и на основе полученных результатов сделать вывод о том, какой протокол и когда предпочтительнее использовать.
Последовательность выполнения индивидуального задания:
1. В качестве схемы сети взять результат выполнения варианта задания №1. Установить коэффициенты прохождения пакетов согласно вашему варианту.
2. Протестировать отправку по UDP и по TCP 20 сообщений с K1 на K3.
3. Объяснить, анализируя вывод программы, какой протокол выгоднее использовать с точки зрения скорости доставки информации.
4. Протестировать отправку по UDP и по TCP 20 сообщений с K2 на K1.
5. Объяснить, анализируя вывод программы, какой протокол выгоднее использовать с точки зрения надежности доставки информации.
6. Подсчитать процент потерь пакетов. С учетом того, что должно теряться не более 7% пакетов. Объяснить, как привести сеть к требуемому лимиту по потерям.
7. Проанализировать время соединения, сделать вывод о том, какой протокол быстрее справился с поставленной задачей (необходимо учитывать требуемую надежность).
8. Определить состояние, при котором сеть начинает удовлетворять требованиям по потери пакетов. То есть подобрать такие значения коэффициентов пропускания, когда будет теряться не более 7% пакетов.
  Замечание! Разрешается использовать диапазон значений длины 10, то есть можно найти интервал значений коэффициентов пропускания длины 10, где на нижней границе сеть не удовлетворяет критерию потерь пакетов, а на верхней заданный критерий удовлетворяется.
В пояснительную записку необходимо включить:
Анализ производительности протоколов TCP и UDP для заданной конфигурации сети при коэффициенте пропускания равном 100, расчет процента потерь пакетов и анализ производительности сети для обоих протоколов в условиях недоброкачественных линий передач для обоих протоколов, оценку удовлетворения сетью критерия по потере пакетов, анализ времени соединения. Также необходимо привести вывод о том, какой протокол предпочтительнее использовать в данной конфигурации сети.

2.4. Уровень приложений: протоколы TELNET И SNMP

Целью данного раздела является:
На примере протоколов SNMP-DPI и TELNET ознакомиться с уровнем приложений стека протоколов TCP/IP.
Последовательность выполнения индивидуального задания:
1. На компьютере К1 запустить SNMP агента. Порт и имя группы доступа выбираются произвольно.
2. С компьютера К2 отправить get запрос(ы), и получить переменные П1, П2, П3. Сравнить полученные значения с реальными.
3. Разобрать формат отправленных SNMP запросов.
4. С компьютера К2 отправить getnext запрос(ы) для переменных П1, П2, П3. Объяснить полученные результаты;
5. На компьютере К1 с помощью диалога "Set TCP/IP Properties" изменить IP адрес, маску подсети и шлюз по умолчанию. С компьютера К2 с помощью запросов set вернуть K1 в исходное состояние. Проверить результаты посредством SNMP.
6. На компьютере K2 запустить TELNET сервер. Порт и пароль выбрать самостоятельно.
7. С компьютера К3 по протоколу TELNET подключиться к компьютеру К2. Удалить все значения из таблицы маршрутизации и ARP таблицы. Добавить в таблицу маршрутизации и ARP таблицу записи необходимые для корректной работы компьютера К2.
8. Использую команду snmp TELNET-сервера, запустить на компьютере К3 SNMP агента. Проверить работоспособность snmp-сервера, пытаясь с компьютера К2 получить значение SNMP переменной П2.
В пояснительную записку необходимо включить:
Схему сети, все вводимые параметры (порт, имя группы доступа и др.), отправляемые запросы и получаемые ответы. Для протокола TELNET необходимо привести сообщения, выводимые в TELNET-консоль.

3. Варианты исходных данных

Выберите Ваш вариант исходных данных . . .

Исходные данные для раздела № 1

Исходные данные для раздела № 2

Исходные данные для раздела № 3

Исходные данные для раздела № 4

4. Информационное и методическое обеспечение

Для исследования различных структур сетей и выполнения их конфигурирование в рамках данной курсовой работы следует использовать разработанный на кафедре МО ЭВМ СПбГЭТУ "ЛЭТИ" сетевой эмулятор javaNetSim, который имитирует работу протоколов каждого уровня и позволяет исследовать различные сети.
Для выполнения курсовой работы достаточно версии javaNetSim-0.33, которая доступна в сети Интернет по адресу https://sourceforge.net/projects/javanetsim/files/javanetsim/0.33-binary/.
Там же доступна и версия javaNetSim-0.41, а на сайте https://github.com/Darkkey/javaNetSim есть полный релиз данного продукта.
Файлы описания структур сетей, которые используются в вариантах индивидуальных заданий, можно найти в общедоступной папке по адресу https://github.com/Darkkey/javaNetSim/tree/master/configs.
При выполнении работы рекомендуется использовать сокращенную и несколько модифицированную html-версию пособия "Исследование уровней организации IP-сетей", выпущенного в СПбГЭТУ "ЛЭТИ" авторским коллективом в составе: Алекперов И.А., Большев А.К., Карпов К.Э., Кринкин К.В. и Яновский В.В.
В этой html-версии приведены краткие теоретические сведения и примеры выполнения индивидуальных заданий данной курсовой работы ( www.habarov.spb.ru).

5. Требования к пояснительной записке

Пояснительная записка к курсовой работе должна иметь следующую структуру:

Титульный лист (Образец оформления pdf / word-rar).
Оглавление (должно быть собрано автоматически).
Введение (объем 4-5 стр.) должно содержать краткие теоретические сведения по основным разделам курсовой работы.
Основную часть, которая должна состоять из четырех разделов, содержание которых определено в индивидуальных заданиях.
Заключение (объем 1-3 стр.) должно содержать основные выводы по работе и перспективы использования результатов данной курсовой работы.

Общий объем пояснительной записки должен составлять 20-25 страниц. При ее оформлении надо соблюдать правила набора и форматирования текста. Она должна быть напечатана на листах формата А4.

Текст набирается шрифтом Times New Roman размером 14 пт через 1,5 интервала. Страница должна иметь поля: левое – 3 см., правое – 1,5 см., верхнее и нижнее – 2 см.

Приложение 1. Примерный список вопросов по теории

Адресация и простейшая маршрутизации в IP-сетях.

1. Что такое кэш ARP? Какие типы записей могут содержаться в кэше ARP?

2. Какому классу IP-адресов принадлежат адреса 10.11.0.1, 127.1.1.1?

3. Разделите адресное пространство 192.168.1.0 на 4 подсети при помощи масок.

4. Что такое концентратор? Объясните принцип работы концентратора. Чем концентратор отличается от повторителя?

5. Что такое шлюз?

6. Для чего предназначен протокол ICMP?

Статическая маршрутизация в IP-сетях"

1. Что такое маршрутизация?

2. Для чего предназначен маршрутизатор?

3. Перечислите типы маршрутизации.

4. Что такое таблицы маршрутизации и для чего они нужны?

5. Какие типы записей могут быть в таблице маршрутизации.

Транспортный уровень: протоколы TCP и UDP"

1. Какой из протоколов транспортного уровня обеспечивает надежную доставку данных? За счет какого механизма обеспечивается гарантия доставки?

2. Назовите ситуации, в которых применение протокола UDP является целесообразным.

3. Назовите ситуации, в которых применение протокола TCP является целесообразным.

4. Чем в TCP обеспечивается ускорение работы по передаче данных?

5. Сколькими пакетами обмениваются во время UDP-соединения клиент и сервер?

6. Сколькими пакетами обмениваются во время TCP-соединения клиент и сервер? Какие существуют пакеты TCP?

Уровень приложений: протоколы TELNET И SNMP"

1. Для чего предназначен протокол SNMP?

2. Если на SNMP запрос пришел отклик с установленным флагом ошибки, то какие переменные будут содержаться в этом отклике? Если в set запросе часть переменных имеет корректные значения, а часть некорректные то какие переменные объекта управления изменятся?

3. Как обеспечивается защита в протоколе SNMP? Как вы думаете насколько безопасно применения протокола SNMP для управления реальной сетью? Что надо сделать для увеличения безопасности?

4. Для чего предназначен протокол TELNET?

5. Как работает протокол TELNET? Как обеспечивается безопасность