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

 

 

 

 

 

Введение

Темой данной курсовой работы является «Разработка единой компьютерной сети передачи данных на базе технологии Ethernet и протокола IP». Компьютерной сетью передачи данных является совокупность трех и более оконечных устройств связи, объединенных каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами (компьютерами). Практическая часть данной курсовой работы выполнена в программном пакете  Cisco Packet Tracer. Данный симулятор сети позволяет делать работоспособные модели сети, настраивать маршрутизаторы и коммутаторы, взаимодействовать между несколькими пользователями. Успешно позволяет создавать даже сложные макеты сетей, проверять на работоспособность топологии. Доступен бесплатно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение заданий курсовой работы

 

 

1. Распределение подсетей рабочих станций SH сети ЕСПД

 

 

Согласно исходным условиям задания, сеть ЕСПД должна обеспечивать работу минимум 26 рабочим станциям (N = 26), которые необходимо разделить равномерно по 4 подсетям (H = 4). В итоге в 2-х подсетях - 7 рабочих станций, а в остальных двух 6 (т.к. N/H = 26/4 =6,5 то 6+6+7+7=26), что в полной мере удовлетворяет условию равномерного распределения.    

 

 

2. Построение графа сети ЕСПД

 

 

Распределив рабочие станции по подсетям, можно приступить к дополнению графа сети ЕСПД.

Объединение рабочих станций в каждой подсети будет производиться посредством неуправляемого L2-коммутатора, с 9 и 8 физическими портами FastEthernet. Т.о. каждая рабочая станция подключается к коммутатору с помощью кабеля UTP (неэкраниванная витая пара) категории 5, образуя сегментированное полнодуплексное подключение.

Из 9 или 8 физических портов коммутатора, 7 или 6 портов используются для объединения рабочих станций и один порт для подключения к маршрутизатору R ядра сети ЕСПД. Оставшийся порт коммутатора можно использовать для каскадного подключения второго коммутатора при возможном расширении подсети или в качестве технического резерва.    Согласно исходному графу сети ЕСПД, эксплуатационную нагрузку сети должны обеспечивать 4 маршрутизатора R. В зависимости от расположения, маршрутизаторы имеют 3 или 4 интерфейса FastEthernet. Корректная маршрутизации пакетов между любыми подсетями обеспечится при наличии 4-х подсетей. Также следует использовать 5 подсетей маршрутизаторов.

Расширенный граф сети ЕСПД представлен на рисунке 1. На графе сети ЕСПД нанесены следующие буквенно-цифровые наименования:

 

• H1–H7 - рабочие станции сети ЕСПД;

 

• R1–R4 - маршрутизаторы сети ЕСПД;

 

• SW1–SW4- коммутаторы подсети рабочих станций;

 

• BRD1–BRD4 - границы широковещательных доменов подсетей рабочих станций;

 

• Sh1–Sh4 - подсети рабочих станций;

 

• Sr1–Sr5 - подсети маршрутизаторов.

 

На графе также обозначены соответствующие номера интерфейсов маршрутизаторов R и порты коммутаторов SW.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Перечень технических средств

 

 

По полученному графу сети ЕСПД можно подсчитать общее количество затрачиваемых технических средств. Для корректного функционирования проектируемой сети необходим следующий набор оборудования:

 

1) 4 маршрутизатора (1 маршрутизатор с 3 интерфейсами FastEthernet, 3 маршрутизатора с 4 интерфейсами FastEthernet);

 

2) 4 неуправляемых коммутатора (9 физических портов на 2-х устройствах и 8 физических портов на других двух устройствах, полнодуплекс, автосогласование), поддерживающие сеть FastEthernet на кабеле UTP5e;

 

3) По 1 сетевой карте на каждую  рабочую станцию (26 сетевых карт стандарта FastEthernet, полнодуплекс, автосогласование);

 

4) Беспроводная точка доступа (WiFi AP), поддерживающая стандарты 802.11b/g/n;

 

5) Опорная технология сети FastEthernet 100Мбит/с, тип линий связи между  всеми устройствами - неэкранированная  витая пара.

 

 

4.   План IP-адресации подсетей рабочих станций SH

 

 

В соответствии с заданием, для адресации подсетей рабочих станций Sh выделено адресное пространство сети 172.16.0.0/12. Данное пространство позволяет выделить порядка 1048576 IP-адресов (32-12 = 20 бит, 2^20 = 1048576). Выделенная сеть 172.16.0.0/12 использует 2 байта для адресации сети, оставшиеся 2 байта свободны. Запись сети в двоичной нотации будет иметь вид:

 

172.16.0.0/12 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0000 0000

255.255.255.0 – 1111 1111.1111 1111. 1111 1111.0000 0000

 

По результатам выполнения предыдущих заданий известно, что в подсетях рабочих станций Sh2 и Sh3 располагается 7 узлов, а в подсетях Sh1 и Sh4 - 6 узлов. Дополнительно к этому, следует учесть, что каждая подсеть подключается к соответствующему маршрутизатору сети ЕСПД. Т.о. для корректной маршрутизации и обменом информации между узлами подсети требуется 8 IP-адресов для подсетей Sh2, Sh3 и 7 IP-адресов для подсетей Sh1, Sh4. В первом случае 7 IP-адресов назначаются соответствующим рабочим станциям, во втором назначаются 6 IP-адресов.

 

В обоих же случаях один IP-адрес назначается маршрутизатору R, подключенному через указанный интерфейс к данной подсети. Однако также не следует забывать о необходимости наличия адреса самой подсети и широковещательного адреса.

Для адресации 8 узлов достаточно 3 бит (2^3 = 8). Однако, учитывая наличие адреса сети и широковещательного адреса, доступными из данного адресного пространства останутся только 7 IP-адресов, что не допустимо при условиях исходного задания. Следовательно, необходимо использовать 4 бита, которые позволят адресовать 16 узлов (2^4 = 16 IP-адресов). Дополнительные адреса можно использовать при расширении подсети или в качестве резерва.

Используя нотацию CIDR и непрерывное выделение блоков IP-подсетей, выделим 4 IP-подсети с 16 доступными IP-адресами в каждой подсети. Следует помнить, что первые 2 байта сети 172.16.0.0/12 не изменны, а для выделения подсетей можно использовать только последние 2 байта. Применим маску подсети длиной 28 бит (32-4 = 28 бит для адресации сети, 4 бита для адресации узлов). Запись первой IP-подсети в двоичной нотации будет иметь вид:

 

          172.16.0.0 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0000 0000

             255.255.255.240 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000

 

Первый IP-адрес сети будет отличаться только одним младшим битом:

 

172.16.0.1 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0001

 

Далее последовательно второй, третий и последующие адреса формируются из 4 младших бит:

 

172.16.0.2 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0010

172.16.0.3 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0011

172.16.0.4 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0100

172.16.0.5 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0101

172.16.0.6 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0110

172.16.0.7 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0111

172.16.0.8 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 1000 ...и т.д.

 

Вплоть до широковещательного адреса сети, в котором все младшие биты, равны единице:

 

172.16.0.15 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 1111

 

Соответственно, следующая IP-подсеть будет иметь адрес 172.16.0.16/28, или в двоичной нотации:

 

      172.16.0.16 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0000

              255.255.255.240 – 1111 1111.1111 1111. 1111 1111. 1111 0000

 

С пулом IP-адресов соответствующим маске подсети:

 

 

 

172.16.0.17 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0001

172.16.0.18 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0010

172.16.0.19 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0011

172.16.0.20 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0100

172.16.0.21 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0101

172.16.0.22 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0110

172.16.0.23 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0111

172.16.0.24 – 1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 1000 ...и т.д.

 

Широковещательный адрес сети 172.16.0.16/28:

 

172.16.0.31 – 1010 1100.0001 0000.0000 0000.0001 1111

 

Последующие две сети находятся аналогичным образом.

Оставшееся адресное пространство позволяет организовать дополнительный резерв при расширении сети.

Доступный пул IP-адресов в двоичной и десятичной нотации для каждой из 4 подсетей SH приведен в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение	Адрес подсети	Маска подсети	R1, интерфейс 1	H1	H2	H3	H4	H5	H6	Резерв	………………………………….	Резерв	Широковещ. адрес сети	Адрес подсети	Маска подсети	R2, интерфейс 1	H1	H2	H3	H4	H5	H6	H7
Двоичная нотация	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0000	1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0001	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0010	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0011	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0100	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0101	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0110	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 0111	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 1000	…………………………………………………………….	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 1110	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0000 1111	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0000	1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0001	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0010	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0011	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0100	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0101	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0110	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 0111	1010 1100. 0001 0000.0000 0000.0001 1000
Пул IP- адресов	172.16.0.0/28	255.255.255.240	172.16.0.1	172.16.0.2	172.16.0.3	172.16.0.4	172.16.0.5	172.16.0.6	172.16.0.7	172.16.0.8	…………………….....	172.16.0.14	172.16.0.15	172.16.0.16/28	255.255.255.240	172.16.0.17	172.16.0.18	172.16.0.19	172.16.0.20	172.16.0.21	172.16.0.22	172.16.0.23	172.16.0.24
Подсеть Sh	Sh1													Sh2

 

 

 

 

 

 

Назначение	………………………………….	Резерв	Широковещ. адрес сети	Адрес подсети		Маска подсети	R3, интерфейс 1	H1	H2	H3	H4	H5	H6	H7	…………………………….	Резерв	Широковещ. адрес сети	Адрес подсети		Маска подсети	R4, интерфейс 1	H1	H2	H3	H4
Двоичная нотация	…………………………………………………………….	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0001 1110	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0001 1111	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0010  0000		1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0010  0001	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0010  0010	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0010  0011	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0010  0100	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0101	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 0000.0010  1110	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0010  1111	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0000		1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 0000	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0001	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0010	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0011	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0100	1010 1100.0001 0000.0000 0000.0011 0101
Пул IP- адресов	…………………….....	172.16.0.30	172.16.0.31	172.16.0.32		255.255.255.240	172.16.0.33	172.16.0.34	172.16.0.35	172.16.0.36	172.16.0.37	172.16.0.38	172.16.0.39	172.16.0.40	…………………..	172.16.0.46	172.16.0.47	172.16.0.48		255.255.255.240	172.16.0.49	172.16.0.50	172.16.0.51	172.16.0.52	172.16.0.53
Подсеть Sh	Sh2				Sh3														Sh4