3 Моделювання та логічна адресація мережі

3.1 Логічна адресація мережі

Якщо в комп'ютер встановлено кілька мережних адаптерів, то кожен адаптер повинен мати свою унікальну IP-адресу. Такі комп'ютери використовуються для з'єднання кількох локальних мереж і називаються маршрутизаторами (Router).

Основною аксіомою IP-адресації є необхідність дотримання унікальності IP-адрес у всьому просторі мережі, оскільки, перш за все, цим забезпечується коректність доставки даних і маршрутизації. IP-адреса присвоюється комп'ютеру або в ручну (статична адреса), або комп'ютер отримує її автоматично з сервера (динамічна адреса). Статична адреса задається адміністратором мережі в налаштуваннях протоколу TCP/IP на кожному комп'ютері мережі і жорстко закріплюється за комп'ютером. У присвоєнні статичних адрес комп'ютерів є певні незручності:

- адміністратор мережі повинен вести облік всіх використовуваних адрес, щоб виключити повтори;

- при великій кількості комп'ютерів в локальній мережі встановлення та налаштування IP-адрес забирає багато часу.

Поряд з перерахованими незручностями у статичних адрес є одна важлива перевага: постійну відповідність IP-адреси певному комп'ютеру. Це дозволяє ефективно застосовувати політику IP-безпеки і контролювати роботу користувачів у мережі. Наприклад, можна заборонити певному комп'ютеру виходити в Інтернет або визначити з якого комп'ютера виходили в Інтернет і т.п.

Якщо комп'ютеру не надано статичну IP-адресу, вона призначається автоматично. Така адреса називається динамічним адресою, тому що при кожному підключенні комп'ютера до локальної мережі адреса може змінюватися. До переваг динамічних адрес можна віднести:

- централізоване управління базою IP-адрес;

- надійна настроювання, що виключає ймовірність дублювання IP-адрес;

- спрощення мережевого адміністрування.

Динамічна IP-адреса призначається спеціальною серверною службою DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), що входить до складу мережевих операційних систем. У параметрах служби DHCP адміністратором мережі задається IP-діапазон, адреси з якого, будуть видаватися іншим комп'ютерам. Серверна служба DHCP, яка надає IP-адреси називається DHCP-сервер. Комп'ютер, який отримує IP-адресу з мережі, називається DHCP-клієнт.

Оскільки протокол DHCP призначений для функціонування в мережах, у яких не налаштовано IP-взаємодію, він не є маршрутизованим. Щоб забезпечити можливість проходження DHCP-пакетів через маршрутизатори, використовуються додаткові функціональні модулі (реалізовані програмно або апаратно), що називаються агентами ретрансляції BOOTP (BOOTP relay agent). Маршрутизатор, що виконує функції такого ретранслятора, приймає з мережі DHCP-пакети і направляє їх в інші мережі.

Мережа, що проектується, складається з 14 робочих станцій та однієї серверної машини. Також мережа має у своєму складі 4 розетки для під’єднання додаткових робочих станцій, тобто максимальна загальна кількість хостів — 19. Спираючись на викладений вище теоретичний матеріал, у даній мережі рекомендовано застосувати приватні IP-адреси, так як хости підключені лише до локальної мережі, а доступ до Internet робочими станціями реалізується за допомогою серверної машини.

Наявність у мережі розеток для під’єднання додаткових хостів визначає необхідність застосування у мережі динамічної IP-адресації, так як заздалегідь визначити статичну IP-адресу, яка б задовольняла умовам даної мережі, для таких хостів неможливо. Виключення становитиме серверна машина, IP-адресу якої необхідно встановити статично. Надання динамічних IP-адрес забезпечується мережевою службою DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), яку необхідно встановити та налаштувати на серверній машині. Спираючись на максимальну кількість хостів, діапазон динамічних IP-адрес для даної мережі сягатиме 192.168.1.120 — 192.168.1.250, за виключенням IP-адреси серверної машини — 192.168.1.1. Докладніше налаштування служби DHCP буде описано далі.

Диспетчер сервера

Діапазон адресів для аренди. Системним адміністратором було виставлено діапазон пул адресів від 192.168.1.120 – 192.168.1.250. Див. рис.3.1.

Рисунок 3.1 – Діапазон пул адрес для аренди

Те обладнання, яке має ІР-адресу нижче 192.168.1.200 не мають доступу до інтернету, так як в основному це активне обладнання. Тобто некерований комутатор, світчі, та принтери. Були встановленні орендні договори. Орендний договір (lease) - відрізок часу, визначальний період, під час якого клієнтський комп'ютер може використовувати призначений IP-адрес. При видачі орендного договору він стає активним. У момент половини терміну дії орендного договору клієнт повинен відновити призначення адреси, звернувшись до сервера повторно. Тривалість орендного договору впливає на частоту оновлення орендних договорів (інтенсивність звернень до сервера). Термін аренди завершується 19.05.2011 та буде присвоєний інший термін.

Всі інші комп’ютери з ІР-адресами 192.168.1.200 – 192.168.1.250 мають повний доступ до інтернету. Також ці адреси зарезервовані. Тобто резервування (reservation) дозволяє призначити клієнту постійну адресу і гарантувати, що вказаний пристрій в під мережі може завжди використовувати один і той же IP-адрес. На рис.3.2 показано докладніше.

Рисунок 3.2 – Аренда ІР-адрес

Таким чином, було застосовано ІР-адресацію з використанням приватних адрес діапазоном 192.168.1.120 – 192.168.1.250, що мають надаватись мережевою службою DHCP, реалізованою на серверній машині, ІР-адресу для якої необхідно задати статично (192.168.1.1).

3.2 Моделювання мережі у середовищі Cisco Packet Tracer

Після виконання всіх необхідних параметрів мережі, що описується, доцільно змоделювати її у середовищі Cisco Packet Tracer.

Packet Tracer — програма для симуляції комп’ютерних мереж практично будь-якої складності. Додаток надає можливість симулювати локальну мережу з використанням маршрутизаторів, комутаторів, точок доступу та іншого обладнання компанії Cisco. Packet Tracer надає значний вибір різноманітних конфігурацій мережевого устаткування Cisco. Програмний продукт робить можливим візуальне моделювання мереж на основі комутаторів і маршрутизаторів Cisco, а також налаштування даного обладнання через віртуальну консоль (Cisco IOS).

Спираючись на функціональну схему та розраховану вище систему ІР-адресації для проекту, виконаємо моделювання мережі.

Рисунок 3.3 — Моделювання мережі у середовищі Cisco Packet Tracer

3.3 Тестування пропускної здатності каналу мережі

Для тестування пропускної здатності каналу мережі я використав безкоштовну програму iperf. Iperf ­­— це потужна кроссплатформова консольна утиліта генерування трафіку. З її допомогою можна легко виміряти пропускну здатність каналу між двома комп’ютерами. Iperf працює у режимі клієнт-сервер.

Перш за все, необхідно два комп’ютери. Один з них буде генерувати трафік, він називається клієнтом, а інший – приймати пакети і вести підрахунки статистики, він називається сервером. На обох машинах запускається один і той же виконуваний файл, але з різними ключами.

Перевірка на TCP трафіку.

Сервер вводить команду iperf-s, а клієнт iperf-c server_host. Тут server_host - адреса машини, на якій запущений iperf в режимі сервера. Ось, власне і все. Спочатку запускаємо сервер, потім клієнт, і протягом 10 секунд між ними буде йти трафік, після чого з'єднання буде розірвано і виведена статистика.

Щоб збільшити тривалість з'єднання, необхідно додати в рядок запуску клієнта параметр-t nsec, де nsec - тривалість з'єднання в секундах.

Не менш корисним буде ключик-i nsec. Тут nsec відповідає періоду (у секундах), через який буде виводитися статистика.

Рисунок 3.4 — Сервер приймає пакети

Рисунок 3.5 — Клієнт посилає пакети серверу

Як ми бачимо на рис.3.4 та рис.3.5 відбувається обмін пакетами. Також ми можемо спостерігати за тим, з якою швидкістю передаються ці самі пакети. Видно що при передачі пакетів кожної секунди відбувається зростання, а також спадання швидкості.

Далі щоб побачити різницю в затримках, буде використовуватися не один клієнт, тобто машина, а вже 20. На наступних графіках буде чітко видні затримки, коли до одного серверу одночасно звертаються 20-ть клієнтів.

Рисунок 3.6 — Серверна машина

Рисунок 3.7 — Клієнтська машина

Після цього було проведене тестування на передачу пакету у розмірі 110Мбайт.

Рисунок 3.7 — Пересилання пакету

Як ми бачимо, то для передачі 110 Мбайт потребувалося часу від 0.1 – 0.2 сек. Це значить що швидкість передачі була 3937053Кбит/с, тобто 3844.78 Мбит/с, або 480 Мбайт/с. Тобто сервер дуже добре справляється зі своєю роботою.

Перевірка на UDP трафіку.

Для запуску iperf в режимі UDP необхідно додати і клієнтові і сервера ключі -u. Протокол UDP більш «тупий», що дає нам як деякі переваги, так і недоліки. Втім, для цілей тестування, недоліки знову-таки перетворюються на переваги. Отже, що ми можемо:

- змінювати довжину переданих пакетів

- змінювати смугу переданого трафіку

- працювати на односторонніх каналах

- використовувати iperf без запуску сервера, якщо канал не наскрізний, а необхідно просто генерувати заданий трафік для навантаження

Рисунок 3.8 — Серверна машина

На першому графіку можна побачити пропускну здатність мережі. Затримка майже відсутня, так як ми бачимо майже пряму. На другому графіку показується Jitter (відхилення). Тобто небажані фазові або частотні випадкові відхилення переданого сигналу. Виникають внаслідок нестабільності генератора, що задає, змін параметрів в часі і різної швидкості поширення частотних складових одного і того ж сигналу. У цифрових системах проявляється у вигляді випадкових швидких змін місця розташування фронтів цифрового сигналу в часі, що призводить до рас синхронізації і, як наслідок, спотворення переданої інформації.

Рисунок 3.8 — Три клієнтські машини

На рис.3.8 три клієнтські машини звертаються до серверу одночасно. Видно, що на відповідній ділянці відбувається падіння швидкості майже до 0. Це відбувається із-за того, що сервер не справляється з одночасними посиланнями пакетів на нього.

Можна підвести риску та сказати, що коли до серверу звертається група клієнтів більш ніж із 3-х машин, то відбувається не велике відхилення. Тобто відхилення переданого сигналу.