3. Содержание работы

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА АСУ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К лабораторным работам по курсу
Сети ЭВМ и телекоммуникации
для подготовки инженеров по направлению
Информатика и вычислительная техника
Лабораторная работа №2
Моделирование и анализ локальной вычислительной сети
Уфа 2007
Содержание
Введение ................................................................................................................... 3
1. Наиболее популярные системы моделирования ........................................... 4
2. Обзор NET-Simulator........................................................................................ 6
2.1 Сетевое ядро ................................................................................................... 6
2.2 Графический интерфейс ................................................................................ 6
2.3 Сохранение/загрузка проектов ..................................................................... 7
2.4 Экспорт проектов в html-отчеты .................................................................. 7
2.5 Системные требования .................................................................................. 7
2.6 Виртуальные терминалы и интерфейс командной строки. ....................... 7
3. Содержание работы ........................................................................................ 13
3.1. Исходные данные к заданию ..................................................................... 13
3.2. Перечень задач по проектированию ЛВС ................................................ 13
3.3. Содержание отчета ..................................................................................... 13
Список литературы ............................................................................................... 14
Введение
Основу информационной системы составляет вычислительная система,
включающая такие компоненты, как кабельная сеть и активное сетевое оборудование,
компьютерное и периферийное оборудование, оборудование хранения данных
(библиотеки), системное программное обеспечение (операционные системы, системы
управления базами данных), специальное ПО (системы мониторинга и управления сетями)
и в некоторых случаях прикладное ПО.
В качестве подхода к проектированию может быть использованы: разработка
модели и моделирование (имитацию работы - simulation) поведения вычислительной
системы.
Критериями оценки эффективности могут служить снижение стоимости
реализации вычислительной системы, соответствие текущим требованиям и требованиям
ближайшего времени, возможность и стоимость дальнейшего развития и перехода к
новым технологиям.
В процессе моделирования возможно следующее:




определение минимально необходимого, но обеспечивающего потребности
передачи, обработки и хранения информации оборудования (даже не имеющего
реальных аналогов) в настоящее время;
оценка
необходимого
запаса
производительности
оборудования,
обеспечивающего возможное увеличение производственных потребностей в
ближайшее время (один-два года);
выбор нескольких вариантов оборудования с учетом текущих потребностей,
перспективы развития на основании критерия стоимости оборудования;
проведение проверки работы вычислительной системы, составленной из
рекомендованного оборудования.
1. Наиболее популярные системы моделирования
BONeS (фирма Systems and Networks) - графическая система моделирования общего
назначения для анализа архитектуры систем, сетей и протоколов. Описывает модели на
транспортном уровне и на уровне приложений. Дает возможность анализа воздействия
приложений типа клиент - сервер и новых технологий на работу сети.
Netmaker (фирма OPNET Technologies) - проектирование топологии, средства
планирования и анализа сетей широкого класса. Состоит из различных модулей для
расчета, анализа, проектирования, визуализации, планирования и анализа результатов.
Optimal Perfomance (фирма Compuware; Optimal Networks) - имеет возможности
быстрого оценочного и точного моделирования, помогает оптимизировать
распределенное программное обеспечение.
Prophesy (компания Abstraction Software) - простая система для моделирования локальных
и глобальных сетей. Позволяет оценить время реакции компьютера на запрос, количество
"хитов" на WWW-сервере, количество рабочих станций для обслуживания активного
оборудования, запас производительности сети при поломке определенного оборудования.
Семейство CANE (компания ImageNet) -- проектирование и реинжиниринг
вычислительной системы, оценка различных вариантов, сценарии "что, если".
Моделирование на различных уровнях модели OSI. Развитая библиотека устройств,
которая включает физические, электрические, температурные и другие характеристики
объектов. Возможно создание своих библиотек.
Семейство COMNET (фирма Compuware; CACI Products Company) -- объектноориентированная система моделирования локальных и глобальных сетей. Позволяет
моделировать уровни: приложений, транспортный, сетевой, канальный. Использует все
известные на сегодня технологии и протоколы, а также системы клиент -- сервер. Легко
настраивается на модель оборудования и технологий. Возможность импорта и экспорта
данных о топологии и сетевом трафике. Моделирование иерархических сетей,
многопротокольных локальных и глобальных сетей; учет алгоритмов маршрутизации.
Семейство OPNET (фирма OPNET Technologies) - средство для проектирования и
моделирования локальных и глобальных сетей, компьютерных систем, приложений и
распределенных систем. Возможность импорта и экспорта данных о топологии и сетевом
трафике. Анализ воздействия приложений типа клиент -- сервер и новых технологий на
работу сети. Моделирование иерархических сетей, многопротокольных локальных и
глобальных сетей; учет алгоритмов маршрутизации. Объектно-ориентированный подход.
Исчерпывающая библиотека протоколов и объектов. Включает следующие продукты:
Netbiz (проектирование и оптимизация вычислительной системы), Modeler
(моделирование и анализ производительности сетей, компьютерных систем, приложений
и распределенных систем), ITGuru (оценка производительности коммуникационных сетей
и распределенных систем).
Stressmagic (фирма NetMagic Systems) -- поддержка стандартных тестов измерения
производительности; имитация пиковой нагрузки на файл-сервер и сервер печати.
Возможно моделирование взаимодействия различных пользователей с файл-сервером.
Включает 87 тестов производительности.
NET-Simulator позволяет строить виртуальные вычислительные сети из виртуальных
сетевых устройств: маршрутизаторов, настольных компьютеров, концентраторов и т.п.
Устройствами можно управлять при помощи интерфейса командной строки
из виртуальных терминалов. В виртуальных сетях реализованы канальный и сетевой
уровни в соответствии с ISO OSI.
Таблица 1. Системы моделирования
Компания
Systems and Networks
Продукт
Стоимость,
долл.
Тип сети
Операционная
система
Bones
20000 40000
LAN, WAN,
клиентсерверные
архитектуры
Sun Solaris, Sun OS,
HP/UX
Windows NT
ImageNet (www.imagenetcane.com)
CANE
7900 - 25000
LAN, WAN,
клиентсерверные
архитектуры
Optimal Networks
(Compuware)
(www.optimal.com)
Optimal
Perfomance
5000 - 30000
LAN, WAN
Windows 98/NT s
Abstraction Software
(www.abstraction.com)
Prophesy
599
LAN, WAN
Windows 98/NT, OS/2
Network Analysis Center
(www.nacmind.com,
www.salestar.com)
WinMIND
9500 - 41000
WAN
Windows 98/NT
CACI Products (Compuware)
(www.caciasl.com,
www.compuware.com)
Семейство
COMNET
19000 60000
LAN, WAN
клиентсерверные
архитектуры
Windows 98/NT, OS/2,
AT&T Unix, IBM AIX, DEC
Ultrix, Sun Solaris, Sun
OS, HP/UX
OPNET Technologies (MIL3)
(www.mil3.com,
www.opnet.com)
Семейство
OPNET
16000 40000
LAN, WAN,
клиентсерверные
архитектуры
DEC AXP, Sun Solaris,
Sun OS, HP/UX, Silicon
Graphics IRIX, IBM AIX,
Windows
NetMagic Systems
(www.netmagicinc.com)
StressMagic
3000 на 1
файл-сервер
LAN
Windows 98/NT
NETSimulator
бесплатно
LAN
ОС с Java-машиной
NET-Simulator
(www.net-simulator.org)
Более подробные сведения об этих системах и их характеристиках приведены в табл.
В образовательных целях рассмотрим продукт NET-Simulator, который позволит с
необходимой в учебном процессе точностью смоделировать ЛВС.
2. Обзор NET-Simulator
2.1 Сетевое ядро
В NET-Simulator реализованы только два уровня ISO OSI: канальный и сетевой. Таким
образом NET-Simulator позволяет решать следующие образовательные задачи:




Изучение принципов работы коммуникаторов второго и третьего уровня,
пассивных концентраторов.
Отработка практических навыков статической маршрутизации в IP-сетях.
Изучение принципов работы протоколов канального уровня, ARP, IP4, ICMP.
Отработка практических навыков поисков неисправностей в IP-сетях.
Физическая природа сети не учитывается. Предполагается, что пакеты канального уровня
распространяются в среде аналогичной локальной сети на основе Ethernet.
На канальном уровне используется простейший Ethrnet-образный протокол, который
предусматривает адресацию по 6-ти байтовым MAC-адресам. Уникальность MAC-адресов
обеспечивает ядро NET-Simulator. Пакет канального протокола представляет собой объект
Java и не имеет аналогов в реальных сетях.
На сетевом уровне используется ограниченная реализация IP в соответствии с RFC791.
Для преобразования IP-адресов в MAC реализована служба ARP на основе
широковещательных запросов.
Для работы служебных утилит, таких как ping, используется ограниченная реализация
ICMP в соответствии с RFC792.
2.2 Графический интерфейс
В главном окне NET-Simulator отображается поле в которое можно добавлять различные
селевый устройства из меню Устройства. Поддерживаются следующие типы устройств:
Маршрутизатор. Коммутатор 3-го уровня с 8-мью интерфейсами и поддержкой IP4.
Настольный компьютер. Фактически маршрутизатор с одним интерфейсом.
Концентратор (Hub). Простейшее устройства ретранслирующее пакеты канального уровня
на свои интерфейсы. Не имеет терминала и соответственно никак не управляется.
Коммутатор (Switch). Коммутатор 2-го уровня с 8-мью интерфейсами. Коммутирует
пакеты канального уровня на основе таблиц MAC-адресов, по аналогии с известными
алгоритмами используемыми в Ethernet-свитчах.
Устройства соединяются с помощью универсальной среды передачи данных,
виртуального патчкорда. При прохождении пакета через патчкорд, он подсвечивается для
визуального отслеживания активности в сети.
Вновь добавленные устройств появляются в верхнем левом углу, после чего их можно
перетаскивать мышкой в удобное место. Вилки патчкордов «приклеиваются» к розеткам
интерфейсов устройств. Нажатие правой кнопки мыши на устройстве открывает
контекстное меню, которое позволяет просмотреть свойства, открыть терминал или
удалить устройство. Двойной щелчок левой кнопкой мыши открывает терминал.
2.3 Сохранение/загрузка проектов
Проекты сохраняются в формате xml. DTD для проектов NET-Simulator находиться
в каталоге dtd — net_simulator.dtd
2.4 Экспорт проектов в html-отчеты
Проекты можно сохранять в виде html-отчетов. Отчет состоит непосредственно из htmlфайла с детальным описанием проекта и одноименного файла со схемой виртуальной сети
в формате png. Отчеты формируются путем конвертации исходного xml-файла проекта
при помощи xsl-шаблона. По умолчанию используется шаблон cfg/tohtml.xsl. Изменяя
шаблон можно добиться желаемого вида отчета. Конечно вы можете использовать любой
другой xml-конвертер для генерации отчетов.
2.5 Системные требования
NET-Simulator написан на Java. Для того что бы просто запустить NET-Simulator вам
необходимо установить на свой компьютер Java Runtime Environment (JRE) 5.0. Если
вы хотите собрать NET-Simulator из исходников вам понадобиться Java SE Development
Kit (JDK) 5.0, а также Apache Ant. Если вы собираетесь принять участие в разработке
проекта, имеет смысл установить IDE NetBeans.
Для запуска NET-Simulator обязательно наличие следующих библиотек:


включена в дистрибутив NETSimulator (см. lib/commons-cli-1.0.jar). Используется для разбора командной строки
в виртуальных терминалах.
Apache
Xerces
XML
parser
включена в дистрибутив NET-Simulator
(см. lib/xercesImpl.jar). Используется для загрузки проектов из xml-файлов, чтения
файла конфигурации.
Apache Command Line arguments parser
Дополнительно, для экспорта проектов NET-Simulator в html-отчеты, необходим XSLTконвертер. В состав JRE 5.0 включен конвертер Xalan от Apache Fundation
как нестандартное расширение. Если вы используете другую Java-машину возможно вам
придется установить Xalan или другой конвертер самостоятельно. Какой конвертер
использовать,
можно
задать
через
системную
переменную
Java-машины
«javax.xml.transform.TransformerFactory».
2.6 Виртуальные терминалы и интерфейс командной строки.
Виртуальные устройства в NET-Simulator управляются при помощи интерфейса
командной строки из виртуальных терминалов. Терминал устройства можно открыть
двойным кликом на значке устройства или через контекстное меню. Поддерживается
история команд, клавиши вверх/вниз позволяют просматривать историю команд.
Список команд доступных на данном устройстве можно посмотреть командой help.
Сочетание клавиш Ctrl+L очищает терминал. Краткая справка по любой команде
выводится при вызове команды с опцией -h.
Справочник команд:
help
route
ifconfig
ping
arp
mactable
help — выводит список доступных команд.
help [-h]
Опции
-h
Краткая справка.
Описание
route — позволяет управлять таблицей маршрутизации устройств поддерживающих
протокол IP4.
route [-h] [{-add|-del} <target> [-netmask <address>] [-gw
<address>] [-metric <M>] [-dev <If>]]
Опции
Описание
-h
Краткая справка.
target
Адрес назначения. Назначением может быть подсеть или
отдельный узел в зависимости от значения маски подсети. Если
маска равна 255.255.255.255 или отсутствует совсем
назначением будет узел, иначе назначением будет сеть.
-add
Добавляет новый маршрут в таблицу маршрутизации.
-del
Удаляет маршрут из таблицы маршрутизации.
-dev <If>
Принудительно присоединяет маршрут к определенному
интерфейсу. If — имя интерфейса.
-gw <address>
Направляет пакеты по этому маршруту через заданный шлюз.
address — адрес шлюза.
Маска подсети используемая совместно с адресом назначения
при добавлении маршрута. address — маска. Если маска
netmask <address>
не задана явно подразумевается 255.255.255.255.
-metric <M>
Метрика используемая в данном маршруте. M — целое число
большее или равное нулю.
Если route вызывается без параметров, то команда выводит на экран таблицу
маршрутизации:
=>route
IP routing table
Destination
10.0.0.0
11.0.0.0
Gateway
*
10.0.0.10
Netmask
255.0.0.0
255.0.0.0
Flags
U
UG
Metric
1
1
Iface
eth0
eth0
192.168.120.1
10.0.0.10
255.255.255.255
UGH
1
eth0
Если маршрут не использует шлюз, вместо адреса шлюза выводиться *. Flags может
содержать значение: U — маршрут активен, G — маршрут использует шлюз, H —
назначением является узел.
Примеры:
=>route -add 192.168.120.0 -netmask 255.255.255.0 -dev eth0
=>route
IP routing table
Destination
Gateway
Netmask
Flags
192.168.120.0
*
255.255.255.0
U
=>
=>route -add 192.168.121.10 -gw 192.168.120.10
=>route
IP routing table
Destination
Gateway
Netmask
Flags
192.168.120.0
*
255.255.255.0
U
192.168.121.10
192.168.120.1
255.255.255.255 UGH
=>
Metric
1
Iface
eth0
Metric
1
1
Iface
eth0
eth0
ifconfig — конфигурирует сетевые интерфейсы.
ifconfig [-h] [-a] [<interface>] [<address>] [-broadcast
<address>] [-netmask <address>] [-up|-down]
Опции
Описание
-h
Краткая справка.
-a
Показывать информацию о всех интерфейсах. Если данная
опция отсутствует выводится информация только об активных
интерфейсах.
interface
Конфигурировать или показать информацию только
о заданном интерфейсе.
address
IP-адрес присваиваемый интерфейсу.
Широковещательный адрес присваиваемый интерфейсу.
broadcast <address> address — широковещательный адрес.
Маска подсети используемая совместно с адресом.
address — маска. Если маска не задана явно, маска
-netmask <address>
принимается равной стандартным значения для стандартных
классов подсетей A, B и C.
-up
Активирует интерфейс. При активизации интерфейса для него
автоматически добавляется соответствующий маршрут
в таблице маршрутизации.
-down
Деактивирует интерфейс. При деактивации интерфейса
соответствующий маршрут автоматически удаляется
из таблицы маршрутизации.
Если ifconfig вызывается без параметров, то команда выводит на экран данные
о состоянии всех активных интерфейсов:
=>ifconfig
eth0
Link encap:Ethernet HWaddr 0:0:0:0:CF:0
inet addr:192.168.120.1 Bcast:192.168.120.255
UP
RX packets:23 errors:0 dropped:0
TX packets:23 errors:0 dropped:0
RX bytes:0 TX bytes:0
Mask:255.255.255.0
HWaddr — уникальный 6-ти байтовый адрес интерфейса, аналогичный MAC-адресу
в Ethernet сетях. Назначается автоматически.
Примеры:
=>ifconfig eth0 192.168.120.1 -up
=>ifconfig
eth0
Link encap:Ethernet HWaddr 0:0:0:0:CF:0
inet addr:192.168.120.1 Bcast:192.168.120.255
Mask:255.255.255.0
UP
RX packets:0 errors:0 dropped:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0
RX bytes:0 TX bytes:0
ping — использует ICMP протокол что бы проверить достижимость интерфейса
удаленного узла. ping посылает удаленному узлу ICMP ECHO_REQUEST и ожидает
в течении определенного промежутка времени ICMP ECHO_RESPONSE. В случае
получения ответа выводит данные о прохождении ICMP-пакета по сети.
ping [-h] [-i <interval>] [-t <ttl>] <destination>
Опции
Описание
Краткая справка.
-h
Задает частоту ICMP-запросов. interval — интервал между
i <interval> запросами в секундах. По умолчанию отсылается один пакет в секунду.
-t <ttl>
Задает значение атрибута Time to Live в генерируемых IP-пакетах.
ttl — целое число 0-255. По умолчанию TTL равно 64.
destination IP-адрес исследуемого узла
Примеры:
=>ping 192.168.120.1
PING 192.168.120.1
64 bytes from 192.168.120.1:
64 bytes from 192.168.120.1:
64 bytes from 192.168.120.1:
64 bytes from 192.168.120.1:
64 bytes from 192.168.120.1:
64 bytes from 192.168.120.1:
icmp_seq=0
icmp_seq=1
icmp_seq=2
icmp_seq=3
icmp_seq=4
icmp_seq=5
ttl=62
ttl=62
ttl=62
ttl=62
ttl=62
ttl=62
time=477 ms
time=435 ms
time=234 ms
time=48 ms
time=87 ms
time=56 ms
ping выводит результат исследования удаленного узла в следующем формате: 64
bytes from 192.168.120.1 — размер полученного ответа и адрес источника ответа.
В NET-Simulator размер пакета имеет условное значение и всегда равен 64B.
icmp_seq=0 — номер пакета. Каждый запрос содержит свой номер, как правило
формируется инкрементно. ping выводит номер пакета из каждого полученного ответа.
ttl=62 — значение TTL из полученного ответа. time=48 ms — время прохождения
пакетом полного маршрута (туда и обратно, round-trip time) в миллисекундах.
arp — показывает ARP-таблицу устройства. Кроме того опция -r позволяет
сформировать запрос для определения MAC-адреса по явно заданному IP-адресу. Эта
функция обычно отсутствует в реальных устройствах, в NET-Simulator она добавлена для
наглядности при изучении протоколов канального и сетевого уровня.
arp [-h] [-r <IP-address> <interface>]
Опции
Описание
Краткая справка.
-h
Прежде чем вывести ARP-таблицу предпринимает попытку
найти MAC-адрес по явно заданному IP-адресу. IP-r <IPaddress IP-адрес для которого определяется MAC-адрес.
address> <interface>
interface имя интерфейса в сети подсоединенной к
которому будет происходить поиск.
Если arp вызывается без параметров, то команда выводит на экран ARP-таблицу:
=>arp
Address
10.0.0.10
10.0.0.11
HWaddress
0:0:0:0:BC:0
0:0:0:0:1F:2
iface
eth0
eth0
=>arp -r 192.168.120.12 eth1
Address
HWaddress
10.0.0.10
0:0:0:0:BC:0
10.0.0.11
0:0:0:0:1F:2
192.168.120.12
0:0:0:0:12:1
iface
eth0
eth0
eth1
Примеры:
mactable — показывает таблицу MAC-адресов коммутаторов второго уровня.
mactable [-h]
Опции
-h
Краткая справка.
Примеры:
Описание
=>mactable
MACAddress
0:0:0:0:B3:0
0:0:0:0:2F:2
0:0:0:0:03:0
port
0
0
3
Где port — номер порта на коммутаторе. Нумерация портов идет по порядку начиная
с нуля.
3. Содержание работы
3.1. Исходные данные к заданию
Фрагмент модели ЛВС (спроектированной на лабораторной работе №1) .
3.2. Перечень задач по моделированию ЛВС

исследовать пример модели ЛВС в Net-Simulator, который открывается при первом
запуске приложения. В примере проверить работу терминалов рабочих станций,
свитчей (switch), маршрутизатора (router). Исследовать таблицу маршрутизации и
конфигурировании сетевых интерфейсов;

построить часть своей модели ЛВС (спроектированной на лабораторной работе №1) с
не менее чем 10 рабочими станциями, 4 свитчами (switch), 1 маршрутизатором
(router), 2 хабами (hab).
3.3. Содержание отчета

модель выбранного фрагмента ЛВС в программе Net-Simulator;

конфигурация 2 рабочих станций (результаты команд ifconfig, route) в разных
фрагментах ЛВС по отношению к маршрутизатору;

проверка маршрута между этими 2 рабочими станциями (результат команды ping – 45- строк);

выводы.
Список литературы
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Спб.: Питер, 2005. -672с.
2. Конспект лекций по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»
3. http://www.net-simulator.org, симулятор вычислительных сетей, сайт программы
4. http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp, виртуальная машина Java