Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Данная курсовая на тему “Проектирование маршрутизации в трёх двухуровневых сетях с использованием протокола RIP” посвящена разработке методов и средств организации динамической структуры компьютерной сети большой размерности на предприятии ООО “ Бриг”.

Прогресс не стоит на месте, требования к технологиям тоже растут. Это также коснулось и протоколов маршрутизации. Наблюдается увеличение потребности в использовании компьютерных сетей, в повышение их мобильности.

Целью работы является повышение эффективности процесса маршрутизации за счет оптимизации динамической структуры компьютерной сети большой размерности. В задачи этой курсовой работы входят:

1) Проектирование маршрутизации в трёх двухуровневых сетях с использованием протокола RIP.

2) Закрепление практических навыков проектирования, приобретенных на занятиях по дисциплине “Построение масштабируемых объединенных сетей”.

3) Приобретение навыка сбора информации и ее обработки.

4) Усовершенствование теоретических и практических знаний.

Протоколы маршрутизации используются для сбора информации о топологии межсетевых соединений. Под протоколом маршрутизации в сетях передачи данных будем понимать формальный набор правил и договоренностей по обмену сетевой информацией между маршрутизаторами для определения маршрута передачи данных, который удовлетворяет заданным параметрам качества обслуживания и обеспечивает сбалансированную нагрузку всей компьютерной сети в целом.

1. Технико-экономическая характеристика предметной области и предприятия

1.1 Характеристика предприятия и его деятельности

ООО «Бриг» создано в форме общества с ограниченной ответственностью. Общество является юридическим лицом, имеет самостоятельный баланс, фирменное наименование, бланки и печать со своим наименованием, расчетный и иные счета в учреждениях банках. Осуществляет свою деятельность в соответствии с действующим законодательством и Уставом.

Общество с ограниченной ответственностью «Бриг» создано в соответствии с Гражданским кодексом Российской Федерации и Федеральным законом «Об обществах с ограниченной ответственностью» №14-ФЗ от 08.02.1998г. и зарегистрировано постановлением главы Администрации Кировского района г. Уфы №903 от 3 мая 2000г. Сокращенное название организации ООО «Бриг».

Юридический адрес организации: 450077, г. Уфа, ул. Айская, 46.

Почтовый адрес организации: 450078, г. Уфа, ул. С.Агиша, 2/1.

Телефон/факс офиса: (3472) 78-60-60, 78-60-50.

ООО «Бриг» обладает полной хозяйственной самостоятельностью в вопросах определения формы управления, принятия хозяйственных решений, сбыта, установления цен, оплаты труда, распределения чистой прибыли.

Целью создания ООО «Бриг» является производство продукции, выполнение работ и оказание услуг для удовлетворения общественных потребностей и получения прибыли, а также организация и развития сети супермаркетов с системой самообслуживания, широким ассортиментом товаров.

Основными источниками осуществления хозяйственной деятельности предприятия являются уставный капитал, прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия и распределяемая по фондам, кредиты банков. Эти суммы образуют имущество предприятия, состоящее из оборотных и иммобилизованных активов, являющихся средствами осуществления деятельности предприятия.

Свою деятельность предприятие осуществляет с соблюдением норм действующего законодательства, включая Гражданский кодекс законов «О защите прав потребителя», «О лицензировании определенных видов деятельности», правил торговли и т.д.

Предприятие самостоятельно, в пределах образования фондов, распоряжается прибылью, полученной в результате деятельности предприятия, оставшейся после уплаты налогов и других обязательных платежей по статьям расходов, предусмотренных действующим законодательством, актами органов местного самоуправления, учредительными документами, иными локальными актами предприятия, разработанными и утвержденными фирмой в установленном порядке.

Предприятие строит свои отношения с юридическими и физическими лицами во всех сферах хозяйственной деятельности на основе договоров в соответствии с действующим законодательством и Уставом ООО «Бриг». В своей деятельности предприятие исходит из интересов потребителей, их требований к качеству работ, услуг и других условий хозяйственных взаимоотношений, не противоречащих действующему законодательству и Уставу ООО «Бриг».

В настоящее время торговая сеть ООО «Бриг» включает в себя 30 магазинов эконом-класса, расположенных на «красной линии», что обеспечивает постоянный приток покупателей и высокие объемы реализации по всем группам товаров.

Ассортиментный перечень продукции в торговой сети ООО «Бриг» насчитывает 25000 наименований, включая продукты питания и непродовольственные товары.

Все магазины представляют собой современные торговые предприятия, оснащенные дорогостоящим технологическим и торговым оборудованием, где трудятся около 1900 профессионально подготовленных работников.

В настоящее время ООО «Бриг» перешло на централизованную модель управления торговой розничной сетью, при которой управление всеми магазинами, управление закупками, товарными запасами, оборотными активами, маркетинговой политикой, розничными ценами осуществляется из центрального офиса, считая ее наиболее эффективной.

Характеристика данных показателей, определяющих интенсивность использова­ния производственных ресурсов, приводится в табличной форме (таблица 1.).

Наименование показателя	2011г	2012г	Изменения (+,-), тыс.руб.	Темп роста (ТРi),%
Выручка от реализации, тыс. руб.	340969	329602	-11367	96,7
Среднесписочная численность персонала, чел.	653	750	97	114,9
Материальные затраты, тыс. руб.	167093	198003	30910	118,5
Среднегодовая стоимость основных фондов, тыс. руб.	7704	8236	532	106,9
Среднегодовая стоимость оборотных средств, тыс. руб.	137177	19177	-118000	14,0
Производительность труда, тыс. руб./чел.	522,2	439,5	-82,7	84,2
Материалоотдача, руб./руб.	2,04	1,66	-0,38	81,58
Фондоотдача, руб./руб.	44,26	44,34	0,08	100,18
Фондоемкость, руб./руб.	0,022	0,025	0,003	1,14
Фондовооруженность, руб./чел.	11,8	10,98	-0,82	0,93
Коэффициент оборачиваемости оборотных средств, обороты	2,5	17,2	14,7	691,5

Таблица 1. Динамика показателей интенсивности использования производственных ресурсов

В 2012 г. наблюдается снижение производительности труда на 82,7 тыс. руб. или на 15,8%, что привело к снижению выручки от реализации на 11367 тыс. руб. или на 3,3%. Однако тем снижения выручки был ниже темпа снижения производительности за счет увеличения численности на 97 чел. Материальные затраты в 2012 г. увеличились на 18,5%, это связано с перерасходом материалов, об этом же и говорит снижение материалоотдачи на 18,5%. Фондоотдача говорит о том, что в конце периода ООО «Бриг» получало 44,34 руб. выручки на 1 руб. основных производственных фондов (44,26 руб. на начало). Рост этого показателя незначительный, что объясняется сокращением выручки. Оборачиваемость показывает, что средства, вложенные в активы, оборачиваются со скоростью 17,2 оборота в год (2,5 на начало периода). Увеличение этого показателя может свидетельствовать о том, что ООО «Бриг» стало использовать свои активы более эффективно.

1.2. Современные методы построения сетей для решения сходных задач

RIP - протокол дистанционно-векторной маршрутизации, использующий для нахождения оптимального пути алгоритм Беллмана-Форда. Алгоритм маршрутизации RIP- один из самых простых протоколов маршрутизации. Каждые 30 секунд он передает в сеть свою таблицу маршрутизации. Основное отличие протоколов в том, что RIPv2 (в отличие от RIPv1) может работать по мультикасту, то есть, рассылаясь на мультикаст адрес. Максимальное количество "хопов" (шагов до места назначения), разрешенное в RIP1, равно 15 (метрика 15). Ограничение в 15 хопов не дает применять RIP в больших сетях, поэтому протокол наиболее распространен в небольших компьютерных сетях. Вторая версия протокола — протокол RIP2 была разработана в 1994 году и является улучшенной версией первого. В этом протоколе повышена безопасность за счет введения дополнительной маршрутной информации. Принцип дистанционно-векторного протокола: каждый маршрутизатор, использующий протокол RIP периодически широковещательно рассылает своим соседям специальный пакет-вектор, содержащий расстояния (измеряются в метрике) от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей. Маршрутизатор получивший такой вектор, наращивает компоненты вектора на величину расстояния от себя до данного соседа и дополняет вектор информацией об известных непосредственно ему самому сетях или сетях, о которых ему сообщили другие маршрутизаторы.

Метрика RIP состоит из количества переходов, и максимально допустимое значение этой метрики составляет 15. Все, что превышает 15, считается бесконечным. Для описания бесконечного значения в RIP можно использовать значение 16. Компания Cisco рекомендует использовать при перераспределении протоколов в RIP низкие метрики, например, 1. Высокая метрика, такая как 10 еще больше ограничивает RIP. Если для перераспределяемых маршрутов определить метрику 10, эти маршруты можно будет объявлять только маршрутизаторам, которые находятся на расстоянии до 5 переходов, после которых метрика (количество переходов) превысит значение 15. Определяя для метрики значение 1, вы разрешаете маршруту максимальное количество переходов в домене RIP. Однако это увеличивает возможность петель маршрутизации, если есть несколько точек перераспределения и маршрутизатор получает данные о сети с лучшей метрикой из точки перераспределения, а не из оригинального источника, как описано в разделе Административное расстояние этого документа. Поэтому необходимо, чтобы метрика была не слишком высокой (не препятствовала объявлению маршрута всем маршрутизаторам) и не слишком низкой (не приводила к петлям маршрутизации, если есть несколько точек перераспределения).

Дополненный вектор маршрутизатор рассылает всем своим соседям. Маршрутизатор выбирает из нескольких альтернативных маршрутов маршрут с наименьшим значением метрики, а маршрутизатор, передавший информацию о таком маршруте, помечается как следующий (next hop). Протокол непригоден для работы в больших сетях, так как засоряет сеть интенсивным трафиком, а узлы сети оперируют только векторами-расстояний, не имея точной информации о состоянии каналов и топологии сети. Сегодня даже в небольших сетях протокол вытесняется превосходящими его по возможностям протоколами EIGRP и OSPF.

Протокол RIP является наиболее часто используемым протоколом (в основном из-за того, что он был включен в стандартную поставку популярной ОС BSD UNIX 4.x). Идея его такова:

Каждый маршрутизатор сообщает своим соседям о видимых им сетях, пересылая им свою таблицу маршрутизации. В таблицах "лучшие" маршруты идут первыми. "Лучшим" маршрутом считается не наискорейший маршрут, а содержащий наименьшее количество хопов. Тем самым совсем не учитывается пропускная способность каналов, которая влияет на скорость передачи данных. Для преодоления данной проблемы в таблицы маршрутизации добавляют веса дуг(каналов), которые обратно пропорциональны пропускной способности канала. При формировании маршрута данные веса суммируются, и лучшим маршрутом будет считаться тот, у которого сумма весов является наименьшей.

Данный протокол обладает рядом недостатков:

• Не предусмотрена защита от циклических маршрутов. Поэтому системный администратор должен проверить их отсутствие в таблицах.
• Максимальное количество хопов в маршруте 15, что делает его непригодным для применения в больших сетях и большим количеством роутеров.
• Протокол обладает таким свойством как SlowConvergence. Медленное перестроение таблиц маршрутизации на роутерах при изменении топологии сети. Это связано с тем, что роутеры пересылают всю таблицу маршрутизации, и перед сеансами связи есть некоторые промежутки времени. Из-за них как раз и может возникнуть такая ситуация, что далеко расположенные роутеры будут пересылать пакеты по маршруту, в который входит отключенный канал. (Чтобы уменьшить время перестроения таблиц, было ограничено число хопов пятнадцатью.)

Как решения этой проблемы возможны варианты:

1) Переждать некоторое время, пока все роутеры в сети получат сообщение об отключении канала и перестроят свои таблицы маршрутизации. (Ждать приходится довольно долго)

2) "Разграничение горизонтов". Маршрутизатор запоминает имя интерфейса, с которого пришло сообщение об отключении канала и перестает пересылать на этот интерфейс пакеты. И при дальнейшей пересылке таблиц маршрутизации не пересылать сообщения о возможности прохождения пакетов по маршрутам через данный интерфейс. (Тут возникают проблемы в соединении между фреймами сети.)

Рисунок 1.

Маршрутизация - процесс определения в сети наилучшего пути, по которому пакет может достигнуть адресата. Динамическая маршрутизация может быть осуществлена с использованием одного и более протоколов (RIP v2, OSPF и др.).

Динамическая маршрутизация — вид маршрутизации, при котором таблица маршрутизации заполняется и обновляется автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации (RIP, OSPF, EIGRP, BGP).

Каждый протокол маршрутизации использует свою систему оценки маршрутов (метрику). Маршрут к сетям назначения строится на основе таких критериев как: количество ретрансляционных переходов, пропускная способность канала связи, задержки передачи данныхи др.

Маршрутизаторы обмениваются друг с другом информацией о маршрутах с помощью служебных пакетов по протоколу UDP. Такой обмен информации увеличивает наличие дополнительного трафика в сети и нагрузку на эту сеть. Возможна также ситуация, при которой таблицы маршрутизации на роутерах не успевают согласоваться между собой, что может повлечь появление ошибочных маршрутов и потерю данных.

Протоколы маршрутизации делятся на три типа:дистанционно векторные протоколы (RIP), протоколы с отслеживанием состояния каналов (OSPF), смешанные протоколы (EIGRP) и др.

1.2.1 RIP обновления

RIP использует единственную метрику маршрутизации, чтобы измерить расстояние между источником и сетью назначения и называется hopcount. Число прыжков (hopcount) - это количество маршрутизаторов, через которые может пройти пакет по данному маршруту. Каждому хопу в пути от источника к получателю присваивается значение числа переходов, которое, как правило, равно 1. Когда маршрутизатор получает обновление маршрутной информации, которая содержит новую или измененную запись об адресате, маршрутизатор добавляет 1 к значению метрики указанную в обновлении и пишет сеть в таблицу маршрутизации. IP-адрес отправителя используется в качестве следующего хопа. Непосредственно подключенная сеть к маршрутизатору имеет метрику нуль; недоступные сети имеет метрику 16. Этот небольшой диапазон метрики RIP делает непригодными протокол маршрутизации для больших сетей. Если сеть сетевого интерфейса не указана, она не будет вещаться ни в каком RIP обновлении.

1.2.2 RIP версии 1 и RIP версия 2 и аутентификация

RIP v.1 не поддерживает маски, т. е. он распространяет между маршрутизаторами информацию только о номерах сетей и расстояниях до них, но не о масках этих сетей, считая, что все адреса принадлежат к стандартным классам A, B или С. RIP v.2 передает данные о масках сетей, поэтому он в большей степени соответствует современным требованиям.

По умолчанию, Cisco IOS умеет принимать только RIP пакеты версий 1 и 2, но отправляет только версии 1. Вы можете настроить IOS, чтобы получать и отправлять только пакеты версии 1. Кроме того, вы можете настроить IOS, чтобы получать и отправлять пакеты только версии 2. Чтобы переопределить поведение по умолчанию, вы можете указать, какие RIP версии посылать интерфейсу. Кроме того, вы также можете управлять тем, как обрабатываются пакеты, полученные от интерфейса.

RIP версии 1 не поддерживает аутентификацию. Если вы отправляете и получаете RIP Version2, вы можете включить проверку подлинности RIP на интерфейсе.

Ключевой блок (KeyChain) определяет набор ключей, которые можно использовать на интерфейсе. Если Ключевой блок не настроен проверка подлинности не выполняется на этом интерфейсе.

Мы поддерживаем два режима проверки подлинности на интерфейсе, для которого включена RIP аутентификация: простая текстовая аутентификация и аутентификация MD5. Проверка подлинности по умолчанию в каждом пакете RIP версии 2 является простой текстовой аутентификацией.

1.2.3 Конфигурация RIP

Все что необходимо сделать на IOS маршрутизаторе это объявить интерфейсы, которые участвуют в RIP через команду network и включить сам протокол RIP на устройстве.

1.2.4 Конфигурация R1

"interface FastEthernet0/0

ipaddress 1.0.0.1 255.255.0.0

duplex auto

speed auto

!

interface Serial0/0

ip address 12.0.0.1 255.255.0.0

encapsulation frame-relay

clock rate 2000000

frame-relay map ip 12.0.0.2 102 broadcast

!--Включаем протокол RIP

routerrip

!-- Объявляем интерфейсы которые участвуют в RIP

network 1.0.0.0

network 12.0.0.0

!"

1.2.5 Конфигурация R2

"interface FastEthernet0/0

ip address 2.0.0.2 255.255.0.0

duplex auto

speed auto

!

interface Serial0/0

ip address 12.0.0.2 255.255.0.0

encapsulation frame-relay

clock rate 2000000

frame-relay map ip 12.0.0.1 201 broadcast

!-- Включаем протокол RIP

routerrip

!-- Объявляем интерфейсы которые участвуют в RIP

network 2.0.0.0

network 12.0.0.0

!"

Посмотрим на таблицу маршрутизации роутера R1.

Рисунок 2.

Здесь мы видим, что R1 изучил сеть 2.0.0.0/8 от роутера R2. Также заметим, что R2 на самом деле имеет сеть 2.0.0.0/16 на своем Fa0/0 интерфейсе. Но по умолчанию R2 высылает апдейты RIP версии 1, в котором нем понятия маски, а сеть 2.0.0.0 - является сетью класса A, а значит имеет маску 255.0.0.0.

Включив debugiprip на маршрутизаторе, мы можем посмотреть, как происходят обновления маршрутной информации.

Рисунок 3.

Здесь мы наблюдаем периодическую рассылку полной маршрутной информации, которая происходит каждые 30 сек. На следующей страницы можно более подробно ознакомится с принципами Обмена маршрутной Информацией между RIP-маршрутизаторами.

1.2.6 Методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP

Несмотря на то что протокол RIP не способен полностью исключить переходные состояния в сети, когда некоторые маршрутизаторы пользуются устаревшей информацией о несуществующих уже маршрутах, отчасти подобные проблемы решаются при помощи специальных методов.

Так, трудности, возникающие от появления петли между соседними маршрутизаторами, предотвращаются с помощью метода, получившего название «расщепление горизонта» (splithorizon). Он заключается в том, что маршрутная информация о некоторой сети, хранящаяся в таблице маршрутизации, никогда не передается маршрутизатору, от которого она получена (это тот маршрутизатор, который является следующим в данном маршруте).

Однако расщепление горизонта не помогает в тех случаях, когда петли образуют не два, а несколько маршрутизаторов.

Для предотвращения зацикливания пакетов по составным петлям при отказах связей применяется два других приема, называемых «принудительные обновления» (triggeredupdate) и «замораживание изменений» (holddown).

Способ принудительных обновлений состоит в том, что, получив данные об изменении метрики до какой-либо сети, маршрутизатор не ждет истечения периода передачи таблицы маршрутизации, а передает данные об изменившемся маршруте немедленно. Этот прием помогает во многих случаях предотвратить передачу устаревших сведений об отказавшем маршруте, но он перегружает сеть служебными сообщениями, поэтому принудительные объявления также делаются с некоторой задержкой. В связи с этим возможна ситуация, когда регулярное обновление на каком-либо маршрутизаторе опередит поступление принудительного обновления от предыдущего маршрутизатора в цепочке, и данный маршрутизатор успеет передать по сети устаревшую информацию о несуществующем маршруте.

Второй прием позволяет исключить подобные ситуации. Он связан с введением тайм-аута на принятие новых данных о только что ставшей недоступной сети и предотвращает принятие устаревших сведений о конкретном маршруте от тех из них, кто находится на некотором расстоянии от отказавшей связи и передает устаревшие сведения о ее работоспособности. Предполагается, что в течение тайм-аута замораживания изменений эти маршрутизаторы вычеркнут данный маршрут из своих таблиц, так как не получат о нем новых записей и не будут распространять устаревшую информацию.

1.2.7 Алгоритмы маршрутизации

Основной задачей сетевого уровня является маршрутизация пакетов. Пакеты маршрутизируются всегда, независимо от того, какую внутреннюю организацию имеет транспортная среда - с виртуальными каналами или дейтаграммную. Разница лишь в том, что в первом случае этот маршрут устанавливается один раз для всех пакетов, а во втором - для каждого пакета. В первом случае говорят иногда о маршрутизации сессии, потому что маршрут устанавливается на все время передачи данных пользователя, т.е. сессии.

Алгоритм маршрутизации - часть программного обеспечения сетевого уровня. Он отвечает за определение, по какой линии отправлять пакет дальше. Вне зависимости от того, выбирается маршрут для сессии или для каждого пакета в отдельности, алгоритм маршрутизации должен обладать рядом свойств: корректностью, простотой, устойчивостью, стабильностью, справедливостью и оптимальностью. Если корректность и простота комментариев не требуют, то остальные свойства надо разъяснить.

Алгоритм маршрутизации должен быть устойчивым, т.е. сохранять работоспособность независимо ни от каких сбоев или отказов в сети, изменений в ее топологии (отключение хостов, машин транспортной подсети, разрушения каналов и т.п). Алгоритм маршрутизации должен адаптироваться ко всем таким изменениям, не требуя перезагрузки сети или остановки абонентских машин.

Стабильность алгоритма - также весьма важный фактор. Существуют алгоритмы маршрутизации, которые никогда не сходятся к какому-либо равновесному состоянию, как бы долго они ни работали. Это означает, что адаптация алгоритма к изменениям в конфигурации транспортной среды может оказаться весьма продолжительной. Более того, она может оказаться сколь угодно долгой.

Справедливость значит, что все пакеты, вне зависимости от того, из какого канала они поступили, будут обслуживаться равномерно, никакому направлению не будет отдаваться предпочтение, для всех абонентов будет всегда выбираться оптимальный маршрут. Надо отметить, что справедливость и оптимальность часто могут вступать в противоречие друг с другом. Прежде чем искать компромисс между оптимальностью и справедливостью, мы должны решить, что является критерием оптимизации. Один из возможных критериев - минимизация средней задержки пакета. Другой - максимизация пропускной способности сети. Однако эти критерии конфликтуют. Согласно теории массового обслуживания, если система с очередями функционирует близко к своему насыщению, то задержка в очереди увеличивается. Как компромисс, во многих сетях минимизируется число переходов между маршрутизаторами - один такой переход мы будем называть скачком (hop). Уменьшение числа скачков сокращает маршрут, а, следовательно, сокращает задержку, а также минимизирует потребляемую пропускную способность при передаче пакета. Алгоритмы маршрутизации можно разбить на два больших класса: адаптивные и неадаптивные. Неадаптивные алгоритмы не принимают в расчет текущую загрузку сети и состояние топологии. Все возможные маршруты вычисляются заранее и загружаются в маршрутизаторы при загрузке сети. Такая маршрутизация называется статической маршрутизацией. Адаптивные алгоритмы, наоборот, определяют маршрут, исходя из текущей загрузки сети и топологии. Адаптивные алгоритмы различаются тем, где и как они получают информацию (локально от соседних маршрутизаторов или глобально от всех), когда они меняют маршрут (каждые Т секунд, когда меняется нагрузка, когда меняется топология), какая метрика используется при оптимизации (расстояние, число скачков, ожидаемое время передачи).

2. Разработка проектных решений

2.1. Разработка и обоснование структуры сети

Рассматриваемая сеть имеет четыре уровня иерархии. Вся сеть разбивается на три региона. В каждом регионе содержится 50 кампусов, в которых 10 подразделений, на каждое из которых выделяется подсеть. На нижнем уровне иерархии располагаются адреса хостов. В каждом подразделении – не менее 200 хостов.

Для раздачи адресов внутри корпоративной сети будем использовать один из частных диапазонов – 10.0.0.0/8, обладающий наибольшей емкостью адресного пространства – 24 бита.

В соответствии с заданием доступные биты адресов необходимо разделить между 4 уровнями иерархии. На каждый уровень иерархии необходимо выделить такое количество бит, которое достаточно для адресации содержащихся на данном уровне элементов. Биты, принадлежащие одному уровню иерархии, должны идти подряд, более высокие уровни должны располагаться левее более низких. Биты, оставшиеся после выделения каждому уровню минимального числа бит, равномерно распределяются между всеми уровнями для обеспечения возможного дальнейшего роста сети.

Для реализации распределения адресного пространства между различными уровнями используем бесклассовую модель назначения адресов, применяя маски для различных структурных единиц нашей сети.

Исходя из задания рассчитано минимально необходимое число бит, которое требуется отвести под адресацию регионов, кампусов и хостов, а также реально используемое число бит адреса. Итоговое распределение бит между уровнями и максимально возможное количество единиц каждого уровня приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Распределение бит для адресации подсетей

Уровень	Реальное количество единиц уровня	Выделенное число бит	Максимальное количество единиц уровня
Регионы	3	3	6
Подразделения	10	5	30
Хосты	200	9	510

P-адрес состоит из 4 байт. В нашем случае 1-й байт, равный 10, отведен под номер сети, следующие 3 бита – под регион, 7 бит – под кампус, 5 бит – под подразделение, последние 9 бит – под номер хоста (рисунок 2).

Рисунок 2. Распределение битов адресного пространства

В таблице 3 указаны номера регионов, соответствующие им двоичные биты в IP-адресе, маски и диапазоны адресов.

Таблица 3

Диапазоны адресов регионов

Номер региона	Код региона	Диапазон IP-адресов региона	Двоичный IP-адрес подсети региона	Маска региона
1 (A)	001	10.32.0.1-10.63.255.254	00001010. 00100000. 0.0	255.224.0.0
2 (B)	010	10.64.0.1-10.95.255.254	00001010. 01000000. 0.0
3 (C)	011	10.96.0.1-10.127.255.254	00001010. 01100000. 0.0

Очевидно, что адреса для каждого кампуса выделяются из диапазона адресов того региона, к которому относится данный кампус. В таблице 4приведено распределение адресов для кампусов первого региона. В остальных регионах распределение адресов между кампусами производится аналогично.

Таблица 4

Диапазоны адресов кампусов первого региона

Номер кампуса	Код кампуса	Диапазон IP-адресов кампуса	Двоичный IP-адрес подсети кампуса	Маска кампуса
1	0000001	10.32.64.1-10.32.127.254	00001010.00100000.01000000.0	255.255.192.0
2	0000010	10.32.128.110. 32.191.254	00001010.00100000.10000000.0
3	0000011	10. 32.192.1-10. 32.255.255	00001010.00100000.11000000.0
4	0000100	10.33.0.1-10.33.63.254	00001010.00100001.00000000.0
5	0000101	10.33.64.1-10.33.127.254	00001010.00100001.01000000.0
…
50	0110010	10. 44.128.1-10.44.191.254	00001010.00101100.10000000.0

2.2. Выбор и обоснование используемых протоколов

Появление новой версии протокола IP (IPv6, в настоящее время используется IPv4) обусловлено целым рядом причин. Одна из основных - стремительный рост всемирной сети Интернет. Фундаментальным принципом построения сетей на основе протокола IP, необходимым для правильной маршрутизации и доставки пакетов, является уникальность сетевых адресов, т.е. каждый IP-адрес может принадлежать только одному устройству. На сегодняшний день остались невыделенными около 1 400 000 000 адресов из возможных 4 294 967 296, то есть примерно 30%, чего должно хватить на несколько лет, а может быть и более. Дефицит адресов пока выражается в основном в том, что, адрес класса A не смог бы получить никто. Таких адресов может существовать всего 128 (формат: 0, адрес сети - 7 бит, адрес хоста - 24 бита), но каждый из них содержит 16 777 216 адресов. Однако появившиеся в последнее время новые устройства для доступа в Интернет и развитие цифрового телевидения, которое собирается превратить каждый телевизор в интернет-устройство, могут быстро исчерпать имеющиеся запасы неиспользованных адресов. Если в компьютерных сетях для выхода в Интернет могут применяться технологии типа NAT (Network Address Translation, — преобразование сетевого адреса), при которой для взаимодействия с окружающей средой используется всего несколько уникальных адресов, предоставляемых, возможно, провайдером, а внутри локальной сети адресация может быть достаточно произвольной, то для сетевого телевизора этот способ не подходит, так как каждому устройству требуется свой уникальный адрес.

Кроме всего прочего, новые возможности предъявляют к протоколам сетевого уровня, каковым является IP, совершенно новые требования в части легкости получения и смены адресов, полностью автоматического конфигурирования (представьте себе домохозяйку, настраивающую DNS своего телевизора). Если новый протокол не появится своевременно, то фирмы-провайдеры начнут внедрять свои собственные, что может привести к невозможности гарантированного соединения «всех со всеми». Открытый протокол, удовлетворяющий требованиям необходимого адресного пространства, легкости конфигурирования и маршрутизации, способный работать совместно с имеющимся IPv4, поможет сохранить способность к соединению между собой любых устройств, поддерживающих IP, при наличии новых возможностей, которые основаны на анализе использования IPv4. Кроме того, остается еще одна проблема: уникальность адреса вовсе не означает, что устройство будет правильно функционировать. Адреса нужны в первую очередь не для того, чтобы «всех пересчитать», а для правильной маршрутизации при доставке пакетов. Таким образом, для беспрепятственного роста Интернета необходимо не только наличие свободных адресов, но и определенная методика их выделения, позволяющая решить проблему масштабируемости. Сведение к минимуму накладных расходов на маршрутизацию является сегодня одной из основных проблем, и ее важность будет возрастать в дальнейшем по мере роста Сети. Просто присвоить устройству адрес недостаточно, необходимо еще обеспечить условия для правильной маршрутизации с минимальными накладными расходами.

Некоторую аналогию можно провести с телефонными номерами — первым идет код страны, за ним код города, а затем собственно номер, состоящий, в свою очередь, из кода АТС и собственно номера абонента. История нового протокола восходит к концу 1992 года. Именно тогда IETF (Internet Engineering Task Force — рабочая группа по технической поддержке Интернет) приступила к анализу данных, необходимых для разработки нового протокола IP. К концу 1994 года был утвержден рекомендательный стандарт и разработаны все необходимые для реализации протокола вспомогательные стандарты и документы. IPv6 является новой версией старого протокола, разработанной таким образом, чтобы обеспечить совместимость и «мягкий» переход, не приуроченный к конкретной дате и не требующий одновременных действий всех участников. По некоторым прогнозам, совместное существование двух протоколов будет продолжаться до десяти и более лет. Учитывая то обстоятельство, что среди выделенных типов адресов IPv6 имеется специальный тип адреса, эмулирующий адрес IPv4, можно ожидать относительно спокойного перехода, не сопровождающегося крупными неудобствами и неприятностями. Фактически на одном компьютере могут работать оба протокола, каждый из которых подключается по мере необходимости.

Однако использование старых адресов не является выходом из положения, поэтому протокол IPv6 предусматривает специальные возможности по присвоению новых адресов и их замене без вмешательства (или при минимальном вмешательстве) персонала. Для этого предусмотрена привязка к компьютеру не IP-адреса, а интерфейса. Сам же интерфейс может иметь несколько адресов, принадлежащих к трем категориям: действительный, прошлый, недействительный. При замене адреса «на лету» новый адрес становится действительным, а старый — прошлым. Все вновь осуществляемые соединения производятся при помощи действительного адреса, но уже имеющиеся продолжаются по прошлому адресу. Через некоторое время, которое может быть выбрано достаточно большим, чтобы гарантировать полный разрыв всех соединений по прошлому адресу, он переходит в категорию недействительных. Таким образом, практически гарантируется автоматическая замена адреса без участия персонала. Для полностью гарантированной автоматической замены адреса потребовалось бы внесение изменений в протоколы TCP и UDP, которые не входят в состав IP. Замена адресов осуществляется двумя способами — явным и неявным. Явный способ использует соответствующим образом, доработанный протокол DHCP. Неявный способ не требует наличия сервера DHCP, а использует адрес подсети, получаемый от соседей и мостов. В качестве адреса хоста используется просто MAC-адрес хоста, т.е. адрес, используемый на канальном уровне. Этот способ, при всем своем изяществе, по понятным причинам не может присваивать адреса, совместимые с IPv4, и поэтому в переходный период его применение будет ограничено. К сожалению, механизм выделения новых адресов не затрагивает таких аспектов, как обновление базы данных DNS, адресов серверов DNS, конфигурации маршрутизаторов и фильтров, а также тех приложений «клиент-сервер», которые используют привязку к адресу, что делает полную замену адресов локальной сети не менее трудоемким мероприятием, чем при применении IPv4.

Протокол IPv6 предполагает также значительные улучшения при работе в локальной сети. Единый протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol - протокол распознавания соседей) заменяет используемые в IPv4 протоколы ARP, ICMP и значительно расширяет их функциональные возможности. Вместо широковещательных пакетов канального уровня протокола ARP используются групповые сообщения (multicast), то есть адресованные всем членам подсети, причем не на канальном, а на сетевом уровне, что должно значительно снизить широковещательный трафик, являющийся бичом локальных сетей Ethernet. Усовершенствованы функции протокола ICMP, что облегчает работу разных подсетей в одном физическом сегменте. Включен механизм распознавания неисправных маршрутизаторов, что позволяет повысить устойчивость к сбоям оборудования. В дополнение к имевшимся ранее двум типам адресации - Unicast и Multicast (доставке уникальному получателю или группе получателей) - добавлен третий, Anycast, при котором осуществляется доставка любому получателю из группы. Существенное отличие нового протокола от старого заключается в том, что длина адресной части составляет 128 бит — в четыре раза больше, чем 32 бита у IPv4. Чтобы представить эту величину, достаточно сказать, что на каждом квадратном метре поверхности суши и моря можно разместить примерно 6,7х1023 адресов. Из заголовка пакета IP изъяты как некоторые неиспользуемые поля, что позволило сократить издержки, связанные с их обработкой, и уменьшить размер заголовка (он длиннее, чем у IPv4, всего в два раза, несмотря на учетверенный размер адресной части).

2.3. Выбор и обоснование решений по техническому и программному обеспечению сети

В качестве основного активного оборудования выбран Маршрутизатор ASUS RT-AC5300.

Богатый функционал маршрутизатора, включая технологию беспроводных сетей 802.11n (проект), обеспечивает максимальную производительность беспроводной сети.

Двухъядерный Broadcom BCM4709C0, работающий на частоте 1,4 ГГц дополнен 512 МБ оперативной памяти и 128 МБ флэш-памяти. Также в чипе используются контроллеры USB 2.0 и USB 3.0 для реализации соответствующих портов роутера.

Устройство оборудовано тремя радиоблоками Broadcom BCM4366. В диапазоне 2,4 ГГц поддерживаются стандарты до 802.11n включительно, а максимальная скорость соединения составляет 1000 Мбит/с. Для не совместимых с технологией Broadcom NitroQAM клиентов она меньше — «всего» 600 Мбит/с. В диапазоне 5 ГГц при работе с 802.11ac ситуация аналогичная — до 2167 Мбит/с для «правильных» клиентов и до 1734 Мбит/с для остальных. Если же говорить о массовых устройствах с одной, двумя и тремя антеннами, то для них скорости соединения составят 433, 867 и 1300 Мбит/с соответственно. Два радиоблока в диапазоне 5 ГГц работают с разными наборами каналов — для первого можно выбрать 36—64, а для второго — 100—116 и 132—140.

Как и ранее отметим, что технология MU-MIMO для данной модели формально заявлена, однако текущие версии прошивок ее не поддерживают, да и клиентов мы таких пока не видели.

Поскольку центральный процессор имеет только два порта PCIe, то для подключения трех радиоблоков по этому интерфейсу на плате дополнительно установлен коммутатор ASMedia ASM1182e. Какие конкретно чипы разделяют общий порт процессора неизвестно, однако учитывая их скоростные характеристики маловероятно, что такая схема будет негативно влиять на производительность роутера.

Встроенный в процессор сетевой коммутатор поддерживает пять гигабитных портов, что позволяет реализовать стандартную схему 1×WAN+4×LAN. Отметим, что в данной модели также есть возможность объединения первого и второго портов LAN по стандарту 802.3ad LACP для увеличения скорости и/или надежности соединения при наличии у пользователя соответствующего оборудования.

Как и следовало ожидать для такой мощной начинки, обе стороны печатной платы закрыты несколькими радиаторами, что позволяет обеспечить требуемый режим работы. Отметим также наличие на плате консольного разъема, который в данном случае не очень важен, поскольку в прошивке есть доступ к консоли через telnet и ssh.

Характеристики:

• Высокая скорость передачи данных по беспроводной сети - DIR-655 при взаимодействии с другими беспроводными клиентами 802.11n поддерживает скорость передачи данных до 300Мбит/с*. Это обеспечивает возможность работы с приложениями в реальном времени, включая потоковое видео, игры on-line и передачу аудио в реальном времени. Производительность этого беспроводного маршрутизатора 802.11n дает возможность организовать сеть, обеспечивающую большую скорость передачи по сравнению с устройствами 802.11g.
• Совместимость с устройствами (802.11b) (802.11g) (802.11n) (802.11ac) Расширенные функции межсетевого экрана - Web-интерфейс пользователя позволяет настроить расширенные функции управления сетью, включая:

Большая зона охвата сети Wi-Fi. Наличие в данном маршрутизаторе восьми антенн в конфигурации 4х4 (прием и передача данных, соответственно) означает большую зону покрытия беспроводной сети Wi-Fi. Уверенной передаче радиосигнала также способствует технология «формирования луча» AiRadar.

• RT-AC5300 – это маршрутизатор, рассчитанный на одновременное обслуживание множества клиентских устройств. Например, его пропускной способности хватит для передачи сразу нескольких потоков видео в формате Full-HD. Такие отменные скоростные качества станут особенно важны в ближайшем будущем по мере того, как в современных домах будет появляться все больше бытовых цифровых устройств с сетевым доступом, таких как IP-камеры, термостаты и т.д.

Три частотных диапазона. ASUS RT-AC5300 – это, фактически, три маршрутизатора в одном корпусе. Два работают в диапазоне 5 ГГц (на скорости до 2167 Мбит/с каждый), а третий - в диапазоне 2,4 МГц (1000 Мбит/с), причем все это функционирует одновременно, обеспечивая высочайшую скорость передачи данных, которая необходима для комфортной игры через интернет, просмотра потокового видео в высоком разрешении и быстрого скачивания файлов на каждом устройстве домашней сети.

• С помощью функции Link Aggregation можно объединить два проводных сетевых порта, а именно порты номер 1 и 2, в один суперскоростной (до 2 Гбит/с) при помощи двух кабелей Gigabit Ethernet5. Такое сверхскоростное соединение будет полезным, например, для подключения сетевого хранилища данных.

Адаптивная функция QoS. С помощью функции QoS пользователь может задать приоритет использования сетевого соединения, выбрав один из предустановленных режимов. Например, в режиме одиночной игры вся пропускная способность маршрутизатора будет выделена под игровое приложение, чтобы минимизировать задержки при передаче данных.

2.4. Контрольный пример реализации сети и его описание

Наша задача – настроить маршрутизацию по схеме, представленной на рисунке 6. При настройке сети должны быть включены порты.

Рисунок 6. Схема сети.

2.4.1 Настройка протокола RIP на маршрутизаторе R1

Входим в конфигурации в консоль роутера и выполняем следующие настройки (рисунок 7).

Router(config)#routerrip (Вход в режим конфигурирования протокола RIP). Router(config-router)#network 192.168.10.1 (Подключение клиентской сети к роутеру со стороны коммутатора S1).

Router(config-router)#network 192.168.20.1 (Подключение второй сети, то есть сети между роутерами).

Router(config-router)#version 2 (Задание использования второй версии протокол RIP).

Рисунок 7. Настройка протокола RIPv2 на маршрутизаторе Router1.

2.4.2 Настройка протокола RIP на маршрутизаторе R2

Входим в конфигурации роутера 2 и выполняем следующие настройки (рисунок 8).

Рисунок 8. Настройка протокола RIPv2 на маршрутизаторе R2.

Проверяем настройки коммутаторов и протокола RIP. Смотрим настройки протокола RIPv2 на маршрутизаторах R1 и R2 (рисунок 9).

Рисунок 9. Настройки маршрутизаторов R1 и R2.

Чтобы убедиться в том, что маршрутизаторы действительно правильно сконфигурированы и работают корректно, смотрим таблицу RIP роутеров, используя команду: Router#showiprouterip(рисунок 10 и 11).

Рисунок 10. Таблица маршрутизации R1.

Данная таблица показывает, что к сети 192.168.10.0 есть только один маршрут: через R1(сеть 10.10.0.1).

Рисунок 11. Таблицы маршрутизации R2.

Данная таблица показывает, что к сети 192.168.20.0 есть только один маршрут: через R2 (сеть 10.10.0.2). Проверяем связь между PC1 и PC2. Также проверим, что маршрутизация производится верно (рисунок 12).

Рисунок 12. Пинг с PC1 на PC2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Протокол RIP — действительно очень несложный протокол. В этом и состоит его преимущество, но вместе с тем и основной недостаток, поскольку при использовании этого протокола могут очень часто возникать маршрутные циклы. Необходимость введения дополнительных средств вызвана стремлением предотвратить возникновение маршрутных циклов, но в результате протокол становится более сложным.

Благодаря курсовой работе мы собрали всю информацию по протоколу RIP. Разобрали его достоинства и недостатки. Объявили интерфейсы, участвующие в RIP через команду network. Произвели обмен маршрутной информации. Разобрали методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP. Организовали внутренний сетевой уровень, что привело к более надежной и гибкой способности реагировать на ошибки и перегрузки. Изучили такие темы как: маршрутизация лавиной, маршрутизация на основе потока, маршрутизация по наикратчайшему пути и маршрутизация по состоянию канала. И самое главное, спроектировали маршрутизации с помощью протокола RIP, а также закрепили все практические навыки проектирования, приобретенные на занятиях по дисциплине “Построение масштабируемых объединенных сетей”, приобрели навыка сбора информации и ее обработки. Усовершенствовали теоретические и практические знания.

Протоколы маршрутизации используются для сбора информации о топологии межсетевых соединений. Под протоколом маршрутизации в сетях передачи данных будем понимать формальный набор правил и договоренностей по обмену сетевой информацией между маршрутизаторами для определения маршрута передачи данных, который удовлетворяет заданным параметрам качества обслуживания и обеспечивает сбалансированную нагрузку всей компьютерной сети в целом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боченина, Н.В. Информационные технологиив менеджменте: Учебное пособие / С.В. Синаторов, О.В. Пикулик, Н.В. Боченина. - М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2013. - 346 с.
2. Затонский, А.В. Информационные технологии: разработка информационных моделей и систем: Учеб. пос. / А.В.Затонский - М.: ИЦ РИОР: НИЦ ИНФРА-М, 2017 - 144с.
3. Коряковский, А.В. Информационные системы в организациях: Учебное пособие / А.О. Варфоломеева, А.В. Коряковский, В.П. Романов. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 383 с.
4. Черников, Б.В. Управленческие информационные технологии / Б.В. Черников. - 2-e изд., перераб. и доп. - М.: НИЦ Инфра-М, 2015. - 388 с.
5. Федотова, Е.Л. Информационные технологии и системы: Учебное пособие / Е.Л. Федотова. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ Инфра-М, 2013. - 372 с.
6. Гаврилов, Л.П. Бизнес-информатика/ Л.П. Гаврилов. - М.: НИЦ Инфра-М, 2015. - 268 с.
7. Васильев В. И., Катаев Т. Р., Свечников Л. А. Комплексный подход к построению интеллектуальной системы обнаружения атак. // Системы управления и информационные технологии. – Воронеж: Научная книга, 2017, – № 2. – С. 76-82.
8. Гагарина, Л.Г. Информационные технологии: Учебное пособие / Е.Л. Румянцева, В.В. Слюсарь; Под ред. Л.Г. Гагариной. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ Инфра-М, 2013. - 206 с.
9. Анализ защищенности: сетевой или системный уровень. Руководство по выбору технологии анализа защищенности. Пер. сангл. Лукацкого А. В., Цаплева Ю. Ю. Internet Security Systems, 2014. – C. 22-24.
10. Булгаков М. В., Левшун Д. С. Основные проблемы обеспечения защиты линий связи систем физической безопасности // Материалы 9- й конференции «Информационные технологии в управлении» (ИТУ-2016). 4-6 октября 2016 г. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. – С.665-669.
11. Васильев В. И., Катаев Т. Р., Свечников Л. А. Комплексный подход к построению интеллектуальной системы обнаружения атак. // Системы управления и информационные технологии. – Воронеж: Научная книга, 2017, – № 2. – С. 76-82.