Δίκτυα Υπολογιστών I Εργαστήρια

Transcript

1 Δίκτυα Υπολογιστών I Εργαστήρια Άσκηση 6 η Δίκτυα Ethernet Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Διδάσκων: Παπαπέτρου Ευάγγελος

2 2 1 Εισαγωγή Σκοπός της παρούσας άσκησης είναι η μελέτη των πρωτοκόλλων ανταγωνισμού (contention-based protocols). Συγκεκριμένα η άσκηση ασχολείται με τον αλγόριθμο πρόσβασης με ακρόαση φέροντος (Carrier Sense Multiple Access, CSMA), το πρωτόκολλο Ethernet και τις τοπολογίες διασύνδεσης με βάση το πρωτόκολλο αυτό. Ο αλγόριθμος CSMA προδιαγράφει μια πιθανοτική μέθοδο πρόσβασης σε ένα κοινό κανάλι. Σύμφωνα με τον αλγόριθμο, κάθε κόμβος στηρίζεται στην ακρόαση του φέροντος σήματος για να ανιχνεύσει αν υπάρχουν πακέτα που μεταδίδονται στο κοινό μέσο. Σύμφωνα με τον επίμονο αλγόριθμο CSMA (persistent CSMA), αν ο κόμβος ανιχνεύσει δραστηριότητα τότε αναμένει μέχρι αυτή να σταματήσει και κατόπιν προχωρά στην προσπάθεια για να μεταδώσει. Ο αλγόριθμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί όταν πολλοί κόμβοι είναι συνδεδεμένοι σε ένα κοινό κανάλι (π.χ. έναν ηλεκτρικό αγωγό) με τοπολογία αρτηρίας (bus topology) και στηρίζεται στο γεγονός ότι το σήμα που μεταδίδει κάθε κόμβος μπορεί να φτάσει σε όλους τους κόμβους που βρίσκονται συνδεδεμένοι στο κοινό μέσο. Επίσης, ο αλγόριθμος μπορεί να υλοποιηθεί και σε ένα δίκτυο όπου οι υπολογιστές είναι συνδεδεμένοι σε τοπολογία αστέρα, η οποία είναι και η πλέον διαδεδομένη. 2 Δίκτυα Ethernet σε τοπολογία αρτηρίας Σκοπός του πειράματος αυτού είναι η διασύνδεση των υπολογιστών σε ένα δίκτυο Ethernet με τοπολογία αρτηρίας και η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ αυτών. Η τοπολογία αρτηρίας είναι η βασική τοπολογία που περιγράφηκε στο πρότυπο Ethernet. Ωστόσο, για λόγους απόδοσης, η πλέον διαδεδομένη τοπολογία είναι αυτή του αστέρα, η οποία και θα αναλυθεί στην ενότητα 3. Στη συνέχεια περιγράφονται τα απαραίτητα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν για την υλοποίηση της τοπολογίας αρτηρίας. 2.1 Υλοποίηση τοπολογίας Το πρώτο βήμα πριν την υλοποίηση της τοπολογίας είναι να βεβαιωθείτε ότι έχει γίνει σωστά η ρύθμιση του πρωτοκόλλου IP στους δύο υπολογιστές. Για το σκοπό αυτό συμβουλευτείτε τις οδηγίες στην άσκηση 5 (ενότητα 1.2). Για την υλοποίηση της τοπολογίας αρτηρίας θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί το πάνω δεξιό τμήμα της διάταξης IT-4403 (Σχήμα 1). Για την σωστή ενεργοποίηση της διάταξης IT-4403 θα πρέπει να ακολουθήσετε τους κανόνες που περιγράφηκαν στην άσκηση 5 (ενότητα 1.1). Επίσης, πριν την ενεργοποίηση της διάταξης θα πρέπει να συνδέσετε τα βύσματα BNC στις κατάλληλες υποδοχές. Τα βύσματα αυτά περιέχουν αντιστάσεις που υλοποιούν αυτό που είναι γνωστό ως τερματισμός της γραμμής. Υπενθυμίζεται ότι οι τερματισμοί της γραμμής είναι απαραίτητοι

3 3 ώστε το σήμα από έναν υπολογιστή να μην ανακλάται και επομένως αποφεύγεται η παρεμβολή διαφορετικών σημάτων ή ενός σήματος και της ανάκλασής του. Αφού συνδεθούν οι τερματισμοί της γραμμής τότε είναι εφικτή η σύνδεση των υπολογιστών με τα καλώδια UTP Cat 5 (μπλε καλώδια). Αν η παραπάνω Σχήμα 1: Η διάταξη IT-4403 διαδικασία ολοκληρωθεί σωστά τότε θα πρέπει να είσαστε σε θέση από τον έναν υπολογιστή να ανιχνεύσετε την ύπαρξη του άλλου. Για τον σκοπό αυτό θα πρέπει να ακολουθήσετε μια από τις δύο μεθοδολογίες που περιγράφηκαν στην άσκηση 5 (ενότητα 1.3). 2.2 Ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ υπολογιστών Μετά την ολοκλήρωση του προηγούμενου βήματος είναι εφικτή η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών. Για τον σκοπό αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί το βοηθητικό λογισμικό. Μετά την έναρξη του λογισμικού θα πρέπει να επιλέξετε την ενότητα Bus Topology. Κατόπιν θα πρέπει να εκτελέσετε τα παρακάτω βήματα: Πατήστε την επιλογή Server μόνο σε έναν από τους υπολογιστές που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο. Σε κάθε άλλο υπολογιστή θα πρέπει να συμπληρώσετε στο πεδίο Server IP την διεύθυνση IP του Server και να πατήσετε την επιλογή Connect. Στο σημείο αυτό είναι εφικτή η αποστολή δεδομένων σε έναν υπολογιστή. Για το σκοπό αυτό στην ενότητα Send Info θα πρέπει να συμπληρωθούν: α) η διεύθυνση IP του υπολογιστή που θα πρέπει να λάβει τα δεδομένα (πεδίο DestIP ), και β) τα δεδομένα προς αποστολή (πεδίο Write to Send ). Κατόπιν θα πρέπει να πατήσετε την επιλογή Send.

4 4 Σχήμα 2: Λογισμικό για την επικοινωνία με τοπολογία αρτηρίας μέσω της διάταξης IT-4403 Τα δεδομένα που παραλαμβάνει ένας υπολογιστής εμφανίζονται στο πεδίο Received Data. 3 Δίκτυα Ethernet με τοπολογία αστέρα Ένα δίκτυο Ethernet μπορεί να λειτουργήσει και με τοπολογία αστέρα (star topology). Δηλαδή με την χρήση ενός μεταγωγέα (switch) επιπέδου 2 (layer 2). Ένας μεταγωγέας αυτού του είδους μεταφέρει ένα εισερχόμενο πακέτο από το σύνδεσμο που το έλαβε στον σύνδεσμο που οδηγεί στον κόμβο ο οποίος έχει την διεύθυνση προορισμού του πακέτου. Η τοπολογία αστέρα είναι η πλέον διαδεδομένη γιατί είναι πιο αποδοτική από την τοπολογία αρτηρίας. Ο λόγος είναι ότι κάθε θύρα του μεταγωγέα (και επομένως ο/οι υπολογιστής/στές που είναι συνδεδεμένοι σε αυτήν) αποτελεί ένα ξεχωριστό πεδίο συγκρούσεων (collision domain). Ως αποτέλεσμα, οι συγκρούσεις στο δίκτυο ελαχιστοποιούνται και η ρυθμαπόδοση μεγιστοποιείται. Στη συνέχεια περιγράφονται τα απαραίτητα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν για την υλοποίηση της τοπολογίας αστέρα. 3.1 Υλοποίηση τοπολογίας Για την υλοποίηση της τοπολογίας αστέρα θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί το κάτω αριστερό τμήμα της διάταξης IT-4403 (Σχήμα 1). Για την σωστή ενεργοποίησης της διάταξης IT-4403 θα πρέπει να ακολουθήσετε τους κανόνες που περιγράφηκαν στην άσκηση 5 (ενότητα 1.1). Κατόπιν θα πρέπει να συνδέσετε

5 5 τους υπολογιστές χρησιμοποιώντας τα καλώδια UTP Cat 5 (μπλε καλώδια). Αν η διαδικασία ολοκληρωθεί σωστά τότε θα πρέπει να είσαστε σε θέση από τον έναν υπολογιστή να ανιχνεύσετε την ύπαρξη του άλλου. Για τον σκοπό αυτό θα πρέπει να ακολουθήσετε μια από τις δύο μεθοδολογίες που περιγράφηκαν στην άσκηση 5 (ενότητα 1.3). 3.2 Ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ υπολογιστών Για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών θα πρέπει πρώτα να δημιουργήσετε στην επιφάνεια εργασίας του υπολογιστή ένα αρχείο (π.χ. με όνομα Test.txt) και να αποθηκεύσετε σε αυτό τα δεδομένα που θέλετε να μεταφέρετε. Στη συνέχεια θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε το βοηθητικό λογισμικό. Μετά την έναρξη του λογισμικού θα πρέπει να επιλέξετε την ενότητα Star Topology. Κατόπιν θα πρέπει να εκτελέσετε τα παρακάτω βήματα: Σχήμα 3: Λογισμικό για την επικοινωνία με τοπολογία αστέρα μέσω της διάταξης IT-4403 Στην ενότητα IP Addresses γράψτε στην θέση DestIP την διεύθυνση IP του υπολογιστή στον οποίο θέλετε να στείλετε δεδομένα. Στην ενότητα Packet Info ορίστε το μέγεθος ενός πακέτου ( Packet Size ) και το χρόνο που μεσολαβεί μεταξύ της αποστολής δύο διαδοχικών πακέτων ( Inter packet delay ). Στην ενότητα Control επιλέξτε Save Parameters. Στην ενότητα Control πατήστε Open και επιλέξτε το αρχείο το οποίο δημιουργήσατε στην επιφάνεια εργασία. Στην ενότητα Control πατήστε Send για να ξεκινήσει η αποστολή των δεδομένων. Η εφαρμογή θα τεμαχίσει τα δεδομένα του αρχείου σε πακέτα

6 6 μεγέθους Packet Size και θα τα αποστείλει με χρονική διαφορά Inter packet delay. Στο πάνω δεξιό μέρος του παραθύρου μπορείτε να δείτε στοιχεία σχετικά με τα πακέτα που διακινούνται. 4 Παραδείγματα Ζητούμενων Αφού εκτελέσετε τα παραπάνω πειράματα απαντήσετε σε ορισμένες ερωτήσεις: 1η ερώτηση: Κατά τη γνώμη σας θα μπορούσε να λειτουργήσει ένα δίκτυο Ethernet (να ανταλλάξουν οι υπολογιστές δεδομένα) σε τοπολογία αστέρα χωρίς όμως τη βοήθεια του πρωτοκόλλου IP; 2η ερώτηση: Ποια η απάντησή σας στην προηγούμενη ερώτηση αν η τοπολογία του δικτύου είναι αρτηρίας; 3η ερώτηση: Τι ονομάζουμε πεδίο συγκρούσεων (collision domain); 4η ερώτηση: Γιατί στην τοπολογία αστέρα με έναν μεταγωγέα ελαχιστοποιούνται οι συγκρούσεις; Ποιες είναι οι περιπτώσεις κατά τις οποίες μπορεί να συμβεί μια σύγκρουση σε τοπολογία αστέρα με έναν μεταγωγέα; 5η ερώτηση: Σε μια τοπολογία αστέρα με ένα hub πιστεύετε ότι οι συγκρούσεις ελαχιστοποιούνται ή όχι; Εξηγήστε την απάντησή σας. 6η ερώτηση: Σε μια τοπολογία αστέρα πως μπορεί να γνωρίζει ο μεταγωγέας τον σύνδεσμο στον οποίο είναι συνδεδεμένος ένας κόμβος με συγκεκριμένη διεύθυνση ώστε να προωθήσει κατάλληλα τα πακέτα; 7η ερώτηση: Κατά τη γνώμη σας, είναι εφικτό σε κάθε θύρα ενός μεταγωγέα να συνδεθεί όχι ένας υπολογιστής αλλά ένας νέος μεταγωγέας ή ένα hub;