Integrierte Lehrveranstaltung (IL) - fbi.h

Versuch 1: LAN
Fachbereich MSD – Praktikum Networks
________________________________________________________________________
(Stand Oktober 2007)
Ziele
In diesem Versuch sollen Sie ein einfaches lokales Netz (LAN) aufbauen. Dabei werden folgende Aspekte
betrachtet:
ƒ
Physikalische Verbindung mehrerer Rechner zu einem Netz
ƒ
Adressierung und Kennzeichnung von Endeinrichtungen und Anwendungen in unterschiedlichen
Kommunikationsschichten
ƒ
Nachrichtenaustausch mit standardisierten Protokollen und den zugehörigen Protokolldateneinheiten
ƒ
Konfiguration der Kommunikationssoftware
ƒ
Vergabe von Adressen und Namen der Endeinrichtungen.
Dieser Versuch soll mehr Ihre Neugierde wecken, als in der Vorlesung erworbenes Wissen abprüfen. Sie
sollten sich insbesondere durch die vielen erforderlichen Konfigurationsaktionen nicht den Blick für die
zugrunde liegenden Netzfunktionen verstellen lassen.
Vorbereitung:
Vor der Versuchsdurchführung sind in Heimarbeit die für die einzelnen Versuchsteile zutreffenden
Vorbereitungsfragen zu beantworten.
Durchführung:
Führen Sie die Versuche entsprechend der Versuchsanleitung durch und notieren Sie die Ergebnisse bzw.
beantworten Sie die gestellten Fragen auf der Anleitung. Bitte arbeiten Sie als Team und geben Sie jedem
Mitglied Ihrer Gruppe die Möglichkeit, den Versuchsablauf nachzuvollziehen.
Ausarbeitung:
Der Praktikumsbericht entsteht bereits während der Versuchsdurchführung und wird am Ende des
Praktikums testiert.
1
Inhalt
Teil 1 Aufbau eines einfachen LANs
- PC-PC-Direktverbindung
- Überlegungen
- Aufbau eines 100Base-T-LANs mit 4 PCs und einem Hub
- Installation des Netzkartentreibers
- Installation der TCP/IP-Protokolle
- Protokollanalyse
Teil 2 Automatische Vergabe von IP-Adressen und Konfiguration des Domänennamensdienstes
- Automatische Vergabe von IP-Adressen
- Installation des DHCP-Servers
- Installation der DHCP-Clients und Adressvergabe
- Domänennamensdienst: Einrichten statischer IP-Adressen
- Installation des DNS-Servers
- Installation des DNS-Clients
Schriftliche Vorbereitung:
1. Was ist erforderlich, wenn man nur mit 2 PC direkt kommunizieren will? (Denken Sie an Hard- und
Software)
2. Welche Anwendung könnten Sie mit den 2 PCs durchführen?
3. Welche Adressierungsmöglichkeiten treten in einem LAN auf?
ƒ Was verstehen Sie unter einer physikalischen Adresse?
ƒ
Was verstehen Sie unter einer logischen Adresse?
ƒ
Wie setzt sich eine IPv4-Adresse zusammen?
ƒ
Welche weiteren Adressierungsmechanismen gibt es?
4. Was versteht man unter einem Patch-Panel?
2
5. Machen Sie sich den Kapselungsmechanismus der TCP/IP-Protokolldateneinheiten klar, wie er sich aus
dem Schichtenmodell ergibt. (Skizze von der Sicherungsschicht bis zur Anwendungsschicht)
Überlegen Sie sich drei Vorteile die automatische Vergabe von IP-Adressen mit Hilfe des Dynamic Host
Configuration Protocol (DHCP):
a)
b)
c)
Überlegen Sie sich drei Vorteile für die Kennzeichnung von Hosts mit Hilfe des Domain Name System (DNS)?
a)
b)
c)
3
Einführung
Ein Rechnernetz besteht aus mindestens zwei Rechnern und einem Kommunikationsmedium. Netze werden
grob in lokale Netze und Weitverkehrsnetze klassifiziert. Ein lokales Netz verbindet Rechner, die
geographisch nicht allzu weit voneinander entfernt sind, und beispielsweise in einer Abteilung einer Firma
oder innerhalb eines Gebäudes stehen. Weitverkehrsnetze schaffen Verbindungen zwischen einzelnen
Rechnern und lokalen Netzen, und verbinden beispielsweise Rechner einer Abteilung, die über mehrere
Standorte verteilt sind.
Anwendungen, die von vielen benutzt werden, werden auf Anwendungsservern bereitgestellt. Beispiele
sind Elektronische Post, Datenbanken, World Wide Web, SAP.
Die Kommunikation zwischen den vernetzten Systemen erfolgt über Protokolle. Um die komplexen
Kommunikationsaufgaben vernünftig strukturieren zu können, werden die Protokolle nach einem
Schichtenmodell in Form eines Protokollstapels gegliedert. Jede Kommunikationsschicht hat spezifische
Aufgaben, die sie in einem konkreten Protokoll erfüllen muss . Konsequenterweise müssen im Sender und
im Empfänger die gleichen Schichtprotokolle enthalten sein. Der Nachrichtenaustausch auf einer
bestimmten Schicht erfolgt mit Nachrichten (Protokolldateneinheiten) dieser Schicht. Eine
Protokolldateneinheit enthält Steuerungsinformation für die Ausführung spezieller Steuerungsfunktionen
der zugehörigen Schicht und Benutzerinformation, die von dieser Schicht nicht interpretiert wird.
Wenn eine Anwendung mit einer anderen Anwendung kommunizieren möchte, übergibt sie die Daten über
das Betriebssystem dem Protokollstapel. Das Protokoll weiß über die Eigenschaften des Netzes Bescheid
und führt die Übermittlung durch. Auf der Empfängerseite führt der Protokollstapel beispielsweise eine
Fehlererkennung durch, gegebenenfalls wird die Wiederholung einer Nachricht veranlasst, die
Benutzerdaten werden anhand der Nummerierung von Protokolldateneinheiten in der richtigen Reihenfolge
zusammengesetzt und entsprechend der Adresse der Anwendung an die richtige Anwendung
weitergereicht.
Für Netze sind unterschiedliche Topologien entworfen worden, beispielsweise Bus, Stern und Ring. In dem
nachfolgenden Versuch werden Sie ein Netz mit Sterntopologie kennen lernen. Der Sternpunkt besitzt im
nachfolgenden Versuch rein verbindende Funktionen, er kann aber auch vermittelnde Funktionen
übernehmen (Brücke, Router).
Das verbindende Element zwischen Rechner und Übertragungsmedium ist die Netzwerkkarte (Netzadapter).
Netzwerkkarten müssen zur Topologie und dem Medium des Netzes passen. Aufgaben der Netzwerkkarte
sind beispielsweise die vom Rechnerbus parallel angelieferten Daten in das auf dem Netzwerkkabel
eingesetzte serielle Datenformat umzusetzen und umgekehrt, und wesentliche Teile des Zugriffsprotokolls.
Bei der leitungsgebundenen Übertragung werden unterschiedliche Leitungstypen eingesetzt, z.B.
Koaxialleiter, verdrillte Zweidrahtleitungen und Lichtwellenleiter. Alternativ können Rechner auch
drahtlos über Funk oder Licht miteinander verbunden werden. Die Auswahl des geeigneten
Übertragungsmediums hängt von Faktoren wie Leitungs- und Installationskosten, überbrückbare
Entfernung, Anzahl anschließbarer Endeinrichtungen, Bandbreite, Störsicherheit etc. ab. Sie werden im
nachfolgenden Versuch die Netzkomponenten mit einfach handhabbaren verdrillten Zweidrahtleitungen
verbinden.
Die an ein Netz angeschlossenen Endeinrichtungen können den Zugriff auf das Medium nach den in einem
Mehrfachzugriffsverfahren festgelegten Spielregeln durchführen. Es gibt mehrere standardisierte
Zugriffsmethoden. Im nachfolgenden Versuch werden Sie sich mit der am weitesten verbreiteten
Zugriffsmethode Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) beschäftigen. Die
Zugriffsmethode geht von einem Rundsendemedium aus, bei dem eine sendende Endeinrichtung von allen
anderen Endeinrichtungen gehört wird. Möchte eine Endeinrichtung senden, so hört sie zuerst das Medium
ab, ob ein Signal anliegt. Ist dies nicht der Fall, setzt die Endeinrichtung ihre Nachricht ab. Nun kann es
passieren, da zwei oder mehr Endeinrichtungen gleichzeitig senden, weil sie das Medium als frei erkannt
haben. Dann kommt es zu einer so genannten Kollision. Diese Kollision wird von beiden Endeinrichtungen
erkannt, und beide unterbrechen sofort ihre Sendung. Dann wartet jede Endeinrichtung eine durch einen
Zufallsgenerator bestimmte Zeit und versucht den Zugriff erneut. Die zufällig gewählte Verzögerungszeit
sorgt dafür, dass die Endeinrichtungen bei der Zugriffswiederholung nicht erneut kollidieren.
4
Zur Gestaltung und Strukturierung von größeren Netzen stehen eine Reihe von Netzwerkkomponenten wie
z.B. Repeater/Hubs, Brücken/Vermittlungseinrichtungen und Router zur Verfügung. Repeater empfangen
ein Signal am Eingang, verstärken es und stellen die ursprüngliche Signalform wieder her. Sie übertragen
Nach- richten Bit für Bit, ohne irgendwelche in den Nachrichten enthaltene Adressen zu interpretieren.
Hubs funktionieren wie Repeater, allerdings mit mehreren Ports (Multi­Port­Repeater). Ein Signal, das an
einem Port ankommt, wird auf allen anderen Ports weitergegeben. Sie werden in diesem Versuch nur ein
LAN mit max. 4 PCs aufbauen.
Brücken/Vermittlungseinrichtungen verbinden verschiedene Netze auf der Protokollschicht, in der das
Zugriffsverfahren definiert ist (Media Access (MAC) Layer). Sie werten die unstrukturierten physikalischen
Zieladressen (MAC­Adresse) der Endeinrichtungen aus, die in den Protokolldateneinheiten der MAC­Schicht
(MAC­Rahmen) enthalten sind, und entscheiden anhand der Zieladresse, auf welcher Seite der
Brücke/Vermittlungseinrichtung der Empfänger lokalisiert ist. Nur MAC­Rahmen, die auf die andere Seite
der Brücke müssen, werden auch dorthin weitergereicht. Lokaler Verkehr wird nicht weitergeleitet. Damit
führen Brücken/Vermittlungseinrichtungen eine Filterung der MAC­Protokolldateneinheiten Rahmen durch.
Router werten ähnlich wie Brücken/Vermittlungseinrichtungen Zieladressen aus und leiten Pakete
dementsprechend weiter. Allerdings arbeiten Router mit logischen Adressen der Vermittlungsschicht.
Vermittlungsschichtadressen sind strukturiert in Netzanteil und Endeinrichtungsanteil. Dies hat zur Folge,
dass Router nicht die Adressen jeder einzelnen Endeinrichtung kennen müssen, sonder nur Adressen der
Netze. Daher können Router in viel größeren Netzen eingesetzt werden als
Brücken/Vermittlungseinrichtungen. Router sind meistens leistungsfähige eigenständige Geräte, aber in
einem kleinen Netz kann auch ein PC die Aufgabe eines Routers wahrnehmen.)
Als höhere Protokolle werden im nachfolgenden Versuch Beispiele aus der TCP/IP­Protokollfamilie
betrachtet, wie sie auch im Internet benutzt werden. TCP/IP-Protokolle sind unabhängig von der
unterlagerten Netztechnologie und werden heute sowohl im LAN­ als auch im WAN­Bereich eingesetzt. Die
Internetschicht entspricht ihrer Funktion nach der OSI­Vermittlungsschicht. Das Internet Protocol (IP),
nach dem das Internet seinen Namen hat, arbeitet verbindungslos und nutzt die logischen Vermittlungsschichtadressen (IP-Adresse) zur Wegewahl (Routing). Das Internet Protokoll verschickt die IP-Protokolldateneinheiten im Datagrammdienst, d.h. es gibt weder eine Prozedur zum Verbindungsauf-/­abbau, noch
wird das Vorhandensein der Gegenstelle überprüft. Auf der gleichen Schicht steht das Internet Control
Management Protocol (ICMP) zur Verfügung, das Zusatzfunktionen zur Analyse und Meldung des aktuellen
Zustands des Netzes oder der gewünschten Endeinrichtung bereitstellt.
Die oberhalb der IP­Schicht liegende Transportschicht kann sowohl verbindungslos (User Datagram
Protocol, UDP) und ungesichert arbeiten oder eine verbindungs-orientierte Kommunikation mit gesicherter
Übermittlung und Flusskontrolle bereitstellen (Transport Control Protocol, TCP). Die TCP/IP­
Protokollfamilie umfasst weiter eine Reihe standardisierter Anwendungsprotokolle wie z.B. Dateitransfer
(File Transfer Protocol, FTP), virtuelle Terminalemulation (Telnet), elektronische Post (Simple Mail
Transfer Protocol, SMTP) und Übermittlung von Webseiten (Hypertext Transfer Protocol, HTTP).
Hilfsprotokolle ermöglichen die Auflösung von Domänennamen (Domain Name System, DNS), die
Zuweisung von IP­ Adressen an Endeinrichtungen (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP) und den
Austausch von Netzmanagementinformation (Simple Network Management Protocol, SNMP) und das
Suchen im Netz.
Viel Erfolg!
5
Teil 1: Aufbau eines einfachen LAN
In diesen Versuchsteil bauen Sie ein einfaches Ethernet­LAN auf. Dabei verbinden Sie mehrere Rechner
über einen Hub zu einer physikalischen Mehrpunkt-Verbindung.
1.1 PC­PC­Direktverbindung
1.1.1 Überlegungen
In Ihrem Labor­PC ist bereits eine Ethernet­Netzwerkkarte physikalisch installiert.
Überlegen Sie sich, welche Schritte erforderlich sind, um zwischen jeweils zwei benachbarten PCs eine
direkte Kommunikation zu ermöglichen:
a)
b)
c)
Überlegen Sie sich, warum das Verbindungskabel gekreuzt sein muss .
Wir führen diesen Versuchsteil nicht praktisch aus, sondern benutzen im nächsten Schritt eine flexiblere
Verbindungsmöglichkeit über einen Hub. Aus der Vorlesung wissen Sie, dass ein Hub LAN-Segmente in der
Bitübertragungsschicht verbindet.
6
1.2 Aufbau eines 100Base­T­LAN mit 4 PCs und einem Hub
Verbinden Sie jeweils 4 PCs (Host) einer Tischreihe mit jeweils einem ungekreuzten (Patch-) Kabel zu
einem sternförmigen LAN mit einem Hub als Sternpunkt. Der Hub arbeitet als Multi­Port­Repeater,
Kollisionen breiten sich damit über das gesamte Netz aus.
1.2.1 Installation des Netzkartentreibers
Die Kommunikation zwischen den vernetzten PCs soll über das Ethernet­Protokoll erfolgen. Dieses Protokoll
wird von einem Netzkartentreiber bereitgestellt und muss entsprechend konfiguriert werden. Die
vorhandene Netzkarte ist on board und bereits vorkonfiguriert! Keine Änderung vornehmen!
Erforderlichen Schritte zur Konfiguration des Netzwerkkartentreibers:
-
Melden Sie sich als Benutzer cnetlab an. Wiederholen Sie die Eingabe in der Zeile Passwort, und
schließen Sie die Eingabe mit <Enter> ab.
-
Suchen Sie den Netzwerkadapter im Geräte-Manager: Rechte Maustaste auf Arbeitsplatz-Icon –
Verwalten – Gerätemanager – Netzwerkadapter (ähnlich Abbildung 1a). Es wird ein EthernetAdapter angezeigt ( nicht die VMware-Adapter! ). Die Karte ist bereits aktiviert.
-
Achtung! Keine Veränderungen an den Einstellungen vornehmen! Nur nachschauen!
Notieren Sie sich den Typ der
Netzwerkkarte (kann wichtig
sein bei der Beschaffung
neuer Treiber).
Im Fall der in diesem Versuch benutzten EthernetNetzkarten sind diese bereits
vom Hersteller mit einer fest
zugeordneten physikalischen
Adresse (MAC­Adresse)
versehen. Die physikalische
Adresse der Netzwerkkarte
wird zur Adressierung des
physikalischen Anschlusses
der zugehörigen
Endeinrichtung benutzt.
Abbildung 1a
(Beispiel)
Beispiel für eine Ethernet­Adresse: 00­50­BA­C1­79­89
Notieren Sie hier ihre eigene Ethernet-Adresse: _______________________
(Sie sehen die MAC-Adresse im Eingabeaufforderungsfenster: Start – Ausführen – cmd eingeben (oder
das kleine schwarze Symbol in der Schnellstart-Leiste), im neuen Fenster ipconfig /all eingeben)
7
1.2.2 Installation der TCP/IP-Protokolle
Die TCP/IP­Protokollfamilie stellt die heute am weitesten verbreiteten Protokolle zur Datenkommunikation
bereit. IP unterstützt strukturierte logische Netzadressen und kann daher in Routern vermittelt werden,
d.h. IP ist ein routbares Protokoll. Zusammen mit dem Internet Protocol wird das Hilfsprotokoll Address
Resolution Protocol (ARP) installiert, das es ermöglicht eine logische Netzadresse (IP-Adresse) in eine
physikalische Netzadresse aufzulösen.
Beispiel für eine IP-Adresse: 141.100.48.120 Nachfolgend werden die erforderlichen Schritte zur
Installation von TCP/IP beschrieben:
1.2.2.1 Installation von TCP/IP:
-
Wählen Sie Start – Einstellungen – Netzwerkverbindungen, Rechte Maustaste auf LANVerbindung 2 – Eigenschaften und klicken Sie auf Internetprotokoll (TCP/IP).
-
Das TCP/IP Protokoll muss bereits vorhanden sein (Abbildung 1b).
-
Klicken Sie auf Eigenschaften. Im zugehörigen Fenster (ähnlich Abbildung 1c ) können Sie die IP
Adressen vergeben:
- Geben Sie als IP-Adresse für ihren Rechner 172.17.5.xx ein, wobei xx die Nummer Ihres LaborPC ist (z.B. NetLab27 Æ xx = 27; mit Strg-Alt-Entf erscheint ein Fenster, in dem der PC-Name
ersichtlich ist).
- Als Subnetmaske geben Sie 255.255.252.0 ein.
- Die Einträge Standard­Gateway und DNS­Server werden zunächst freigelassen.
Abbildung 1b.
Überprüfen Sie im Fenster
"Eingabeaufforderung" (Start Æ
8
Ausführen Æ Öffnen: cmd, oder das entsprechende Symbol in der Schnellstart-Leiste anklicken) die neue
IP-Adresse mit dem Befehl "ipconfig". Falls die neue IP-Adresse noch nicht übernommen wurde,
deaktivieren Sie die LAN-Verbindung und aktivieren sie wieder (Rechte Maustaste auf "Netzwerkumgebung"
auf dem Desktop Æ Eigenschaften Æ LAN-Verbindung doppelklicken Æ Deaktivieren, LAN-Verbindung
nochmal doppelklicken Æ aktivieren).
Abbildung 1c (Beispiel)
1.2.2.2 Testen der IP­Erreichbarkeit mit Ping
Zusammen mit IP wird das Internet Control Message Protocol (ICMP) als Hilfsprotokoll installiert, mit
dem man beispielsweise die Erreichbarkeit einer am Netz angeschlossenen Endeinrichtung überprüfen oder
Fehlerzustände im Netz analysieren kann. Eine Endeinrichtung oder ein Router kann eine ICMP_Echo­
Request­Nachricht an eine definierte IP-Zieladresse senden und erhält bei Erreichbarkeit eine
ICMP_Echo­Reply­Nachricht beziehungsweise bei Unerreichbarkeit eine ICMP_Destination­UnreachableNachricht mit geeignetem Fehlergrund zurück.
Mit dem Programm Ping kann eine Reihe von Echo­Request­Nachrichten gesendet und die entsprechenden
empfangenen Antworten auswertet werden:
-
Rufen Sie die Kommandozeilen-Eingabe auf: Start – Programme - Zubehör ­
Eingabeaufforderung (oder: Start Æ Ausführen Æ Öffnen: cmd, oder Symbol in der SchnellstartLeiste).
-
Geben Sie in der Kommandozeile ping <Ziel­IP­Adresse> ein (Abbildung 1d).
Aufgaben:
Überprüfen Sie die Erreichbarkeit der jeweiligen Partnerrechner.
-
Welche IP­Adressen müssen Sie eingeben?
-
Was passiert, wenn Sie ping 172.17.5.xx (xx steht für die Adresse des Nachbarrechners) eingeben?
(Begründen Sie das Ergebnis.)
-
Führen Sie einen ping 192.168.0.1 aus (Abbildung 1d). Was passiert?
9
Abbildung 1d
10
1.2.3 Protokollanalyse
Zur Analyse der von den beteiligten Protokollen ausgetauschten Protokolldateneinheiten steht der
Netzwerk-Analysator "Packetyzer" zur Verfügung. Im Rahmen dieses Versuches sollen nur die
Protokolldateneinheiten des MAC­Zugriffsprotokolls (Ethernet­Rahmen), des Internet Protocol
(IP­Datagramme), Address Resolution Protocol (ARP) und des Internet Control Message Protocol (Echo
Request / Reply) untersucht werden.
Die Protokollanalyse ist ein effizientes Hilfsmittel bei der Fehlersuche. Der Protokollanalysator zeichnet
dabei alle empfangenen Protokolldateneinheiten auf und stellt diese anschließend in lesbarer Form dar.
Zur Bedienung des Protokollmonitors sind folgende Schritte erforderlich:
ƒ
Starten des Netzwerk-Analysators: Der Netzwerk-Analysator kann über eine Verknüpfung auf dem
Desktop aktiviert werden
ƒ
Starten der Aufzeichnung empfangener Protokolldateneinheiten: Durch Anklicken des gekennzeichneten Symbols (Start Capture) wird die Aufzeichnung gestartet (Abbildung 1e). Sie können
jetzt beispielsweise einen Ping an den gegenüberliegenden Rechner senden.
ƒ
Stoppen der Aufzeichnung: Durch Anklicken des gleichen Symbols wird die Aufzeichnung
angehalten. In dem geöffneten Fenster sind die aufgezeichneten Protokolldateneinheiten
dargestellt (Abbildung 1f).
ƒ
Verfeinerung der Darstellungstiefe: In der von Windows her bekannten Weise kann durch
Anklicken des Pluszeichens der Nachricht im linken Fenster der Detaillierungsgrad der Darstellung
variiert werden (Baum-Struktur aufklappen).
Start
Abbildung 1e
11
Abbildung 1f
Aufgabe:
Analysieren Sie einen Ping­Vorgang:
-
Netzwerk-Analysator "Packetyzer" starten
Aufzeichnung starten, dann Ping mit IP­Adresse zu einem beliebigen Nachbarrechner initiieren
Aufzeichnung beenden
Aufgezeichnete Daten öffnen und analysieren.
a) Stellen Sie die Kapselung der beim Ping­Vorgang beteiligten Nachrichten dar, z.B. Ethernet­Rahmen,
IP­Datagramm, Echo­Request­Nachrichten (ICMP)
b) Welche Parameter sind in der Echo­Request­Nachricht enthalten?
12