Методические указания по выполнению рейтинговой работы по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

Кафедра информационных систем

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению рейтинговой работы по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

Направление подготовки: 09.03.03 «Прикладная информатика»

Уровень высшего образования: Бакалавриат

Москва 2019

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
4. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ
5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ
6. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ
7. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ
8. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ
9. ПРИЛОЖЕНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Рейтинговая работа по дисциплине выполняется обучающимся в ходе самостоятельной работы и является обязательным элементом балльно-рейтинговой системы (БРС) Университета.

Рейтинговая работа – Расчетно-аналитическое задание

Расчетно-аналитическое задание – самостоятельная работа, требующая от обучающегося умений применять полученные в ходе изучения дисциплины «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» знания и навыки при выполнении заданий с использованием программ анализа трафика.

Цель рейтинговой работы – изучить структуру протокольных блоков данных, анализируя реальный трафик на компьютере студента с помощью бесплатно распространяемой утилиты Wireshark.

В процессе выполнения расчетно-аналитического задания выполняются наблюдения за передаваемым трафиком с компьютера пользователя в Интернет и в обратном направлении. Применение специализированной утилиты Wireshark позволяет наблюдать структуру передаваемых кадров, пакетов и сегментов данных различных сетевых протоколов. При выполнении расчетно-аналитического задания требуется анализировать последовательности команд и назначение служебных данных, используемых для организации обмена данными в следующих протоколах: ARP, DNS, FTP, HTTP, DHCP.

Индивидуальный вариант расчетно-аналитического задания определяется в соответствие с адресом сайта личного кабинета студента в электронном университете. Студент должен войти в личный кабинет под своим аккаунтом и легко идентифицироваться с этой страницей по содержимому сайта.

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Процесс передачи данных по компьютерным сетям является сложным комплексом процедур, выполняемых с применением большого количества разнообразным программных и аппаратных средств. Для упрощения анализа и проектирования таких сложных систем, общепринятой практикой является декомпозиция сложного процесса на модули и/или иерархические структуры.

Обычно целью декомпозиции является получение таких модулей, которые выполняют отведённые им функции изолированно от других модулей, передавая соседним модулям лишь конечные результаты работы. Это позволяет рассматривать и проектировать модули независимо друг от друга различным, не связанным друг с другом группам инженеров, каждая из которых обладает узкой квалификацией, необходимой для реализации конкретного модуля. Кроме этого, система, обладающая модульной структурой, позволяет при необходимости модифицировать внутреннюю реализацию отдельных модулей, не изменяя что-либо в соседних модулях.

В компьютерных сетях общепринятой моделью декомпозиции процесса передачи данных является OSI-модель, разработанная международной организацией по стандартизации. OSI означает «Open Systems Interconnection», т.е. взаимодействие открытых систем. Модель OSI определяет 7 модулей, называемых уровнями (layer), каждый из которых описывает реализацию некоторого множества родственных сетевых операций, которые выполняет ЭВМ, начиная от момента получения данных от пользователя и заканчивая отправлением физического сигнала (например, радиоволны) в сеть. Уровни связываются между собой строго последовательно: «пользователь» — 7 — 6 — 5 – 4 — 3 — 2 — 1 — «сеть».

Продолжение: OSI-модель

Это значит, что после выполнения сетевых функций некоторого уровня результаты его деятельности могут быть переданы только соседним уровням. Результатами деятельности являются закодированные блоки данных, называемые PDU (протокольные блоки данных). Обычно при движении PDU по OSI-модели от “пользователя” в “сеть” каждый уровень дополняет полученный PDU своими служебными данными. В результате PDU 2-го уровня может иметь следующую структуру (прямоугольники обозначают последовательность бит: количество бит пропорционально длине прямоугольника):

СД2

СД3

СД4

СД5

СД6

СД7

ДП

Здесь СДi – это служебные данные, добавленные i-м уровнем, а ДП – это данные пользователя, который он хотел передать по сети. Служебные данные некоторых уровней могут быть организованы в виде двух частей: заголовка и концевика.

При движении PDU по OSI-модели в обратном направлении (т.е. из «сети» к «пользователю») каждый уровень сначала использует одноимённые служебные данные для выполнения заданной сетевой функции, а затем «отстёгивает» их при передаче следующего в цепочке уровню.

Фрагментирование данных

В некоторых случаях правила уровня могут накладывать ограничения на размер PDU, который может быть корректно обработан уровнем. В этом случае при попытке передать PDU большего размера, PDU будет либо отвергнут с сообщением об ошибке, либо будет фрагментирован на несколько частей.

Пусть следующий PDU 4-го уровня имеет размер, который превышает предельно допустимый PDU 3-го уровня (PDU-3 MAX) на B байт:

СД4	СД5	СД6	СД7	ДП
<–––––––––– PDU-3 MAX ––––––––> <–––––B––––>

В этом случае на вход 2-го уровня вместо одного будет передано сразу несколько PDU 3-го уровня, которые будут представлять собой фрагменты, имеющие допустимую для 3-го уровня длину:

Фрагмент 1	СД3	СД4	СД5	СД6	СД7	ДП1
Фрагмент 2	СД3	ДП2
<––––––––––– PDU-3 MAX ––––––––––––> <–––––B––––>

Характеристика уровней OSI

• Прикладной уровень (Application Layer, L7): описывает, как выглядит процесс передачи с точки зрения конечного пользователя или приложения.
• Уровень представления (Presentation Layer, L6): описывает, как взаимодействующие стороны “договариваются” о формате, в котором будут представлены данные пользователя.
• Сеансовый уровень (Session Layer, L5): описывает процесс установки, разрыва и поддержания соединений.
• Транспортный уровень (Transport Layer, L4): описывает процесс межоконечной (end-to-end) передачи данных по сети.
• Сетевой уровень (Network Layer, L3): описывает процесс передачи PDU через промежуточные узлы сети, включая выбор маршрута.
• Канальный уровень (Data Link Layer, L2): описывает логические правила передачи PDU в пределах простой сети.
• Физический уровень (Physical Layer, L1): описывает с физической точки зрения процессы передачи PDU по некоторой конкретной линии связи.

Универсальные функции уровней

Существуют также некоторые универсальные функции, которые реализуются почти на всех уровнях OSI-модели:

• Адресация: на каждом уровне (кроме L6) для идентификации взаимодействующих сторон может использоваться адрес определённого формата.
• Обнаружение ошибок: на каждом уровне есть своя специфика процесса обнаружения ошибок (контрольные суммы, коды Хэмминга и т.д.).
• Показатели QoS (Quality of Service): метрики качества передачи данных (задержка, время установления соединения, доля потерь).
• Установка соединения: в процессе передачи данных может потребоваться выполнить несколько независимых процедур установки соединения.

Реализации OSI-модели

Стандарт с описанием OSI-модели был опубликован в 1984 году, однако наиболее популярный стек сетевых протоколов TCP/IP лишь с большой натяжкой можно соотнести с уровнями OSI:

• Канальный уровень TCP/IP: приблизительно реализует функции L1 и L2. PDU называется кадром (фреймом).
• Сетевой уровень TCP/IP: приблизительно соответствует L3. PDU называется пакетом.
• Транспортный уровень TCP/IP: приблизительно реализует функции L4 и L5. PDU называется сегментом или датаграммой.
• Прикладной уровень TCP/IP: приблизительно реализует функции L5, L6 и L7.

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Для выполнения задания необходимо установить программу Wireshark (https://www.wireshark.org/).

Рисунок 3.1. Графический интерфейс пользователя Wireshark

Используя «Меню», можно выбрать сетевой интерфейс («Capture options»). В поле “Фильтр” пользователь может указать булево выражение для выборочного отображения пакетов.

Этапы выполнения:

1. Запустить Wireshark и выбрать интерфейс.
2. Инициировать передачу трафика (открыть личный кабинет).
3. Установить фильтр для отображения нужных пакетов.
4. Дождаться появления данных.
5. Сохранить трафик в файл-трассу (pcap).
6. Описать структуру PDU.
7. Ответить на вопросы задания.
8. Сделать скриншоты.

4. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ

В качестве адреса сайта в заданиях следует использовать URL https://e.muiv.ru.

Примечание 1. При выполнении анализа HTTP-трафика не принимать во внимание HTTP-запрос и HTTP-ответ для файла favicon.ico.

Примечание 2. Все используемые утилиты доступны как в ОС MS Windows, так и Linux.

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ

Необходимо отследить и проанализировать HTTP-трафик, создаваемый браузером при посещении Интернет-сайта. В списке захваченных пакетов необходимо проанализировать пару HTTP-сообщений (запрос-ответ):

• GET-сообщение от клиента (браузера);
• ответ сервера.

Необходимо обновить страницу в браузере так, чтобы вместо «HTTP GET» был сгенерирован «HTTP CONDITIONAL GET» (условный GET). Условные запросы содержат поля If-Modified-Since, If-Match, If-Range. Если ресурс не изменялся, сервер вернет код статуса «304 Not Modified».

6. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РЕЙТИНГОВОЙ РАБОТЫ

Работа выполняется в электронной форме и размещается в личном кабинете в виде архива (например, «Иванов_АС.zip»).

Состав архива:

• Расчетно-аналитическое задание (файл .docx);
• Файл с захваченным трафиком (файл-трасса .pcap).

Требования к документу Word:

• Шрифт: Times New Roman, 14 кегль.
• Интервал: полтора.
• Поля: левое – 3 см, правое – 1,5 см, верхнее – 2 см, нижнее – 2 см.
• Абзац: 1,25 см.
• Сквозная нумерация страниц (кроме титульного листа).