Institutionen för Informationsteknologi och Medier Avdelningen för Informations- och kommunikationssystem Laboration 1 Bandbreddmätning, nätkonfigurationsundersökning och felsökning Laborationshandledare: Magnus Eriksson, magnus.eriksson@miun.se Författat av: Magnus Eriksson och Daniel Forsgren Revisionsdatum: 2007-10-02 Inlämningsdatum: Namn, pnr och e-post för laborant(er): (Högst två personer) Försök hålla ett högt tempo och undvika att sitta fast för länge på frågor som du får särskilda problem med. Vänta om möjligt med dessa till senare.
Uppgift 1: Mätning av digital bandbredd När man talar om bandbredd menar man ibland analog bandbredd i Herz, och ibland digital bandbredd i bit/s. Digital bandbredd i bit/s kallas även för överföringshastighet eller bit rate, och är proportionerlig mot den analoga bandbredden. Med digital bandbredd menar man ibland filöverföringshastighet, ibland nätverkskortets eller modemets anslutningshastighet och ibland maximal genomströmningshastighet mellan två nätnoder. Denna första uppgift syftar till att ge dig en uppfattning om innebörden av och relationen mellan dessa mått. Ladda ner en godtycklig ljud- eller videofil från en källa på Internet, till exempel från någon av följande webbplatser. OBS! Om du sitter i en datorlabbsal med LAN, eller har annan bredbandsaccess, bör filen vara minst 5 Mbyte stor för att du ska hinna mäta nedladdningstiden. Klicka inte på en länk till s.k. strömmande media (streaming video/audio), därför att då kan länken vara en mycket liten fil, som i sin tur utgör en pekare till en stor fil. http://ftp.sunet.se/pub/multimedia/berkeley/multimedia/mpeg/movies/ ftp://ftp.sunet.se/pub/multimedia/berkeley/multimedia/mpeg/movies/ http://www.itm.miun.se/~mageri/animations (Animeringar inom datakom-området) http://www.sr.se/program/ (Relativt små ljudfiler, lämpliga vid telefonmodem, men för små bredbandig kommunikation.) Notera ungefär hur lång tid det tog att hämta filen, och ge sedan följande information: Filens URL (webbadress): Filstorlek (byte): Filstorlek (bit): Nedladdningstid (sekunder): Uträknad genomsnittlig filöverföringshastighet (bit/s): Hur lång är inspelningen om man spelar upp den (sekunder)? Hur hög överföringshastighet krävs det om man tittar/lyssna på filen som strömmande media, dvs tanka ned den utan att avbrott sker i uppspelningen? Ta reda på datorns anslutningstyp (t.ex. telefonmodem, ADLS-modem eller Ethernet- LAN) och dess anslutningshastighet, t.ex. genom att fråga nätverkansvarige eller laborationshandledaren. Anslutningshastigheten är maximal överföringshastighet mellan din dator och närmast nod i nätet, vanligen mätt i en referenspunkt mellan det fysiska lagret och datalänklagret. I Mittuniversitetets laborationslokaler är används Ethernet-LAN med anslutningshastighet 100 Mbps. Anslutningshastigheten bör vara högre än den överföringshastighet du uppmätte.
Din anslutningstyp och anslutningshastighet (bit/s): Ovanstående överföring skedde med applikationsprotokollet HTTP eller FTP. Vilket protokollager hanteras applikationsprotokoll av enligt TCP/IPmodellen (nummer 1, 2, 3, 4 eller 5)? På Internet förekommer två olika transportprotokoll. Vad heter de? Vilket protokollager ligger transportprotokollet på (1-5)? Vilket transportprotokoll används vid ftp, http och e-post? Vilket transportprotokoll används vid LAN-tjänster såsom skrivaråtkomst och delad diskaccess av en nätverksenhet, men även vid strömmande multimedia såsom IP-TV? Vilket av dessa transportprotokoll kan komma upp i högst hastighet, pga att det är mindre komplext och saknar flödesstyrning? Vilket av dessa transportprotokoll möjliggör tillförlitlig kommunikation, därför att det innefattar felhantering? Frivillig uppgift: Mät filöverföringshastigheten till en delad nätverksenhet (Network drive), om du har tillgång till en sådan i det nät du befinner dig. Om du sitter i Mittuniversitetets labbsalar kan du spara eller hämta filer till nätverksenheten H:, som är ditt hemkonto. Filöverföringshastighet i bit/s: Frivillig uppgift: Installera programmet TP-test, se http://tptest.se. (Om du sitter i Mittuniversitetets labbsalar har du inte administratörsrättigheter på datorn, och kan därför inte installera programmet om det inte är installerat sedan tidigare.) Använd programmet att mäta maximal genomströmningshastighet (max TP=throughput) mellan din dator och en central testserver i Sverige vid UDP- och TCPkommunikation. Max genomströmningshastighet i bit/s vid UDP resp. TCP:
Anslutningshastigheten är accessnätets (nätet närmast användarens dator) maximala bitöverföringshastighet, och bestäms av nätverkskort, modem, bredbandsabonnemangstyp och signal-brusförhållandet på accessnätets ledningar. Genomströmningshastigheten mellan två nätnoder begränsas av anslutningshastigheten, men även av kapaciteten och belastningen av samtliga nätnoder (routrar, växlar, bryggor) och länkar som kommunikationen förmedlas av. Genomströmningshastigheten kan alltså påverkas av hur många änvändare som för tillfället utnyttjar samma kommunikationsvägar som du på Internet. Filöverföringshastigheten påverkas dessutom av webbserverns eller filserverns kapacitet och belastning. Vad är relationen mellan anslutningshastighet, filöverföringshastighet och genomströmningshastighet vid UDP, och vid TCP? Vilket är högst, näst högst, osv? Motivera gärna ditt svar. Uppgift 2: Undersökning av IP-inställningar Endast Internet Protocol version 4 (IPv4)-relaterad information skall behandlas i laborationsuppgifterna, numeriska adresser och subnätmasker anges då på punkterad decimalform, dvs på formen a.b.c.d där a, b, c och d är decimala heltal mellan 0 och 255 (byte-värda, kan alltså beskrivas med 8 bitar), om inget annat anges i frågan. Detta gäller genomgående i laborationen. Vid omstart av en dator hämtas ofta nätverksinställningar, såsom IP-adress, subnätmask, gateway (routerns IP-adress) och DNS-serverns IP-adress från en så kallad DHCP-server. Alternativt kan nätverksinställningarna sättas manuellt av en dators administratör, exempelvis via kontrollpanelen i Microsoft Windows. DHCP är ett protokoll, som definerar hur en DHCP-klient (ett program, ofta en del av operativsystemet, som datorn som behöver konfigureras måste exekvera) och en DHCP-server (som exekveras på en serverdator, med uppgift att koordinera och distribuera konfigurationsinformation till varje fysiskt ansluten klientdator som ber om det) skall kommunicera med varandra. Efter konfigurationen blir den fysiskt anslutna datorn en del av IP-subnätet, med parametrar som DHCP-servern returnerar. Uppsättningen parametrar lånas ut under en begränsad tidsperiod (leasetid), efter vilken parametrar måste begäras igen av klienten. Klienten ber om informationen på ett standardiserat sätt (då den behövs, exempelvis då datorn startas upp), och servern svarar också på förfrågningar på ett standardiserat sätt.
DHCP defineras av organisationen Internet Engineering Task Force (IETF) i Request For Comments (RFC)-dokument nummer 2131 (alla publicerade RFC-dokument finns tillgängliga på URL http://www.ietf.org/rfc.html). RFC-index-sidan visar alla de RFCdokument som publicerats hittills, vilka tillsammans beskriver många av de protokoll som används för olika ändamål vid kommunikation över IP-baserade nätverk som Internet. Vad står förkortningen DHCP för? Ett vanligt verktyg för att kontrollera och manipulera inställningar i Windows, vare sig de är satta av ett svar från en DHCP-server eller manuellt satta, är kommandot ipconfig som man kommer åt via kommandoprompten. Detta kommando tar fram information om generella IP-inställningar i Windows, och specifika inställningar för alla de nätverksgränssnitt (som kan vara fysiska eller virtuella) som finns i datorn. Här är vi i första hand intresserade av den generella informationen, samt det specifika som rör det fysiska gränssnitt (nätverkskort) som kopplar din dator till det lokala nätverket (och indirekt till Internet). Skriv nu ipconfig vid kommandoprompten (kommandoprompten eller command prompt finner du under program, tillbehör i Windows startmeny, alternativt under programs, accessories om du använder engelskspråkigt operativsystem). Fyll sedan i följande information om anslutningen med understöd av resultatet. DNS-suffix: IP-adress: Standardgateway: (Default gateway) Subnätmask: Uppgift 3: Bestämning av nätadress Subnätmasken, som du fann i uppgift 2, används för att kunna dela upp den totala IP-adressrymden i mindre adressrymder (en sammanhängande serie adresser, eller range, som utgör ett subnät eller undernät). Subnätmasken indikerar indirekt hur stort IP-subnätet är i antal möjliga adresser, som kan peka på slutsystem eller till ännu mindre subnät. Detta är bland annat nödvändigt för att kommunikationen på Internet skall fungera rent praktiskt adresserings- och routingmässigt. Din dator behöver känna till subnätmasken i sitt subnät, för att veta om den skall skicka ett IP-paket direkt till en dator på det lokala nätverket, vilket den ska om destinationsadressen hör till samma subnät (det lokala nätverket är ditt subnät). Upptäcker datorn i stället att destinationen faller utanför subnätet, så kommer den att skicka vidare paketet till en gateway för vidarebefodring i stället, oftast ut på det publika Internet (denna är då den första Internet-routern på vägen, eller routen, mot slutdestinationen).
En gateway är alltså en router, som är kopplad till två (eller eventuellt flera) olika IPsubnät och ser till att förmedla paket mellan dem. Skulle subnätmasken vara felaktig kan det därför ge konsekvensen att du till exempel inte kan nå datorer på ditt lokala nät (om den angivna subnätmasken är mindre i termer av adresser än vad den korrekta subnätmasken är), eftersom din dator i stället felaktigt skickar paketen till din gateway för vidarebefodring. Utanför din gatway, exempelvis på Internet, sker kommunikationen och adresseringen mellan allt större subnät (i termer av antal adresser). Vart och ett av dessa har en viss nätadress (som alltså bara pekar ut ett visst subnät), och nätadresserna blir allt mindre precisa i de mer centrala delar av Internet (backbone), där ett fåtal vägar finns till ett stort antal potentiella slutdestinationer - man säger att adressrymderna aggregeras till större adressrymder. Subnäten närmare kanterna på nätet (där din dator befinner sig) består alltså av allt mindre subnät, som har nätadresser som allt tydligare pekar ut slutmålet. Hur många IPv4-adresser är möjliga i hela adressrymden (teoretiskt)? Redovisa hur du räknade. Själva uträkningen kan göras till exempel med Windows kalkylator i (också i tillbehör/accessories). Detta kan räknas ut på flera sätt, tips för en varant: fyra bytevärda komponenter i adressen (en byte = 8 bitar) ger 256 (en bit kan anta två värden, så 8 bitar kan anta 2 8 ) möjligheter per position i IP-adressen uttryckt i decimal form. För att omvandla en IP-adress, eller en subnätmask, från decimal form till binär form så konverterar man varje bytevärt decimaltal (a, b, c och d) som beskriver den, individuellt från dess decimala till dess binära motsvarighet. Biten längst till vänster i varje byte (uttryckt binärt) är värd 128 decimalt, nästa bit 64 och så vidare. Exempel: det decimala talet 253 = 128+64+32+16+8+4+0+1 = 11111101 binärt. Gör detta för dina i uppgift 2 funna IP-adresser och subnätmasker nedan, konverteringen av varje byte får göras på valfritt sätt. Det enklaste är nog att göra det för hand, men du kan också använda Windows kalkylator i scientific / avancerat läge (tänk dock på att inledande nollor inte skrivs ut för det binära talet detta får man hålla reda på själv genom att man vet hur många bitar det skall vara totalt (vilket alltså är 8 om det handlar om en byte)). IP-adress i binär form (gör om varje byte för sig, adressen skall bli 32 bitar totalt (8+8+8+8)):... Nätmask i binär form (gör om den på samma sätt):...
Nu kan du räkna ut nätadressen till ditt subnät, som används av IP-routers direkt utanför din gateway, för att kunna skicka paket som skall till en värd i ditt nät i rätt riktning. Detta kan du göra genom att maska bort (därav namnet nätmask ) vissa bitar från en godtycklig IP-adress som hör till subnätet. Din egen dators, din standardgateways eller någon annan godtycklig adress som hör till ditt subnät kan alltså användas den funna nätadressen blir ändå densamma. Nätadressen kan maskas fram genom en logisk AND ( och )-operation mellan varje bit i IP-adressen, med den bit som har motsvarande position i subnätmasken (1 AND 1 = 1, 0 för övrigt). De bitar i IP-adressen som försvinner i och med detta utgör dess värddel, medan de som blir kvar kallas nätverksdel. Exempel på maskning av en byte från IP-adressen (exempelvis 193) med hjälp motsvarande byte-position i en nätmask (exempelvis 252): 11000001 (193) AND 11111100 (252) --------- 11000000 (192) Gör nu detta för alla bytes i din funna IP-adress (eller någon annan som tillhör subnätet) och nätmask. Frammaskad hel nätadress på binär form (för alla 32 bitpar, slutresultatet skall alltså också bli 32 bitar totalt (8+8+8+8)): (Beräknas alltså bit för bit som nätadressbit_position_x = ip_adressbit_position_x AND nätmaskadressbit_position_x)... Omvandla slutligen nätadressen till den decimala formen med ett omvänt arbetssätt, jämfört med decimal-binär (behandla varje byte för sig även här). Nätadress på decimal form: Det finns många ytterligare detaljer, regler och riktlinjer och för hur subnätsuppdelningen genomförs och organiseras, vilket vi dock inte går in på här (traditionellt har man tidigare bland annat klassificerat nätadresser i klasser, beroende på hur omfattande (i adressinnehåll) nätadressen är). För den intresserade finns en uppsjö fördjupande information om detta. I IP-subnät allokeras också en speciell broadcast -adress, som används för att adressera alla datorer på subnätet. Den kan man räkna fram med ett liknande arbetssätt som för nätadressen, man använder dock i stället en bitvis logisk OR (eller)-operation mellan de 32 bitarna i IP-adressen och de 32 bitarna i subnätmasken i inverterad form. Med andra ord ett-ställer man alla hostbitar i en på subnätet godtycklig ingående IP-adress för att få broadcastadressen (vilken i och med detta också blir den sista IP-adressen på subnätet). Vi går dock inte in djupare på det här, men den som vill får gärna försöka ta fram den och skriva ut resultatet här för en guldstjärna: FRIVILLIG DELUPPGIFT
Broadcastadress på decimal form: Genom att använda argumentet /? kan man se alla möjliga argument till kommandot ipconfig. Två speciellt användbara argument till kommandot ipconfig är /renew, som skickar en ny begäran om inställningar till DHCP-servern (på alla gränssnitt konfigurerade för att använda DHCP, om man inte anger ett specifikt), samt /all, som gör att mer detaljerad information visas. Skriv ipconfig /all i kommandoprompten, och dokumentera följande uppgifter för din dator, med hjälp av den information du får ut: Datornamn: ( Host name ) Fysisk adress: Primär DNS-server: (Den första i listan) Leasetid (bara om DHCP används i ditt nät): Gå nu till URL http://www.privacy.net/ i webläsaren. Denna sida rapporterar vilken IP-adress som web-servern som sidan finns på skickar svaret på din förfrågan till. Adressen som visas är med andra ord den adress webservern tror att din dator har. Din IP-adress enligt sidan: Skiljer sig den från adressen du tidigare funnit med hjälp av ipconfig? Om den skulle visa sig göra det, så kan det bero på att din dator befinner sig på ett subnät som finns bakom en gateway/router, som i sin tur implementerar Network Address Translation (NAT). Då är det möjligt för flera datorer att mer eller mindre transparent dela på en enda publik IP-adress, för kommunikation med datorer på Internet. NAT kan dock också användas för att koppla en enskild intern privat IPadress till en en egen extern IP-adress av administrativa skäl. Datorer på subnät som använder en NAT-gateway för tillgång till Internet har i regel adresser från en av de så kallade privata adressrymderna, vilka inte används på det publika Internet, utanför NAT-gateways. En konsekvens av detta är att datorerna på insidan inte kan adresseras individuellt från utsidan. Eftersom de inte används på det publika Internet kan dessa adresser då å andra sidan återanvändas i olika subnät, vilket gör det möjligt att koppla upp fler datorer till Internet än vad det finns möjliga IP-adresser. De privata adressrymderna presenteras i RFC nummer 1918, sidan 3. Redovisa vilka de tre olika privata adressrymderna som specificeras i Internet-standarden RFC 1918 är: (Ange start- och slutadress för varje. Sök t.ex. på www.google.com. )
Uppgift 4: Undersökning av några standardverktyg för nätfelsökning Kommandot ping är ett enkelt, men mycket användbart verktyg för felsökning i IPbaserade nätverk, främst genom att ge möjlighet att undersöka konnektiviteten mellan två datorer/noder. Det är till exempel ofta användbart att pinga sin gateway, eller en dator med en adress på ett annat subnät, när man har problem med sin tillgång till Internet. Alla parametrar till kommandot fås som vanligt med hjälp av argumentet /?. Kommandot gör att en speciell typ av IP-paket skickas till en given dator, som då returnerar ett svar (undantaget att måldatorn är konfigurerad att inte svara på ping-förfrågningar, eller att en mellanliggande brandvägg (nätverksnod som av säkerhetsskäl inspekterar och manipulerar trafik) inte släpper igenom dessa paket). Öppna kommandoprompten, skriv ping n 5 www.freebsd.org (just denna dator finns fysiskt i USA) och svara på följande: Vilken ungefärlig genomsnittlig envägsfördröjning blev det? (räkna ut) Förkortningen TTL står för (tips: läs hjälptexten för ping ): Vilket TTL-värde användes i ditt fall? Vilken effekt/funktion hade -n 5 i argumentet till ping? Vad tror du egentligen att ordet, som det första T :et i TTL står för, beskriver i detta sammanhang? (Tips: kika exempelvis på denna URL) Kommandot arp kan användas för att kontrollera och manipulera innehållet i datorns ARP-tabell. Denna skapas och underhålls i sin tur av ett protokoll med samma namn, vilket man kan läsa mer om detaljerna bakom exempelvis i IETF RFC nummer 826 (detta är dock ett ganska gammalt ARP-relaterat dokument). Undersök nu kommandots möjligheter genom att skriva arp /? i kommandoprompten. Förkortningen ARP står för: Beskriv kort det grundläggande syftet med ARP:
Skriv arp a i kommandoprompten. Återge ett valfritt adresspar ur din aktuella ARP-tabell: Pinga nu en godtycklig adress i det lokala nätverket som inte finns i ARP-tabellen för tillfället. Du kan antingen prova adresser i närheten av din egen tills du får ett ping-svar (tips: en DHCP-server delar oftast ut IP-adresser inom ett sammanhållet intervall, så det finns förmodligen aktiva adresser i närheten av din egen på subnätet), eller fråga en kamrat i laborationssalen efter dennes adress. Avbryt dina ping-sessioner med ctrl-c. Om du inte lyckas hitta ytterligare IP-adresser på ditt nät av något skäl, så kan du hoppa över frågan (motivera i så fall varför nedan). Skriv arp a igen. Ser tabellen annorlunda ut? Beskriv i så fall varför och hur den ändrats: Kommandot netstat kan användas för att undersöka olika nätverksproblem. netstat /? visar möjliga argument. Utan argument visar kommandot alla aktiva anslutningar till datorn. Skriv netstat n -a i kommandoprompten. Vad gör argumentet -n i detta fall?: Svara nu på följande för en fritt vald anslutning i listan som netstat returnerar: Transportprotokoll: ( Proto ) Lokal adress och lokaltportnummer: ( Local address ) Fjärradress och fjärrportnummer: ( Foreign address ) Anslutningens tillstånd: ( State )
Kommandot kan också användas för att ta reda på vilken process som använder en viss anslutning (två olika argument kan ge information om detta, vilket hjälpsidan beskriver). Nämn ett netstat-argument som kan ge dig PID (process-id) för anslutningarna: Med argumentet -r visar netstat i stället datorns aktuella routingtabell. Samma information kan fås med hjälp av kommandot route PRINT (route används för att manipulera innehållet i datorns routingtabell, vilket vi lämnar därhän här). I en dator som endast har en IP-adress (om man inte räknar loopback-adressen), och inte fungerar som router, så är denna tabell av naturliga skäl förhållandevis enkel. Skriv netstat r och ta reda på motsvarande gateway för två olika (valfria) destinationsnät (skriv också ut nätadresserna och nätmaskerna). Destinationsnät 1: Nätmask för destinationsnät 1: Gateway för destinationsnät 1: Destinationsnät 2: Nätmask för destinationsnät 2: Gateway för destinationsnät 2: Kommandot tracert (traceroute) kan användas för att ta reda på vilken väg (route) som paket tar/kommer att ta från en dator till en annan. Återigen ger argumentet /? lite mer information om möjliga parametrar. Det finns även grafiska verktyg som åstadkommer samma sak, till exempel programvaran Visualroute (URL http://www.visualroute.com/). Tag fram kommandotolken, och gör en traceroute till någon adress (till exempel tracert www.freebsd.org ). Svara sedan på följande: Mål (adress/domännamn): Antal hopp till destinationen: IP-adresser för de noder som fördröjningen ökar mest mellan (och hur mycket den ökar i ms):
FRIVILLIG DELUPPGIFT: Du gör en traceroute mellan samma två datorer, vid två olika tillfällen, och finner att resultaten (routerna) är annorlunda vid de olika tillfällena. Vad skulle detta kunna bero på? Ett system som är mycket viktigt för kommunikationen på Internet är DNS, som diskuteras i en rad RFC-dokument (exempelvis nummer 1034 och 1035), som översätter mellan IP-adresser och domännamn. Det moderna DNS är ett globalt distribuerat system, som datorer i slutändan hämtar information från genom att skicka förfrågningar till en DNS-server. Detta sker oftast bakom kulisserna, men med hjälp av kommandot nslookup kan man som användare göra egna uppslag och undersökningar. Vad står förkortningen DNS för? Varför tror du att man har valt att implementera DNS som ett hierarkiskt distribuerat system, uppdelat på många olika databaser, istället för ett centraliserat system? Skriv nslookup i kommandotolken. Väl inne i programmet så ger help en lista av möjliga inställningar och parametrar. Skriv nu in ett valfritt domännamn att slå upp, till exempel www.miun.se, och och ta reda på följande information: Standardserver: ( Default server ) Adress till standardserver: Uppslaget domännamn (ditt val): Svar från DNS (IP-adress):
Fler frivilliga extrauppgifter (behöver ej redovisas) Det finns även web-baserade gränssnitt som kan användas för att man skall kunna analysera och kontrollera sina egna nätverksinställningar. Detta kan vara speciellt användbart om man till exempel har konfigurerat en brandvägg, och vill kontrollera att allt fungerar som man tänkt sig. Detta kan man göra utifrån (om man har tillgång till en annan dator där) med en så kallad port scanner, vilken försöker att ansluta till olika portar på en dator, för att ta reda på vilka tjänster som finns tillgängliga från nätverket. Gå till URL http://www.t1shopper.com/tools/, och testa de olika funktionerna där (under tools i kolumnen till vänster. Med hjälp av denna sida kan du bland annat göra en traceroute till din egen dator, i stället för från. Blir det samma route tillbaks till din egen dator som när du gör en traceroute till webservern där sidan finns från din dator? Du kan också kontrollera beräkningar du gjorde i uppgift 2 med ett av verktygen som finns här. Gör en port scan mot den publika IP-adress du använder. Hittas några öppna portar och tillgängliga tjänster? Prova också kommandot whois, vilket är användbart för att ta reda på mer administrativ information om en viss adress. Ge gärna synpunkter på laborationskompendiet. Vad var givande, vad var för svårt eller dåligt förklarat, och vad var slöseri med din tid?