Дослідження систем тестування сегментів мережі Ethernet

Дерев’янко, Сергій Миколайович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6278

Title:	Дослідження систем тестування сегментів мережі Ethernet
Authors:	Рудаков, Костянтин Сергійович Дерев’янко, Сергій Миколайович
Issue Date:	Jan-2023
Abstract:	Проведено аналіз предметної області дослідження та сформульовані напрямки удосконалення, це дозволило визначити найбільш перспективні рішення для подальшого прототипування. Також проведено аналіз проблем тестування мережі Ethernet та методів їх тестування. Серед яких виділено: тестування за допомогою утиліт, при допомозі інтернет сервісів або ж тестування за допомогою спеціалізованих приладів, так званих аналізаторів мережі. Досліджено основні методи передачі пакетів в мережах, за рахунок порівняння методик формування пакетів та аналізу фізичного трафіку в сегментах мережі, що дозволило скорегувати та уточнити вимоги до потреб тестувальників. Виконано дослідження та опис форматів кадру серед яких є чотири основних, це Ethernet II, 802.3, 802.2 і 802.2 SNAP. Для дослідження форматів кадрів було використано утиліту Wireshark. Також було описано алгоритм для розпізнавання кадрів вході аналізу якого, було виявлено що різні протоколи використовують різні формати кадрів. Але відрізнити їх не надто складно. До того ж протокол TCP/IP висувається на домінуючу позицію не тільки в глобальних, а й в локальних мережах. Розроблено образно-знакову модель спеціалізованого аналізатора сегментів мережі, що в подальшому підвищило інформаційну надійність, за рахунок оптимізації алгоритмів обробки мережних пакетів. Створено фізичну модель аналізатора локальної мережі, це дозволило отримати практичне підтвердження аспектів, що наведені в роботі. Проаналізувавши можливості Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0, серед яких було вибрано одну, а саме Arduino Nano V3.0 з мікроконтролером ATmega328 який дуже підходить до нашого проекту, ще плата має невеликі розміри і це є великим плюсом в плані мобільності обладнання. Для того щоб підключитись до мережі Ethernet знадобився мережевий Ethernet модуль ENC28J60 на HR911105A та кабель обтиснутий перехресним чином. Після того як було зібрано конструкцію, було написано скетчі для серверної та клієнт-серверної частини. В результаті чого отримано простий аналізатор мережі. В результаті проведеної роботи було опрацьовано велику кількість матеріалу стосовно тестування комп’ютерних мереж. Також було виконано всі поставлені цілі та задачі.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6278
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
М_123_2022_Дерев`янко+.pdf Restricted Access		1.38 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ
СИСТЕМ

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеню «магістр»

на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ ТЕСТУВАННЯ СЕГМЕНТІВ МЕРЕЖІ
ETHERNET

Виконав: студент 2 курсу, групи МСКС-2107
спеціальності 123 Комп’ютерна інженерія,
освітня програма «Спеціалізовані
комп’ютерні системи»
Сергій ДЕРЕВ'ЯНКО
(ім’я, ПРІЗВИЩЕ)

Керівник Костянтин РУДАКОВ
( ім’я, ПРІЗВИЩЕ)

Рецензент
( ім’я, ПРІЗВИЩЕ)

Черкаси 2022 року

2

ЗМІСТ
С
ВСТУП ....................................................................................................................... 4
1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ АНАЛОГІВ ТЕСТУВАННЯ КОМП’ЮТЕРНИХ
МЕРЕЖ ....................................................................................................................... 9
1.1 Аналізатор мережі МАКС-ЕМК .................................................................... 12
1.1.1 Умови експлуатації ............................................................................. 12
1.1.2 Специфікація ....................................................................................... 13
1.2 Аналізатор мережі LinkRunner AT 1000 ....................................................... 15
1.2.1 Умови експлуатації ............................................................................. 16
1.2.2 Специфікація ....................................................................................... 16
1.3 Аналізатор мережі VIAVI HST - 3000 .......................................................... 18
1.3.1 Умови експлуатації ............................................................................. 19
1.3.2 Специфікація ....................................................................................... 19
1.4 Аналізатор мережі UNI-T UT681c ................................................................. 20
1.4.1 Умови експлуатації ............................................................................. 21
1.4.2 Специфікація ....................................................................................... 21
1.5 Аналізатор мережі MTS - 5800 ...................................................................... 22
1.5.1 Умови експлуатації ............................................................................. 23
1.5.2 Специфікація ....................................................................................... 23
1.6 Аналізатор мережі МАКС – ЕМК С1 ........................................................... 25
1.6.1 Умови експлуатації ............................................................................. 25
1.6.2 Специфікація ....................................................................................... 25
3

2 АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕДАЧІ ПАКЕТІВ ETHERNET ............................. 28
2.1 Модель OSI ...................................................................................................... 29
2.2 Технологія Ethernet .......................................................................................... 35
2.2.1 Технологія Fast Ethernet ..................................................................... 37
2.2.2 Технологія Gigabit Ethernet ................................................................ 39
2.2.3 Технологія 10 Gigabit Ethernet ........................................................... 40
2.3 Формати кадрів Ethernet .................................................................................. 41
2.3.1 Захоплення та аналіз пакетів за допомогою утиліт ........................ 42
2.3.2 Ethernet II ............................................................................................. 44
2.3.3 Стандарт 802.3 .................................................................................... 47
2.3.4 Два стандартних формати 802.2 і 802.2 SNAP ................................ 48
2.3.5 Алгоритм визначення формату кадру .............................................. 49
3 СИНТЕС ПРОГРАМНО АПАРАТНОГО КОМПЛЕКСУ ТЕСТУВАННЯ
СЕГМЕНТІВ МЕРЕЖІ ETHERNET ...................................................................... 50
3.1 Опис Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0 ....................................... 50
3.2 Підключення Ethernet для Arduino Nano V3.0 ............................................. 58
3.3 Реалізація скетчу (прошивки) ........................................................................ 65
3.4 Модифікація пристрою ................................................................................... 71
ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 74
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 76

4

ВСТУП
Конкуренція на ринку IT послуг зростає, з'являються нові сервіси, а
оператори змушені нарощувати трафік, тим самим надаючи абонентам більш
високошвидкісні канали зв'язку. Триває поширення технологій із пакетною
передачею даних. Експлуатація загальної універсальної технології Ethernet – для
магістральних, і локальних мереж - є одним з найбільш оптимальних способів
передачі даних.
Обладнання стає все більш і більш складним. Не так вже й просто знайти
універсального фахівця, який розбирається відразу в усьому. Зазвичай незрозуміло
де шукати проблему - чи в апаратному забезпеченні оператора зв'язку, чи в
програмному забезпеченні оператора зв'язку, можливо в апаратному забезпеченні
замовника або ж в програмному забезпеченні замовника. Локалізація проблеми
розподіляє зони відповідальності між програмними та лінійними службами,
сильно зменшуючи час відновлення зв'язку. Необхідний стандартний інструмент:
набір тестів, які перевіряють базові можливості трансляції трафіку в мережах
Ethernet – який не залежить від операційних систем та драйверів пристроїв.
Так, як мережі зв'язку загального користування існують та розвиваються вже
більше ніж 100 років. І спочатку існували аналогові мережі зв'язку, потім з’явились
цифрові, і не так давно пакетні. Це – основна метрика мережі, але не єдина. Існуючі
та перспективні архітектурні питання побудови мереж зв’язку загального
користування, якість обслуговування та якість сприйняття як мережеві метрики
мереж зв’язку загального користування, моделі трафіку мереж зв’язку загального
користування і проблеми що до забезпечення інформаційної безпеки - це далеко не
повний перелік проблем розвитку.
В останні часи архітектура мереж зв'язку загального користування
утворювалась на основі двох напрямків розвитку мереж: конвергенції й
гармонізації. Конвергенція забезпечила при мережевому розвитку загальне
використання ресурсів мережі зв’язку загального користування різноманітними
технологіями: стільниковими, Інтернет, фіксованого зв'язку, в той час, як
5

гармонізація надала змогу користувачеві отримувати послуги в будь-який із
перерахованих мереж однаковим способом. Цих два напрямки, в кінцевому
рахунку, сформувались в концепцію мереж зв'язку наступного покоління вона ж,
NGN (Next Generation Network), при реалізації котрої світове інженерне товариство
вперше поставило перед собою ціль побудувати мережу зв'язку із гарантованим
рівнем якості обслуговування.
В Інтернет інформація і команди передаються у вигляді пакетів, що містять
як вихідний адресу, так і адреса місця призначення (IP-адреса має 32 двійкових
розряди). Кожній ЕОМ в мережі поставлений у відповідність унікальний адресу,
поява двох об'єктів з ідентичними IP-адресами може дезорганізувати мережу. IP-
адресація підтримує п'ять різних класів мереж (практично використовується тільки
три) і, відповідно, адрес (версія IPv4). Клас А призначений в основному для
невеликого числа дуже великих мереж. Тут для коду мережі виділено тільки 7 біт,
це означає, що таких мереж в світі не може бути більше 127 (27-1). Клас B виділяє
14 біт для коду мережі, а клас С - 22 біта. У класі C для коду ЕОМ (host) призначено
8 біт, тому число ЕОМ в мережі обмежена. Найлівіші біти адреси призначені для
коду класу. ip-адреса характеризує точку підключення машини до мережі. Тому,
якщо ЕОМ перенесена в іншу мережу, її адреса має бути змінений. Старші біти
адреси визначають номер підмережі, інші біти задають номер вузла (номер ЕОМ).
Актуальність теми
Комп’ютерні мережі є базисом для функціонування інформаційних систем у
різних сегментах бізнес-діяльності. Вони забезпечують передавання даних і
комунікацію між автоматизованими вузлами підприємства, управління правами
доступу до інформаційних ресурсів і безпосередньо впливають на ефективне
впровадження та застосування інформаційних технологій. Тому важливим з точки
зору інформаційної надійності, опрацювання та формування оперативних і звітних
даних є проектування інформаційних інфраструктур, які б давали змогу
забезпечити надійність і захищеність процесів передачі даних як в межах
організації, так і поза ними, а також їх централізованого зберігання та управління
6

ними. Тому тестування локальних мереж є важливою складовою роботи
інформаційних систем, оскільки дають змогу підвищити ефективність прийняття
рішень за рахунок здатності швидкого вирішення проблем, при цьому
конкурентоспроможність бізнес процесів та бізнес систем в цілому. Однак, при
супроводі комп’ютерних мереж необхідно враховувати ряд критеріїв, які б сприяли
ефективному відображенню реальних бізнес-процесів підприємства на віртуальні.
Одними з найбільш важливих характеристик комп’ютерних мереж є їх архітектура,
логічна та фізична топології, тип використовуваного обладнання, засоби захисту та
підвищення надійності. Тому актуальною науково-практичною задачею є
дослідження методів і засобів забезпечення надійності і захищеності комп’ютерних
мереж, які б давали змогу забезпечувати і комплексно оцінювати локальні і
глобальні критерії надійності та захищеності, а також будувати рекомендації щодо
їх оптимізації. При розробці методів і засобів підвищення надійності і захищеності
комп’ютерних мереж необхідно враховувати вимоги щодо забезпечення надійності
роботи апаратних засобів, їх продуктивності, фізичного і програмного захисту
обладнання та інформаційних ресурсів, паралельного доступу до ресурсів та
розмежування прав доступу. Дослідженню методів побудови та забезпечення
надійності комп’ютерних мереж присвячено ряд наукових і практичних публікацій,
зокрема серед українських вчених варто відмітити праці А.О. Лунтовського, І.В.
Мельника, Б.Ю. Жураковський, І.О. Зенів та ряду інших. Серед закордонних
науковців варто відмітити праці Е. Таненбаум, С. Мюллера, В.А. Оліфера, Н.А.
Оліфера та ін.
Мета і завдання дослідження
Метою дослідження є підвищення ефективності локальної мережі за рахунок
розробки та впровадження аналізатора мережі.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
1. Провести аналіз предметної області дослідження та сформулювати
напрямки удосконалення за отриманими результатами.
2. Дослідити основні методи передачі пакетів в мережах.
7

3. Розробка образно-знакової моделі спеціалізованого аналізатора сегментів
мережі.
4. Створити фізичну модель аналізатора локальної мережі.
5. Розробка програмного коду для аналізатора локальної мережі.
Об’єкт дослідження – процес передачі пакетів Ethernet в локальних мережах.
Предмет дослідження – Тестування сегментів мережі Ethernet на базі W5100 +
ENC28j60.
Методи дослідження Методи дослідження основані на теорії аналізу , синтезу, та
оптимізації; теорії надійності, теорії інформації, теорії проектування,
схемотехніки.
Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому що:
1. Проведено аналіз предметної області дослідження та сформульовані
напрямки удосконалення, це дозволило визначити найбільш перспективні
рішення для подальшого прототипування.
2. Досліджено основні методи передачі пакетів в мережах, за рахунок
порівняння методик формування пакетів та аналізу фізичного трафіку в
сегментах мережі, що дозволило скорегувати та уточнити вимоги до
потреб тестувальників.
3. Розроблено образно-знакову модель спеціалізованого аналізатора
сегментів мережі, що в подальшому підвищило інформаційну надійність,
за рахунок оптимізації алгоритмів обробки мережних пакетів.
Практичне значення отриманих результатів полягає:
В доведенні отриманих наукових результатів до конкретних інженерних
рішень:
4. Створено фізичну модель аналізатора локальної мережі, це дозволило
отримати практичне підтвердження аспектів, що наведені в роботі.
5. Розроблено програмний код для аналізатора локальної мережі, за рахунок
побудови алгоритму аналізу та сучасних програмних засобів;

8

Апробація результатів дослідження.
Основні положення і результати дослідження доповідались, обговорювались:
• на студентській науковопрактичній конференції ЧДТУ: 27–30 квітня 2020 р.
• на студентській науковопрактичній конференції ЧДТУ: 19–22 квітня 2021 р.
• перед ДЕК ЧДТУ 10 червня 2021р. - Черкаси: ЧДТУ, 2021.
Публікація
1. Дослідження інформаційних систем майстерень друку / С.М. Дерев’янко,
В.М. Лукашенко, І.А. Зубко // Збірник тез доповідей студентської
науковопрактичної конференції ЧДТУ : 27–30 квітня 2020 р. [Електронний
ресурс] / [упоряд. Мельник І.В.] ; Мво освіти і науки України, Черкас. держ.
технол. унт. – Черкаси : ЧДТУ, 2020. – C.39.
2. Ethernet personnel research system / M.M. Karman, S.M. Derevianko,
K.S. Rudakov // Збірник тез доповідей студентської науковопрактичної
конференції ЧДТУ : 19–22 квітня 2021 р. [Електронний ресурс] / [упоряд.
Мельник І.В.] ; Мво освіти і науки України, Черкас. держ. технол. унт. –
Черкаси : ЧДТУ, 2021. – C.117.
3. Testing of ethernet network segments based on W5100+ENC28J60 /
S.M. Derevianko, M.M. Karman, K.S. Rudakov // Збірник тез доповідей
студентської науковопрактичної конференції ЧДТУ : 19–22 квітня 2021 р.
[Електронний ресурс] / [упоряд. Мельник І.В.] ; Мво освіти і науки України,
Черкас. держ. технол. унт. – Черкаси : ЧДТУ, 2021. – C.118.
Структура та обсяг кваліфікаційної роботи.
Кваліфікаційна робота магістра складається з вступу, трьох розділів,
висновку та списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи складає 80
сторінок, 18 рисунків, 12 таблиць. Список використаних джерел містить
46 найменувань.
9

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ АНАЛОГІВ ТЕСТУВАННЯ
КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
На даний момент є багато способів тестування комп’ютерних мереж, від
різноманітних інтернет ресурсів та утиліт до повноцінних персональних приладів.
Перевірка за допомогою утиліт
Можна перевіряти пропускну здатність каналу за допомогою стандартних
утиліт. Цей метод добре підійде, якщо Вам треба приблизно оцінити якість зв'язку
між двома комп'ютерами.
Для цього підійде крос-платформна утиліта iperf. На одному комп'ютері
запускається сервер за допомогою команди «iperf -s», після цього, на іншому
комп'ютері запускається клієнт «iperf -c server_ip». Утиліта проводить тестування і
виводить результати: час в секундах з моменту початку тестування, кількість
переданих байт, швидкість передачі.
Зараз актуальна 3-тя версія. Якщо Ви користувач Windows, то викачуємо
утиліту і запускаємо з командного рядка. На одному комп'ютері сервер «iperf3.exe
-s». На другому клієнт.
За допомогою ключів можна налаштувати протокол передачі (TCP / UDP, а в
3-ій версії і SCTP). Можна провести тестування не тільки передачі даних від клієнта
до сервера, але і в обох напрямках. Є можливість вибору портів, на яких буде
запускатися сервер.
Недолік такого тестування - це в першу чергу те, що тестування проводиться
на 4 рівні моделі OSI, тобто фіксуються тільки дані, передані по TCP / UDP, без
урахування ip заголовків і керуючих пакетів. Оператор зв'язку, в свою чергу,
зазвичай гарантує пропускну здатність каналу зв'язку, включаючи IP заголовки.
Так як виконується таке тестування з використанням комп'ютера, то в будь-
який момент може запуститися яке-небудь додаток або служба і вплинути на
результати тестування [8].
10

Перевірка за допомогою інтернет ресурсів
Іноді хочеться перевірити - чи дійсно провайдер надає обіцяні мегабіта. Він
же може написати в документі одне, а насправді швидкість буде набагато менше.
Може, вдень і все нормально, а от увечері всі почнуть качати фільми з торрентів,
дивитися онлайн серіали та грати в онлайн ігри. Ось в такий важливий момент і
починає гальмувати інтернет.
Перевірити його швидкість можна за допомогою «Speedtest» від Ookla. Є
інші, але це найпопулярніший. Спочатку проводиться ping-тестування для
визначення швидкості відгуку сервера. Після цього вимірюється, з якою швидкістю
Ваш комп'ютер може передавати файли в інтернет і завантажувати файли з
інтернету.
При проведенні декількох тестів результати тестування будуть змінюватися.
Це залежить від завантаженості сервера, з яким проводиться обмін файлів.
Невідомі маршрути пакетів до серверів.
Звичайно ж, такий Speedtest не буде точно. Але за його результатами можна
зателефонувати провайдеру та поцікавитися про причини поганого інтернету, і
коли їх поправлять [8].
Прилади для тестування Ethernet мереж
Після того як мережа була розгорнута, необхідно перевірити, чи правильно
все було зроблено, чи правильно були налаштовані маршрутизатори, чи немає де
поганого контакту або обриву. Можуть не працювати якісь відеокамери в автобусі.
Ось тут для перевірки і необхідні прилади. Найчастіше трапляється так, що все не
працює і незрозуміло чому. За допомогою приладів можна швидко виявити
причину і місце несправності.
На аеродромах, в портах, важливих адміністративних будівлях системи
зв'язку повинні працювати без збоїв. Забезпечення цього має контролюватися за
допомогою приладів, внесених до державного реєстру засобів вимірювальної
техніки.
11

Можна виділити наступні групи пристроїв, що використовуються для
проведення вимірювань:
• Самостійний прилад, зазвичай з двома вимірювальними портами.
Зручно передавати пакети тестових даних з одного вимірювального порту, і
аналізувати їх на іншому. В цьому випадку аналізуються односторонні
вимірювання. Так само можна включити режим «Шлейф» на одному з портів.
Пакет, що прийшов на порт, буде пересилатися назад відправнику. Таким
чином, можна проводити двосторонні вимірювання.
• «Зонд». Це самостійний прилад, у якого один або два вимірювальних порту.
Контролюється робота зондами за допомогою системи управління, яка задає
зондам необхідні настройки і запускає тестування. Зазвичай зонди
виготовляються з урахуванням можливої їх установки в стійку.
• «Шлейф». Це пристрій «завороту» трафіку, самостійно його не можна
використовувати для проведення вимірювань. У нього один вимірювальний
порт. Всі пакети, що прийшли на нього, він пересилає назад відправнику.
Його використовують у разі проведення вимірювань на великих відстанях.
На одній ділянці мережі ставиться шлейф, на іншій ділянці підключається
прилад. З приладу відправляються тестові дані на шлейф, той їх розгортає
назад. Так проводяться двосторонні вимірювання.
Тестовий трафік формується і обробляється на ПЛІС (програмованої логічної
інтегральної схемою). Пристрій не передає під час тестування ніякого зайвого
трафіку з вимірювального порту, який міг би вплинути на результати проведення
тесту. Відправляються пакети забезпечуються тимчасовими мітками в області
даних. Завдяки цьому можна, при отриманні тестового пакета, визначити затримку
пакета, пакетний джиттер з точністю до 8 наносекунд [8].
За результатами проведених вимірювань, формують звіти.

12

1.1. МАКС-ЕМК
Тестер-аналізатор пакетних мереж МАКС-ЕМК призначений для кількісної
оцінки параметрів якості, діагностики сучасних систем зв'язку на основі технології
IP, виконання вимірювань параметрів мереж передачі даних, для контролю їх на
відповідність регламентованому рівню якості надання послуг [9].

Рис. 1.1. Аналізатор мережі Ethernet, МАКС-ЕМК.

Прилад також дозволяє вимірювати параметри якості синхронізації різних
систем з вимірюванням розбіжність шкал часу в мережах операторів зв'язку.
Контроль параметрів транспортних потоків мереж Ethernet, Fast Ethernet і
Gigabit Ethernet проводиться відповідно до міжнародними рекомендаціями [9].
1.1.1. Умови експлуатації
МАКС-ЕМК «Е» має портативний виконання і призначений для експлуатації
в наступних умовах:
• температура навколишнього середовища від + 5 ° С до + 40 ° С;
• відносна вологість повітря до 90% при температурі + 25 ° С;
• атмосферний тиск не нижче 450 мм рт. ст. (60 кПа) і не вище 795 мм рт. ст.
(106 кПа).
13

Живлення приладу здійснюється від вбудованого акумулятора (1 шт., тип Li-
ion) або мережі змінного струму напругою 220-230 В і частотою 50-60 Гц (при
харчуванні приладу від блоку живлення). Прилад розрахований на безперервну
цілодобову роботу [10].
1.1.2. Специфікація
• незалежну підтримку і тестування двох інтерфейсів Ethernet / Gigabit
Ethernet;
• генерацію трафіку на фізичному, канальному, мережевому і транспортному
рівнях;
• збір і відображення статистичної інформації по приймається і передається
трафіку з поділом за типами та розмірами кадрів, а також по помилковим
кадрам;
• формування звітів за поточними результатами вимірювань;
• тестування відповідно до рекомендації RFC 2544 з проведенням тестів:
пропускна здатність, затримка поширення, залежність рівня втрат кадрів від
завантаження каналу, граничне навантаження;
• тестування відповідно до рекомендації Y.1564 з проведенням тестів: тест
конфігурації і тест продуктивності;
• контроль зв'язності каналів і маршрутів на мережевому рівні: луна-
тестування, маршрут, DNS, IP Сканер;
• організацію шлейфа на чотирьох рівнях: фізичному, канальному,
мережевому і транспортному, з можливістю заміни і перестановки полів
пакету;
• організацію з'єднання з одного вимірювального порту на інший з
паралельним збором статистики в режимі моніторингу (Режим транзит);
• настроюється фільтрацію вхідного трафіку на канальному і мережевому
рівнях;
• діагностику несправностей мідного кабелю, визначення типу кабелю з
відображенням схеми комутації;
14

• підтримку протоколів дозволу адрес (ARP) і динамічної конфігурації вузла
мережі (DHCP);
• управління настройками інтерфейсу віддаленого приладу;
• підтримку функцій виявлення віддалених пристроїв по протоколу Ethernet
OAM;
• тестування метрик MDI трафіку IPTV відповідно до рекомендацією RFC
4445,
• вимір вхідний і вихідний потужності з оптики;
• тестування проходження трафіку для симетричних і асиметричних каналів
[3];

Таблиця 1.1
Технічні характеристики приладу МАКС-ЕМК
Характеристика Опис
Інтерфейси
Електричний Ethernet / IP 10/100/1000 Мбіт / c два інтерфейси
RJ45
Оптичний Ethernet / IP 1000 Мбіт / c два інтерфейси SFP
Інтерфейс для управління, підключення до ПК USB-клієнт, Ethernet 10/100 BASE-T
Дисплей Графічний, кольоровий, розширення
320х240 пікселів
Акумулятори 1 шт. тип Li-ion
Масо габаритні характеристики
Довжина 225 мм
Ширина 110 мм
Висота 53 мм, 62 мм*
Вага 0,67кг, 0,8 кг*
Живлення
Час автономної роботи в режимі тестування до 9 ч
Час заряду акумуляторів Не більше 2 ч
Напруга живлення приладу 12 В
Граничні умови експлуатації
Температура оточуючого середовища від + 5 °С до + 40 °С
Відносна вологість повітря до 90% при температурі + 25 ° С
Атмосферний тиск не нижче 450 мм рт. ст. і не вище 795
мм рт. ст.
Інші характеристики
Частота тактового сигналу без підстроювання 125000000±1.25 Гц
генератора від систем ГЛОНАСС / GPS
Формування 100% завантаження каналу. до 1 Гбіт / c
Вимірювання кількості інформації від 0 до1 × 1020 з похибкою ± 1 байт
15

• вимірювання варіації затримки пакетів відповідно до рекомендацією RFC-
3393 і розподілу варіації затримки пакетів за діапазонами;
• вимірювання параметрів високоточної синхронізації часу за протоколом PTP
IEEE1588 версії 2 для одноадресного і багатоадресного режиму роботи
протоколу;
• вимір розбіжності шкал часу від джерел синхронізації: синхронізації за
протоколу PTP IEEE1588 у версії 2, синхронізації за протоколом NTP;
• синхронізації в глобальнй навігаційній супутниковій системі
ГЛОНАСС/GPS, в повній відповідності до «Методики вимірювань різниці
(розбіжності) шкал часу на основі протоколів NTP і PTP (МІ РШВ.01.08-
2017) » [10].

1.2. LinkRunner AT 1000

Рис. 1.2 – Аналізатор мережі Ethernet, LinkRunner AT 1000.

16

З його допомогою можна швидко перевірити мідні і оптоволоконні кабельні
системи. Цей міцний, портативний тестер мережі прискорює пошук несправностей
і створення звітів з допомогою натискання однієї кнопки AutoTest (Автотест) і
хмарної функції автоматичного створення звітів Link-Live. Автотест
виконує всі необхідні перевірки підключень за 10 секунд, дозволяючи
швидко і точно визначити і вирішити проблеми мережевих підключень. Хмарна
автоматична функція створення звітів завантажує результати в службу Link-Live
Cloud для створення звітів і управління проектами [11].
1.2.1. Умови експлуатації
LinkRunner AT 1000 портативний і призначений для експлуатації в наступних
умовах:
• від 0 ºC до +45 ºC Батарея не буде заряджатися, якщо внутрішня температура
тестера перевищує 45 ºC;
• 90% (від 10ºC до 35ºC) 75% (від 35ºC до 45ºC);
• навантаження і вібрація, Випадкові вібрації, 2 г, від 5 до 500 Гц (клас 2),
пройшов тест на удар при падінні з висоти 1 м;
• тестування кабелю, довжина пар, обриви, короткі замикання, розщеплення
пар, визначення типів пасивне (перехрещення / прямий), підтримка
кабельних ідентифікаторів
Живлення приладу здійснюється від чотирьох батарейок типу "АА". Прилад
розрахований на безперервну цілодобову роботу.
1.2.2. Специфікація
• кілька налаштованих користувачем Автотестів;
• вимірювання довжини кабелю, визначення місця пошкодження кабелю і виду
ушкодження;
• TruePower ™ для вимірювання Power over Ethernet (PoE) ;
• швидкість Ethernet і перевірка дуплексной передачі в мережах зі швидкістю
передачі даних 10Мб / 100Мб / 1Гб;
17

• перевірка з'єднання оптоволоконного кабелю і кабелю на кручений парі
Ідентифікація найближчого комутатора Випробування підключень DHCP,
DNS і шлюзу;

Таблиця 1.2
Технічні харакеристики приладу LinkRunner AT 1000
Характеристика Опис
Інтерфейси
Підключення до мідних мереж RJ-45: 100BASE-TX, 10BASE-T, 1000BASE-T
і PoE (IEEE 802.3af і 802.3at); 100BASE FX і 1000
Тестування кабелю Довжина пар, обриви, короткі замикання,
розщеплення пар, визначення типів пасивне
(перехрещення / прямий), підтримка кабельних
ідентифікаторів
Генератор тонального сигналу Цифровий сигнал генератора IntelliTone: 500
кГц; аналогові сигнали: 400 Гц, 1 кГц
Дисплей 2,8-дюймовий кольоровий РК-дисплей (320 x
240 пікселів)
Основний інтерфейс USB, 5-контактный mini-B
Масо габаритні характеристики
Довжина 198 мм
Ширина 89 мм
Висота 48 мм
Вага 0,5 кг
Живлення
Живлення чотири батарейки типу "АА"
Граничні умови експлуатації
Робоча температура від 0 ºC до +45 ºC Батарея не буде
заряджатися, якщо внутрішня температура тестера
перевищує 45 ºC
Відносна вологість повітря 90% (від 10ºC до 35ºC) 75% (від 35ºC до 45ºC)
Температура зберігання від -20 ºC до +60 ºC
Вимоги до ПК для установки ПО LinkRunner Manager Software
Підтримувані ОС Windows® Vista, Windows® XP, Windows® 7,
Windows® 8
процесор Pentium процесор 400 МГц або рівний йому
(мінімум); Pentium процесор 1 ГГц або рівний йому
(рекомендований)
ОЗУ Мінімум 96 мб; 256 мб (рекомендовано)
Жорсткий диск необхідно до 500 мб вільного місця
Дисплей 1024 x 768, 32-bit (рекомендується)

18

• Ping-тест і перевірка підключення порту TCP до 10 обраним користувачем
цілям ;
• результати зберігаються на тестері або автоматично завантажуються на Link-
Live Cloud Service;
• відображення пакетів на швидкості до 1 Гбіт / с [11].

1.3. VIAVI HST-3000

Рис. 1.3 – Аналізатор мережі Ethernet, VIAVI HST-3000.

Портативна, модульна вимірювальна платформа, виробництва компанії
JDSU для мультисервісних мереж реалізованих на мідних і оптичних лініях зв'язку.
Це перспективне рішення особливо актуально в період переходу від комутації
каналів до пакетної комутації. Платформа HST-3000c, з індексом "c", підтримує
вимірювання фізичних параметрів мідних ліній [12].
За допомогою HST-3000 також можна швидко і точно виявити пошкодження
в кабелі, такі як короткі замикання, замикання на землю, обриви, поділу пар і
19

пошкодження з великим опором. Якщо проблема не постійна, відстеження буде
тривати до тих пір, поки вона не з'явиться знову. Можна також вимірювати
довжину абонентської лінії, використовуючи метод вимірювання ємності між
жилами пари (дроти a і b).Ідеальний інструмент для польових умов: міцний, легкий
(1,3 кг), портативний, захищений від вологи корпус [12].
1.3.1. Умови експлуатації
VIAVI HST-3000 портативний і призначений для експлуатації в наступних
умовах:
• Температура оточуючого середовища від -5 ºC до +50 ºC;
• Відносна вологість не більша ніж 90% (від 10ºC до 35ºC) 75% (від 35ºC до
45ºC);
• тестування кабелю, довжина пар, обриви, короткі замикання, розщеплення
пар, визначення типів пасивне (перехрещення / прямий), підтримка
кабельних ідентифікаторів.
Живлення приладу від вбудованого акумулятора або через фірмовий
мережевий адаптер від мережі змінного струму напруга якої 220В, частота 50Гц.
Робота від акумуляторних батарей до 10 годин.
1.3.2. Специфікація
• генерація і аналіз трафіку на Layer 2, Layer 3 і Layer 4 (Eth / IP / TCP / UDP) і
з автоматичного алгоритму RFC2544,
• генерація і аналіз трафіку з різними схемами інкапсуляції, такі як VLAN,
VLAN Stacking (Q-in-Q) і MPLS,
• емуляція трафіку з даними на останній милі по протоколу PPPoE,
• розширене тестування сервісів Triple Play: VoIP, VideoIP і передачі даних
базуються на FTTX, PON та xDSL мережах,
• діагностика схеми і сервісів, включаючи емуляцію модему і кінцевого
обладнання на ADSL, ADSL2, ADSL2 +, G.SHDSL і VDSL2;
20

• повнофункціональна діагностика мідних ліній зв'язку: DVOM, рефлектометр
TDR, широкосмуговий TIMS, спектральний шум і рефлектометр RFL,
• генерація і аналіз трафіку в Ethernet мережах 10/100/1000 Гбіт / с на оптичних
і електричних інтерфейсах (точка-точка або розподілене тестування),
• настройка і експлуатація мереж і технологій: Ethernet, E1 (з аналізом даних),
ISDN BRA і G.SHDSL [13].

Таблиця 1.3
Технічні специфікації приладу VIAVI HST-3000
Характеристика Опис
Інтерфейси
Тестування кабелю Довжина пар, обриви, короткі замикання,
розщеплення пар, визначення типів пасивне
(перехрещення / прямий), підтримка кабельних
ідентифікаторів
Підключення до мідних мереж RJ-45: 10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T
і PoE (IEEE 802.3af і 802.3at); 100BASE FX і 1000
Генератор тонального Цифровий сигнал генератора IntelliTone: 500
сигналу кГц; аналогові сигнали: 400 Гц, 1 кГц
Дисплей 2,8-дюймовий кольоровий РК-дисплей (320 x
240 пікселів)
Масо габаритні характеристики
Довжина 242 мм
Ширина 114 мм
Висота 72 мм
Вага 1,3 кг
Живлення
Живлення вбудований акумулятора або через фірмовий
мережевий адаптер від мережі змінного струму
напругою 220В, частотою 50Гц
Граничні умови експлуатації
Робоча температура від -5 ºC до +50 ºC Батарея не буде
заряджатися, якщо внутрішня температура тестера
перевищує 45 ºC
Відносна вологість повітря 90% (від 10ºC до 35ºC) 75% (від 35ºC до 45ºC)
Температура зберігання від -40 ºC до +60 ºC

1.4. UNI-T UT681C
UT681C це тестер кабелів і мережевих кабелів з роз'ємами RJ11, RJ45, BNC.
Тестер мережевих кабелів UT681C складається з передавача і приймача. Результат
21

тесту візуалізується за допомогою 8 світлодіодів. Може швидко виявити коротке
замикання лінії, неправильне підключення і обрив лінії. Пристрій здатний швидко
перевірити і точно визначити стан кожного окремого провідника в багатожильних
кабелях, перерахованих вище. Він відмінний помічник в проектуванні і будівництві
мереж зв'язку та інфраструктури [18].

Рис. 1.4 – Аналізатор мережі Ethernet, UNI-T UT681C.

1.4.1. Умови експлуатації
UT681C це достатньо компактний та мобільний пристрій, який можна
експлуатувати в наступних умовах:
• Температура зберігання пристрою, має бути від -10С до +50С;
• Температура навколишнього середовища має бути в межах від 0 до +40С;
• Відносна вологість повітря до 90%
• Також пристрій має батарею 9В, та індикатор на передній панелі що
повідомляє користувачу, про низький заряд батареї.
1.4.2. Специфікація
• Тестування кабелів Ethernet і телефонних ліній;
• Оснащений інтерфейсом RJ45 для кабелів Ethernet і інтерфейсом RJ11 для
телефонних проводів;
22

• Тестування кабелів Ethernet: екрановані / неекрановані;
• Відображення показань за допомогою світлодіодних індикаторів;
• Автоматична перевірка лінії на розрив, замикання і схрещування;
• Перемикання між режимами швидкого і повільного тестування [19].

Таблиця 1.4
Технічні специфікації приладу UNI-T UT681C
Характеристика Опис
Інтерфейси
Тестування кабелю Ethernet і телефонних ліній, RJ45 для кабелів Ethernet і
інтерфейсом RJ11 для телефонних проводів.
Масо габаритні характеристики
Довжина 114 мм
Ширина 86 мм
Висота 36 мм
Вага 0,13 кг
Живлення
Живлення Батарея, 9 В
Граничні умови експлуатації
Робоча температура від 0 ºC до +40 ºC
Відносна вологість повітря до 90%
Температура зберігання від -10 ºC до +50 ºC

1.5. MTS-5800

Рис. 1.5 – Аналізатор мережі Ethernet, MTS-5800.

23

MTS-5800 портативний транспортний аналізатор для інсталяції та
експлуатації мереж Carrier Ethernet. Він підтримує як традиційні, так і найсучасніші
мережеві технології, які використовуються при будівництві мереж рівня Metro,
Core і Mobile Backhaul [14].
Найкомпактніший аналізатор з підтримкою 10G дозволяє виконувати
інсталяцію та обслуговування транспортних мереж на будь-якому етапі життєвого
циклу. Він створений для технічних фахівців, які займаються перевіркою
правильності налаштувань обладнання, діагностикою наскрізний передачі даних по
мережі, настроюванням тунелів, підтримкою Ethernet OAM, і забезпечують
дотримання угод SLA. Набір автоматичних тестів J-Complete, захоплення і
декодування трафіку, вбудована експертна система J-Mentor, допоможуть
інженерам виконувати діагностику сервісів на будь-якому рівні моделі OSI [14].
MTS-5800 задовольняє потребам існуючим сьогодні, а також підтримує нові
технології, такі як Sync Ethernet і 1588v2 PTP, використовувані при синхронізації в
телекомунікаційних мережах на основі Ethernet [14].
1.5.1. Умови експлуатації
MTS-5800 портативний і призначений для експлуатації в наступних умовах:
• Температура оточуючого середовища від 0 ºC до +50 ºC;
• Відносна вологість не більша ніж 10% - 90% без конденсації (від 10ºC до
35ºC) 75% (від 35ºC до 45ºC);
• Живлення приладу від вбудованого акумулятора робота батарей до 4 годин
(зележить від типу тестування).
1.5.2. Специфікація
• Двохпортова конфігурація комбінації: 2 x 100GE LR4 (40GE); 2 x OTU4 Bulk;
2 x 10GE;
• 100GE інтерфейс: LR4, RS-FEC interfaces: SR4, PSM4, CWDM4, QSFP28,
CFP4,
самодіагностика оптичних інтерфейсів в польових умовах;
24

• Підтримка всіх швидкостей до 100G: 1.5M / 2M to 112G OTU4,
• Тестує волоконну оптику: OTDR рефлектометр - сумісний з модулями OTDR
лінійки 4100, опція Smart Link - схематичне побудова рефлекторам COSA
оптичний аналізатор спектру - сумісний з модулем аналізатора спектра
CWDM COSA, P5000i - оптичний мікроскоп, MP-60/80 - вимірювачі оптичної
потужності;
• Сумісний з модулем TEM - синхронізації за часом.
• Спрощує роботу з декількома технологіями - все в одному приладі [15].

Таблиця 1.5
Технічні специфікації приладу MTS-5800
Характеристика Опис
Інтерфейси
100GE LR4, RS-FEC interfaces: SR4, PSM4, CWDM4
QSFP28, CFP4
самодіагностика оптичних інтерфейсів в
польових умовах
Духпортовая конфігурація комбінації: 2 x 100GE LR4 (40GE); 2 x OTU4
Bulk; 2 x 10GE
Порти 2x USB 2.0, 1x RJ45 Ethernet, 1x serial RS-
232, 1x Bluetooth, 1x WiFi з USB адаптером, 1x аудіо
Внутрішня пам'ять Мінімум 1Гб (тисячі звітів)
Дисплей Сенсорний екран, 7 дюймів ЖК дисплей,
розширення 800x600
Масо габаритні характеристики
Довжина 170 мм
Ширина 213 мм
Висота 24 мм
Вага 1,47 кг
Живлення
Час автономної роботи до 4 годин (залежить від типу тесту)
Час зарядки акумулятора Приблизно 7 годин
живлення приладу 12 В, 60 Вт макс
Блок живлення, вхід 100 - 240 В, 50/60 Гц
Блок живлення, вихід 12 В, 5 А макс
Граничні умови експлуатації
Робоча температура Від 0 до 50°C
Відносна вологість повітря 10–90% без конденсації
Температура зберігання від -10 ºC до +60 ºC
Вологості (при зберіганні) 10-95%, без конденсації

25

1.6. МАКС-ЕМК С1

Рис. 1.6 – Аналізатор мережі Ethernet, MAKC-EMK C1.

Тестер-аналізатор пакетних мереж МАКС ЕМК C1 призначений для
кількісної оцінки параметрів якості, діагностики сучасних систем зв'язку на основі
технології IP, виконання вимірювань параметрів мереж передачі даних, для
контролю їх на відповідність регламентованому рівню якості надання послуг [16].
Контроль параметрів транспортних потоків мереж Ethernet, Fast Ethernet і
Gigabit Ethernet проводиться відповідно до міжнародних рекомендацій [16].
1.6.1. Умови експлуатації
Прилад призначений для експлуатації в умовах:
• температура навколишнього середовища від + 5 ° С до + 40 ° С;
• відносна вологість повітря до 90% при температурі + 25 ° С, без випадання
роси;
• атмосферний тиск не нижче 450 мм рт. ст. (60 кПа) і не вище 795 мм рт. ст.
(106 кПа).
Електроживлення приладу здійснюється від мережі змінного струму
напругою 220 - 230 В і частотою 50 - 60 Гц. Прилад розрахований на безперервну
цілодобову роботу.
1.6.2. Специфікація
• підтримку інтерфейсу (двох інтерфейсів для модифікації «2») Ethernet /
Gigabit Ethernet;
26

• генерацію трафіку;
• збір статистичної інформації по прийнятому і переданому трафіку з поділ за
типами та розмірами кадрів, а також по помилковим кадрам;
• формування звітів за поточними результатами вимірювань;
• тестування в багатопотоковому режимі;
• віддалене керування приладом через окремий порт Ethernet з допомогою
програми віддаленого керування;
• незалежне зберігання налаштувань програм тестування та інтерфейсів, а ще
результатів останнього вимірювання, у внутрішній пам'яті приладу [17].

Таблиця 1.6
Технічні специфікації приладу МАКС-ЕМК С1
Характеристика Опис
Інтерфейси
Електричний Ethernet / IP 10 100 1000 Мбіт / c RJ45 (два
інтерфейси для виконання «МКАС-ЕМК С2»)
Оптичний Ethernet / IP 1000 Мбіт / c два інтерфейси SFP (два
інтерфейсу для виконання «2»)
Інтерфейс для управління, підключення до ПК Ethernet 10/100 BASE-T
Інтерфейс мережевих установок USB
Масо габаритні характеристики
Довжина 190 мм
Ширина 222 мм
Висота 44 мм
Вага 1,7 кг
Живлення
напруга електроживлення приладу 220 B, 50 ... 60 Гц
Граничні умови експлуатації
Температура навколишнього середовища від + 5 °С до + 40 °С
Відносна вологість повітря до 90% при температурі + 25 ° С,
без випадання роси
Атмосферний тиск від 450 мм рт. ст. до 795 мм рт. ст.
Інші характеристики
Частота тактового сигналу без підстроювання 125000000±1.25 Гц
генератора від систем ГЛОНАСС / GPS
Формування 100% завантаження до 1 Гбіт / c
каналу.
Вимірювання кількості від 0 до1 × 1020 з похибкою ± 1 байт
інформації

27

Після детального аналізу та огляду вибраних аналогів було зроблено таблицю
порівняння пристроїв та їх основних характеристик і можливостей.

Таблиця 1.7
Порівняння характеристик аналогів
Назва пристрою МАКС- LinkRunner VIAVI HST- UNI-T MTS-5800 МАКС-
ЕМК AT 1000 3000 UT681C ЕМК С1
Інтерфейси 10/100/1000 Підключення Тестування Ethernet і 100GE; Електричний
Мбіт / два до мідних кабелю; телефонних LR4, RS-FEC Ethernet / IP,
інтерфейси мереж: RJ- підключення ліній, RJ45 interfaces: SR4, 10 100 1000
RJ45; 45: 10BASE- до мідних для кабелів PSM4, CWDM4 Мбіт / c
1000 Мбіт / T, 100BASE- мереж: RJ- Ethernet і QSFP28, CFP4 RJ45 (два
c два TX, 45:, інтерфейсом самодіагностика інтерфейси
інтерфейси 1000BASE-T 1000BASE-T RJ11 для оптичних для
SFP; і PoE (IEEE і PoE (IEEE телефонних інтерфейсів в виконання;
USB-клієнт, 802.3af і 802.3af і проводів польових 1000 Мбіт / c
Ethernet 802.3at); 802.3at); умовах; два
10/100 тестування 100BASE FX комбінації: 2 x інтерфейси
BASE-T. кабелю; і 1000; 100GE LR4 SFP;
генератор генератор (40GE); 2 x Ethernet
тонального тонального OTU4 Bulk; 2 x 10/100
Сигналу. Сигналу. 10GE BASE-T.
Наявність + + + - + -
дисплею
Автономність + + + + + -
Довжина 225 мм 198 мм 242 мм 114 мм 170 мм 190 мм
Ширина 110 мм 89 мм 114 мм 86 мм 213 мм 222 мм
Висота 53 мм 48 мм 72 мм 36 мм 24 мм 44 мм
Вага 0,67кг 0,5 кг 1,3 кг 0,13 кг 1,47 кг 1,7 кг
Температура від + 5 °С до від 0 ºC до від -5 ºC до від 0 ºC до Від 0 до +50°C від + 5 °С до
навколишнього + 40 °С +45 ºC +50 ºC +40 ºC + 40 °С
середовища
Відносна до 90% при 90% (від 90% (від до 90% 10–90% без до 90% при
вологість повітря температурі 10ºC до 10ºC до конденсації температурі
+ 25 ° С 35ºC) 75% 35ºC) 75% + 25 ° С, без
(від 35ºC до (від 35ºC до випадання
45ºC) 45ºC) роси
Ціна (грн) 255000 39834 - 509 263 589 -
Проаналізувавши цю таблицю видно що існує достатньо велика кількість
різних приладів для тестування. Вони мають різні цінові категорії, також можуть
відрізнятися набором функцій та програм тестування, зазвичай чим дорожчий
пристрій тим більший він має функціонал.

28

РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕДАЧІ ПАКЕТІВ
ETHERNET
В Інтернет інформація і команди передаються у вигляді пакетів, що містять
як вихідний адресу, так і адреса місця призначення (IP-адреса має 32 двійкових
розряди). Кожній ЕОМ в мережі поставлений у відповідність унікальний адресу,
поява двох об'єктів з ідентичними IP-адресами може дезорганізувати мережу. IP-
адресація підтримує п'ять різних класів мереж (практично використовується тільки
три) і, відповідно, адрес (версія IPv4). Клас А призначений в основному для
невеликого числа дуже великих мереж. Тут для коду мережі виділено тільки 7 біт,
це означає, що таких мереж в світі не може бути більше 127 (27-1). Клас B виділяє
14 біт для коду мережі, а клас С - 22 біта. У класі C для коду ЕОМ (host) призначено
8 біт, тому число ЕОМ в мережі обмежена. Найлівіші біти адреси призначені для
коду класу. ip-адреса характеризує точку підключення машини до мережі. Тому,
якщо ЕОМ перенесена в іншу мережу, її адреса має бути змінений. Старші біти
адреси визначають номер підмережі, інші біти задають номер вузла (номер ЕОМ).
У таблиці 2.1 наведено відповідність класів адрес значенням першого октету
адреси і вказано кількість можливих IP-адрес кожного класу [20].

Таблиця 2.1
Характеристика класів адрес.
Клас адресу Діапазон значень Можлива Можлива
першого октету кількість мереж кількість вузлів
A 001 … 126 128 16777214
B 128 … 191 16382 65534
C 192 … 223 2097150 254
D 224 … 239 228
E 240 … 247 227
29

2.1. Модель OSI
Мережева модель OSI - мережева модель стека мережевих протоколів OSI /
ISO.
В даний час основним використовуваним стеком протоколів є TCP/IP,
розроблений ще до прийняття моделі OSI і поза зв'язком з нею [25].

Рис. 2.1 – Структура моделі OSI.

У літературі найбільш часто прийнято починати опис рівнів моделі OSI з 7-
го рівня, званого прикладним, на якому призначені для користувача програми
звертаються до мережі. Модель OSI закінчується 1-м рівнем - фізичним, на якому
визначені стандарти, що висуваються незалежними виробниками до середах
передачі даних:
• тип передавальної середовища (мідний кабель, оптоволокно, радіоефір та
ін.);
• тип модуляції сигналу;
• сигнальні рівні логічних дискретних станів (нуля і одиниці) [25].
30

Будь-протокол моделі OSI повинен взаємодіяти або з протоколами свого
рівня, або з протоколами на одиницю вище і / або нижче свого рівня. Взаємодії з
протоколами свого рівня називаються горизонтальними, а з рівнями на одиницю
вище або нижче - вертикальними. Будь-протокол моделі OSI може виконувати
тільки функції свого рівня і не може виконувати функцій іншого рівня, що не
виконується в протоколах альтернативних моделей [25].
Кожному рівню з деякою часткою умовності відповідає свій операнд -
логічно неподільний елемент даних, яким на окремому рівні можна оперувати в
рамках моделі і використовуваних протоколів: на фізичному рівні дрібна одиниця
- біт, на канальному рівні інформація об'єднана в кадри, на мережевому - в пакети
( датаграми), на транспортному - в сегменти. Будь-фрагмент даних, логічно
об'єднаних для передачі - кадр, пакет, датаграмма - вважається повідомленням.
Саме повідомлення в загальному вигляді є операндами сеансового,
представницького і прикладного рівнів [25].
До базових мережевих технологій відносяться фізичний і канальний рівні.
Для запам'ятовування назв 7-й рівнів моделі OSI англійською мовою
рекомендують використовувати фразу "All People Seem To Need Data Processing", в
якій перші літери слів відповідають першими літерами назв рівнів [25].
Кілька основних рівнів описані нижче:
Фізичний рівень (Physical layer) відповідає за розміщення біт інформації у
фізичному середовищі. На фізичному рівні можуть використовуватися такі типи
середовищ: кабель «вита пара», коаксіальний кабель, оптичне волокно,
територіальний цифровий канал і ефір. Основними характеристиками фізичних
середовищ передачі є такі параметри, як смуга пропускання,
перешкодозахищеність, хвильовий опір та ін. Тут реалізуються фізичні інтерфейси
пристроїв з передавальним середовищем та пристроями, між якими виконується
передавання бітів. Основні характеристики фізичного рівня можна об'єднати в такі
групи.
31

Механічні. Це характеристики, пов’язані з фізичними властивостями
інтерфейсу з передавальним середовищем, тобто роз'ємами, які забезпечують
з'єднання пристрою з одним або кількома провідниками. Типи роз'ємів і
призначення кожного контакту зазвичай стандартизуються [26].
Електричні. Визначають вимоги до подання бітів, які передаються в фізичне
середовище, наприклад, рівень струму або напруги переданих сигналів, крутизна
фронтів імпульсів, типи лінійних кодів, швидкість передачі сигналів.
Функціональні. Визначають функції окремих каналів фізичних інтерфейсів
пристроїв, які взаємодіють через передавальне середовище. Основними схемами
взаємодії пристроїв на фізичному рівні є: симплексний зв'язок (однобічний),
напівдуплексний зв'язок (почерговий) і дуплексний зв'язок (двобічний,
одночасний), який іноді називають повнодуплексним. При цьому можуть бути
реалізовані два варіанти організації зв'язку: «точка–точка» та «точка – багато
точок». У першому варіанті два пристрої розділяють один зв'язок, який, у свою
чергу, може бути симплексним, напівдуплексним або дуплексним. У другому
варіанті передбачається, що передані дані одним пристроєм приймаються багатьма
пристроями. Як правило, такі зв'язки є симплексними (кабельне телебачення) або
напівдуплексними (локальна мережа на базі стандарту Ethernet). В окремих
випадках можуть використовуватися також дуплексні зв'язки (мережа на базі
технології SONET). Можуть застосовуватися також інші топології фізичного рівня,
такі, як шина, зірка, кільце, проте всі вони є варіаціями вже відомих «точка–точка»
і «точка–багато точок». Так топологія шина є типовим варіантом «точка – багато
точок», топологія зірка – набором зв'язків «точка–точка», топологія кільце – набір
колоподібних зв'язків «точка–точка». Процедурні. Встановлюють правила, за
допомогою яких відбувається обмін потоками бітів через фізичне середовище [26].
Це схеми роботи послідовного та паралельного інтерфейсів. У першому
випадку між взаємодіючими пристроями існує тільки один канал зв'язку, яким біти
передаються один за одним. Це призводить до обмеження швидкості передачі й,
отже, повільної роботи інтерфейсу. У другому випадку кілька бітів передаються
32

між взаємодіючими пристроями одночасно декількома каналами. Швидкість
передачі при цьому зростає. Однією з важливих функцій фізичного рівня є
мультиплексування, що забезпечує об'єднання безлічі вузькосмугових
(низькошвидкісних) каналів у один широкосмуговий (високошвидкісний). Як
відомо, за технологічним принципом розрізняють частотне мультиплексування
(Freguency Division Vultiplexing, FDM) і мультиплексування з поділом часу (Time
Division Vultiplexing, TDM). Технології FDM і TDM можуть бути об'єднані таким
чином, що підканал у системі з частотним мультиплексуванням розбивається на
кілька каналів шляхом мультиплексування з поділом часу. Цей прийом
використовується в роботі цифрових стільникових мереж [26].
Канальний рівень (Data–link layer) відповідає за якісну передачу даних між
двома пунктами, пов'язаними фізичним каналом з урахуванням особливостей
середовища-передавача [26].
Термін «передача даних», на відміну від терміна «переносу інформації»
підкреслює саме цей аспект діяльності канального рівня. Якщо з'єднання
встановлюється між двома кінцевими системами, не пов'язаними безпосередньо, то
воно буде включати декілька незалежно функціонуючих фізичних каналів передачі
даних. При цьому фізичні середовища передачі можуть відрізнятися (мідь, оптичне
волокно, ефір). Несумісними можуть виявитися й вимоги до формату подання
даних у кожному каналі, що називається лінійним кодуванням. У цій ситуації
канальний рівень бере на себе функції адаптації даних до типу фізичного каналу
зв'язку, надаючи вищерозташованим рівням «прозоре з'єднання» [26].
Блок даних на канальному рівні називається кадром або фреймом. Пакети
мережевого рівня, об'єднані в кадр, обрамляються розділовими прапорами
(спеціальними послідовностями біт, розміщеними на початку та в кінці блоку
пакетів). Крім того, до кадру додається контрольна сума, з використанням якої
здійснюється перевірка правильності переданого каналом кадру. У разі виявлення
невиправної помилки, приймач надсилає запит до передавача про повторну
передачу кадру. Теорія передачі даних і теорія кодування досить добре розроблені,
33

що дозволяє забезпечити високу ефективність роботи протоколів канального рівня.
Необхідно відзначити, що функція виправлення бітових помилок не завжди є
обов'язковою для канального рівня, тому в деяких протоколах канального рівня
вона відсутня (Ethernet, Frame relay). Іноді в глобальних мережах функції
канального рівня виокремити важко, оскільки в одному й тому ж протоколі вони
об'єднуються з функціями мережевого рівня (АТМ, Frame relay).
Важливими функціями канального рівня є керування доступом до каналу
зв'язку, синхронізація кадрів, керування потоком даних, адресація, встановлення
з'єднання й роз'єднання [26].
Керування доступом до каналу визначається типом фізичного каналу, який
з'єднує станції, та кількістю під’єднаних до нього станцій. Тип каналу визначається
режимом його роботи (дуплексний, напівдуплексний) та конфігурацією
(двоточковою – тільки дві станції, багатоточковою – більше двох станцій).
Керування доступом є актуальним у напівдуплексному режимі роботи каналу з
багатоточковою конфігурацією, коли станціям необхідно очікувати момент
початку своєї передачі даних.
Синхронізація кадрів забезпечує приймач можливістю точного визначення
початку й кінця кадру. Для передачі даних визначено два методи: асинхронна
передача, орієнтована на символи (зазвичай 8–бітний символ), означає, що
передача кожного символу попереджається стартовим бітом і закінчується
стоповим бітом; і синхронна передача, орієнтована на кадри, в якій
використовуються прапори початку і кінця кадру як синхронізуючі послідовності
[26].
Керування потоком даних полягає в наданні приймачу можливості
повідомляти передавача про свою готовність або неготовність до приймання
кадрів. Ефект полягає в тому, що виникає запобігання такій ситуації, коли
передавач завалює приймач кадрами, які той не в змозі обробити [26].
Адресація є потрібною при багатоточковій конфігурації каналу з більш ніж
двома станціями, щоб ідентифікувати одержувача. Адреси канального рівня
34

називаються апаратними. Поле адреси містить адресу призначення та адресу
джерела.
Встановлення та роз'єднання з'єднання – це процедура активації та
дезактивації з'єднання на канальному рівні, яка виконується програмним
забезпеченням. При цьому станція передачі ініціює з'єднання надсиланням
адресату спеціальної команди «старт», а станція приймання підтверджує з'єднання,
після чого починається передавання даних. Ця процедура здійснюється також після
збоїв і перезапуску програмного забезпечення канального рівня. Є також команда
«стоп», яка зупиняє роботу програмного забезпечення [26].
Мережевий рівень (Network layer) виконує головну телекомунікаційну
функцію – забезпечення зв'язку між кінцевими системами мережі. Цей зв'язок може
бути реалізовано шляхом надання наскрізного каналу, скомутованого з окремих
ділянок відповідно до оптимально обраного маршруту, логічного віртуального
каналу або безпосередньої маршрутизації блоку даних у процесі його доставки.
При цьому мережевий рівень звільняє вищі рівні від знань про те, через які ділянки
мережі або через які мережі проходить маршрут передачі інформації. Якщо вищі
рівні (прикладний, представницький, сеансовий і транспортний), зазвичай
обов’язкові в кінцевих системах, які взаємодіють через мережу, три нижніх рівні
(мережевий, канальний та фізичний) є необхідними також для всіх проміжних
мережевих пристроїв, розташованих у транзитних пунктах маршруту передачі
даних [26].
Основною функцією мережевого рівня є маршрутизація. Вона полягає в
прийнятті рішення, через які конкретно проміжні пункти повинен пройти маршрут
передавання даних, які направляються з однієї кінцевої системи в іншу, та як має
виконуватися комутація (яка відповідає конкретному маршруту) між входами та
виходами мережевих пристроїв, розташованих у проміжних пунктах мережі [26].
Блоки даних, з якими оперує мережевий рівень, називаються пакетами.
Пакет утворюється шляхом додавання до сегмента, переданого з транспортного
рівня, заголовка, який містить адресу мережевого рівня. Вона складається з двох
35

частин і ідентифікує як адресу мережі кінцевого користувача, так і самого
користувача в ній.
Мережі з різними мережевими адресами з'єднуються між собою
маршрутизаторами. Для того, щоб передати пакет від відправника, який
знаходиться в одній мережі, до одержувача з іншої мережі, необхідно зробити
кілька транзитних «стрибків» – хопові (hops) між мережами, вибираючи щоразу
найоптимальніший за часом проходження або надійністю маршрут.
Мережевий рівень вирішує також завдання взаємодії мереж з різними
технологіями та створення захисних бар'єрів на шляху небажаного трафіку між
мережами.
На мережевому рівні використовуються два види протоколів. Це власне
мережеві протоколи, які забезпечують просування пакетів через мережу. Саме їх
зазвичай асоціюють з протоколами мережевого рівня. Інший вид мережевих
протоколів складають протоколи маршрутизації, які займаються обміном
маршрутною інформацією. За допомогою цих протоколів маршрутизатори
збирають інформацію про топологію між мережевих з'єднань. Протоколи
мережевого рівня виконуються модулями операційної системи, а також
програмними й апаратними засобами маршрутизаторів [26].
На мережевому рівні можуть також працювати протоколи відображення
адреси призначення мережевого рівня на адресу канального рівня мережі, де
знаходиться кінцевий користувач [26].

2.2. Технологія Ethernet
Протокол Ethernet був розроблений в 1976 році компанією Xerox. Він задає
принципи, за допомогою яких ПК, пов'язані в локальну мережу (LAN),
обмінюються пакетами даних. Кількість комп'ютерів у мережі може бути від 2-х до
кількох тисяч. При цьому для їх з'єднань постійно потрібно використовувати
топологію «зірка». Щоб існувати всі пристрої (ПК), з'єднуються між собою за
допомогою комунікатора - активного мережевого обладнання.
36

Мережа Ethernet є відкритим типом організаційних пакетів послуг, який
використовується:
- стандарт IEEE 802.3 - описує електричні сигнали та провідні з'єднання
фізичного рівня, а також визначає формат пакетів і протоколів управління
мережевим канальним рівнем;
- протокол TCP/IP - здійснює контроль за передачею даних і є промисловим
стандартом Ethernet;
- CIP - інформаційно-керуючий протокол, що забезпечує в реальному часі
обмін повідомленнями.
TCP/IP реалізує універсальний набір сервісів, доступних всім і для будь-яких
пристроїв. Це забезпечує швидке розвиток та доступність сервісних програм та
фізичних носіїв.
UDP / IP - ще один протокол, що забезпечує швидку доставку даних у
реальному часі. Він ігнорує автентифікацію, помилки та не зберігає стан сеансу
зв'язку. Швидка, але ненадійна передача. Використання виправданого в IPTV,
передача голосу через IP (Skype і т. П.) Та онлайн-ігри, що є у потоковій передачі
даних мультимедійного типу.
Фізичної середовищем передачі даних є кабель Ethernet. Найчастіше це мідна
кручена пара і оптоволоконний кабель. Або ж їх комбінації, якщо мова йде про
FTTx. Як роз'єму для восьми жильної (2х4) крученої пари використовується RJ-45.
Прикладом гнізда під нього служить вхід будь-якої мережевої карти в ПК або
роутере, які бачили, напевно, все. Довжина кабелю кручений пари, щоб уникнути
втрат сигналів не повинна перевищувати 100 м, оптоволоконного - 10-70 км
(залежить від його типу). Граничні швидкості передачі даних складають 100/1000
Мбіт / с відповідно.
В якості ідентифікатора пристроїв-учасників мережі використовується MAC-
адреса - унікальна шестибайтний номер, який виробники вшивають в мережеві
карти. Це дозволяє автоматизувати процес автентифікації користувачів мережі.

37

Типи мереж Ethernet:
• Fast Ethernet. Такі мережі призначені для передачі сигналу (до 100 Мбіт / с)
по кручений парі класу Cat-5;
• Gigabit Ethernet. Реалізується на основі оптоволокна або кручений пари Cat-
5e. Дозволяє досягти швидкості передачі в 1 Гбіт / с. Дана технологія вже
стала стандартом, майже витіснивши Fast Ethernet;
• 10 Gigabit Ethernet. Найбільш передова технологія, межа швидкості якої
впирається в 10 Гбіт / с. Зазвичай використовується для з'єднань
магістрального рівня. Реалізується на основі стандартів 10GBASE-ER,
10GBASE-SR і 10GBASE-LX4 на основі оптичних кабелів або ж
висококласної кручений пари типів Cat-6a або Cat-7 [21].
2.2.1. Технологія Fast Ethernet
Технологія Fast Ethernet була розроблена у 1992 році. У серпні наступного
року група виробників об'єдналася в організацію, названу Альянсом Fast Ethernet
(Fast Ethernet Alliance - FEA). Мета цього альянсу полягала в якнайшвидшому
схвалення стандарту Fast Ethernet комітетом IEEE. в червні 1995 року всі процедури
стандартизації були успішно завершені, і технологія Fast Ethernet була
стандартизована в документі 802.3u.
При розгляді стандарту багато часу приділялося збереженню методу
доступу CSMA / CD. Всі запропоновані рішення спиралися на цей метод, що цілком
природно, тому що він дозволяє зберегти спадкоємність з мережами 10Base-T і
100Base-T. CSMA / CD визначає спосіб передачі даних по мережі від одного вузла
до іншого через кабельну систему. У моделі OSI протокол CSMA / CD є частиною
рівня управління доступом до середовища (Media Access Control, MAC). На цьому
рівні визначається формат, в якому інформація передається по мережі, і спосіб
отримання доступу мережевого пристрою до мережі для передачі даних. Компанії
НР і АТ & Т запропонували абсолютно відмінний від CSMA / CD метод доступу,
який був названий Demand Priority. Однак, він був підтриманий набагато меншим
38

числом мережевих виробників. Був організований новий комітет IEEE 802.12, для
його стандартизації.
Стандарт Fast Ethernet визначає три модифікації для роботи з різними
видами кабелів: 100Base FX , 100Base T4 і 100Base TX і. Модифікації 100Base TX і
100Base T4 розраховані на виту пару, а 100Base FX був розроблений для оптичного
кабелю.
Стандарт 100Base TX вимагає застосування двох екранованих або
неекранованих кручених пар. Одна пара служить для передачі, інша для прийому.
Цим вимогам відповідають два основних кабельних стандарту: на неекрановану
виту пару категорії 5 (UTP-5) і екрановані виту пару типу 1 від IBM.
Стандарт 100Base T4 має менш обмежувальні вимоги до кабелю, так як в
ньому задіюються всі чотири пари восьмижильного кабелю: одна пара для
передачі, інша для прийому, а що залишилися дві пари працюють як на передачу,
так і на прийом. В результаті, в стандарті 100Base T4 і прийом і передача даних
можуть здійснюватися за трьома парам. Для реалізації мереж 100Base T4 підійдуть
кабелі з неекранованої кручений парою категорії 3-5 і екранованої.
Технологія Fast Ethernet включає в себе також стандарт для роботи з
багатомодовим оптоволоконним кабелем. Цей стандарт (мова йде про стандарт
100Base FX) орієнтований, в основному, на застосування в магістралі мережі або
для організації зв'язку віддалених об'єктів.
Наступність технологій Fast Ethernet і Ethernet дозволяє легко виробити
рекомендації щодо застосування: Fast Ethernet доцільно застосовувати в тих
організаціях, які шіроео використовували класичний Ethernet, але на сьогоднішній
день відчувають потребу в збільшенні пропускної спроможності. При цьому
зберігається весь накопичений досвід роботи з Ethernet і, частково, мережева
інфраструктура.
Хоча Fast Ethernet і є розвитком стандарту Ethernet, перехід до 100Base T
вимагає деяких змін в топології мережі. Теоретична межа діаметра сегмента мережі
39

Fast Ethernet становить 250 метрів. Це обмеження визначено самою природою
методу доступу CSMA / CD і швидкістю передачі в 100 Мбіт / с [22].
2.2.2. Технологія Gigabit Ethernet
У червні 1998 був прийнятий стандарт Gigabit Ethernet 1000Base-X, або IEEE
802.3z - за назвою робочої групи. Ця специфікація охоплювала три середовища
передачі:
• одномодове оптоволокно з довжиною каналу до 5 км - 1000Base-LX (long
wavelength fiber);
• багатомодове оптоволокно з довжиною каналу до 550 м - 1000Base-SX (short
wavelength fiber);
• симетричний ізольований мідний кабель - 1000Base-СX (short run copper),
який міг бути використаний для з'єднання пристроїв в апаратних на відстані
до 25 м.
Для ефективного! застосування Gigabit Ethernet 1000Base-X необхідна
оптоволоконна проводка. Це означає, що технологія виявляється, по суті,
недоступною для багатьох потенційних Користувачів (а точніше, для більшості),
що не мають оптичних магістралей и відповідних ЗАСОБІВ для їх установки.
Усвідомлюючи це, Комітет стандартів IEEE створює Навесні 1997р Робоча група
802.3ab, Якій доручає розробка Специфікації Gigabit Ethernet для чотирипарного
неекранованого кабелю категорії 5 (UTP 5) з довжина каналу до 100 м. Оскільки в
більшості організацій мережева інфраструктура базується на проведенні UTP 5, то
немає Нічого дивного в тому, що з найбільшім нетерпінням чека Прийняття саме
цього стандарту. І ось, Нарешті 28 червня 1999р IEEE формально ратифікувала
специфікацію 1000Base-T як стандарт Gigabit Ethernet для UTP 5.
1000Base-T Забезпечує напівдуплексний (CSMA / CD) и двобічній режими
обміну по неекранованої кручений Парі категорії 5 з такими ж топологічними
правилами, як и 100Base-TХ. Підтримка традиційного (для Ethernet) рівня МАС
(Media Access Control) гарантує сумісність з 10/100 Ethernet. Специфікація
передбачає використання механізму автоузгодження (auto-negotiation), що
40

збігається з таким для 100Base-TХ, що спрощує завдання інкрементного апгрейда
в Мережа Fast Ethernet. Нарешті, частота помилок Менш чим 10-10, т. Е Така ж, як
и для 100Base-TХ.
Отже, стандарт 1000Base-T створювався з метою забезпечення надійної
роботи гігабітової технології на існуючій мідній проводці UTP 5. З огляду на
величезну інстальовану базу мереж Ethernet і легкість інтегрування Gigabit Ethernet
з традиційними мережами, можна, мабуть, безпомилково стверджувати, що ця
високошвидкісна технологія стане однією з найбільш поширених як у
корпоративному середовищі, так і в організаціях не настільки великого масштабу
[23].
2.2.3. Технологія 10 Gigabit Ethernet
Додавання в сімейство Ethernet стандарту 10 GbE дозволить LAN
підтримувати нові ресурсомісткі програми. Технологія 10 GbE відповідає
критеріям, які роблять її природним вибором для підвищення продуктивності
існуючих мереж Ethernet:
• технологія забезпечує низьку в порівнянні з альтернативними вартість
володіння, включаючи як вартість придбання, так і підтримки, оскільки
наявна у замовників інфраструктура мереж Ethernet легко взаємодіє з 10 GbE;
• 10 GbE привертає адміністраторів знайомими управлінням і можливістю
застосувати накопичений досвід, так як використовує процеси, протоколи і
засоби управління, вже розгорнуті в існуючій інфраструктурі;
• стандарт надає гнучкість при проектуванні з'єднань між серверами,
комутаторами і маршрутизаторами;
• статус індустріального стандарту забезпечує сумісність пристроїв від
багатьох виробників [24].
Стандарт 10 GbE не тільки підвищив швидкість передачі даних до 10 Gbps, а
й розширив можливості Ethernet як технології для з'єднань вузлів мережі. подібно
Gigabit Ethernet (1 GbE) стандарт 802.3ае підтримує як одномодовий, так і
41

багатомодовий оптоволоконний кабель, проте довжина каналу для одномодового
волокна зросла з 5 км (для 1 GbE) до 40 км.
З розвитком технології 10 GbE і відповідного ринку ціни на обладнання
знижуються.
До того ж стандарт передбачає використання недорогий оптики, яка потребує
охолодження, і лазера поверхневого випромінювання з вертикальним об'ємним
резонатором, який в порівнянні з телекомунікаційними лазерами дозволить
знизити вартість пристроїв, що реалізують залежний від середовища рівень
(Physical Medium Dependent - PMD). До того ж індустрію підтримує агресивний
напівпровідниковий ринок, що забезпечує рішення з надвисокою інтеграцією [24].

2.3. Формати кадрів Ethernet
Незважаючи на наявність стандарту, кадри Ethernet відрізняються один від
одного своїм форматом. Як і на виробництві, кадри в мережі Ethernet вирішують
все. Вони служать вмістилищем для всіх високорівневих пакетів, тому незважаючи
на наявність стандарту, кадри Ethernet відрізняються один від одного своїм
форматом.
Як і на виробництві, кадри в мережі Ethernet вирішують все. Вони служать
сховищем для всіх високорівневих пакетів, тому, щоб зрозуміти один одного,
відправник і одержувач повинні використовувати один і той же тип кадрів Ethernet.
Кадри можуть бути всього чотирьох різних форматів, і до того ж не сильно
відрізняються один від одного. Більш того, базових форматів кадрів існує всього
два - Ethernet_II і Ethernet_802.3, причому вони відрізняються призначенням всього
одного поля [27].
Сучасні комп'ютерні мережі гетерогенні за своєю природою, а мережеві
протоколи третього рівня використовують найчастіше різні типи кадрів Ethernet.
Так, в старих версіях NetWare 3.х компанії Novell базовим форматом за умовчанням
є Ethernet_802.3, а не 802.2 або SNAP, як це передбачено стандартами IEEE,
причому, крім неї, цей формат більше ніхто не застосовує. З виходом NetWare 4.х
42

протоколи IPX / SPX використовують за замовчуванням стандартні кадри
Ethernet_802.2, а з планованим перекладом IntranetWare на протоколи TCP/IP ця
мережева ОС буде, можливо, працювати за замовчуванням з кадрами
Ethernet_SNAP, так як саме цей формат застосовується в новітніх реалізаціях
TCP/IP. Взагалі кажучи, пакети протоколів IPX / SPX можуть передаватися за
допомогою кадрів будь-яких типів, тому - а також тому, що тип Ethernet_802.3
використовується виключно Novell [27].
2.3.1. Захоплення та аналіз пакетів за допомогою утиліт
Для висліджування пакетів була використана безкоштовна утиліта
Wireshark. Це потужний мережевий аналізатор, який може використовуватися для
аналізу трафіку, що проходить через мережевий інтерфейс вашого комп'ютера. Він
може знадобитися для виявлення і вирішення проблем з мережею, налагодження
ваших веб-додатків, мережевих програм або сайтів. Wireshark дозволяє повністю
переглядати вміст пакета на всіх рівнях: так ви зможете краще зрозуміти як працює
мережа на низькому рівні [29].
Всі пакети перехоплюються в реальному часі і надаються в зручному для
читання форматі. Програма підтримує потужну систему фільтрації, підсвічування
кольором, та інші особливості, які допоможуть знайти потрібний пакет [29].
Основні можливості Wireshark:
• Захоплення пакетів в реальному часі з проводового або будь-якого іншого
типу мережевих інтерфейсів, а також читання з файлу;
• Підтримуються такі інтерфейси захоплення: Ethernet, IEEE 802.11, PPP та
локальні віртуальні інтерфейси;
• Пакети можна відсівати за багатьма параметрами за допомогою фільтрів;
• Всі відомі протоколи підсвічуються в списку різними кольорами, наприклад
TCP, HTTP, FTP, DNS, ICMP і так далі;
• Підтримка захоплення трафіку VoIP-дзвінків;
• Підтримується розшифровка HTTPS-трафіку при наявності сертифіката;
43

• Розшифровка WEP-, WPA-трафіку бездротових мереж при наявності ключа і
handshake;
• Відображення статистики навантаження на мережу;
• Перегляд вмісту пакетів для всіх мережевих рівнів;
• Відображення часу відправлення та отримання пакетів.
Після встановлення та запуску програми, слід вибрати мережевий інтерфейс,
серед тих, що наявні, в моєму прикладі вибрано безпровідну мережу, а потім
натиснув старт.
Після цього відкрилось наступне вікно, вже з потоком пакетів, які проходять
через інтерфейс. Це вікно теж розділене на кілька частин (Рис. 2.2 - вікно програми
Wireshark, в якій знаходяться відслідковані пакети)

Рис. 2.2 – Вікно програми Wireshark, в якій знаходяться відслідковані пакети.

• Верхня частина - це меню і панелі з різними кнопками;
• Список пакетів - далі відображається потік мережевих пакетів;
• Вміст пакету - трохи нижче розташовано вміст обраного пакета, воно розбито
по категоріях залежно від транспортного рівня;
• Реальне уявлення - в самому низу відображається вміст пакета в реальному
вигляді, а також у вигляді HEX.
44

2.3.2. ETHERNE II
Незважаючи на те що стандарт 802.3 зазвичай називають ім'ям Ethernet, це не
зовсім правильно, тому що ця назва є торговою маркою Xerox, Intel і Digital.
Формат Ethernet II відповідає оригінальним форматом кадрів Ethernet і має такий
вигляд.

Рис. 2.3 – Структура кадру Ethernet II та стандарту IEEE 802.3

Як і всякий кадр, Ethernet_II починається з семибайтної преамбули, що
складається з чергуються одиниць і нулів, і однобайтного початкового обмежувача
кадру, в якому два молодших біта рівні 112, а не 102, як інші біти в преамбулі і
обмежувачі. Якщо бути більш точним, в Ethernet_II преамбула не поділяється на
власне преамбулу і початковий обмежувач кадру - і це є одним з відмінностей
Ethernet від IEEE 802.3, хоча й дуже несуттєвим, можна сказати, схоластичним, тим
більше що дуже часто преамбула взагалі розглядається як частина фізичного
механізму синхронізації передавальної і приймаючої сторони, а не як частина кадру
[28].
Власне заголовок кадру складається з шестибайтного поля адреси
одержувача (Destination Address), шестибайтного поля адреси відправника (Source
Address) і двохбайтного поля типу протоколу (Frame Type). При передачі кожного
байта адреси молодші біти (крайні праворуч) передаються першими. В адресі
одержувача перший передається біт (біт 0 байта 0) вказує тип адреси - звичайний
або груповий. Таким чином, непарний перший байт адреси одержувача означає, що
кадр призначений групі станцій. Різновидом багатоадресної передачі є
45

широкомовна передача. В цьому випадку всі біти адреси одержувача задаються
рівними 1 [28].
Базові пакети Ethernet II і IEEE 802.3 мають однакову структуру. Їх
відмінність - в призначенні 13-го і 14-го байтів: поля типу протоколу і довжини
кадру відповідно. Спільне використання різних форматів кадрів в одному сегменті
Ethernet можливо завдяки тому, що тип протоколу характеризується числом,
більшим 0x05FE.
Однак поле адреси відправника повинно містити адресу конкретної станції-
відправника.
Що стосується звичайних адрес перші три байта служать для ідентифікації
виробника мережевої плати, а останні три байта становлять унікальний номер
конкретної плати. Так, перші три байта адреси популярних мережевих плат
виробництва 3Com виражаються наступним числом - 02608С в шістнадцятковій
системі числення (далі для позначення чисел в шістнадцятковій системі числення
використовується позначення 0x, тож ідентифікатор 3Com матиме вигляд
0x02608C). Адреса одержувача називається також фізичною або MAC-адресою
[28].
Адреса одержувача ідентифікує безпосереднього, а не кінцевого одержувача,
наприклад маршрутизатор в мережі Ethernet. Кінцевий одержувач ідентифікується
за допомогою високорівневих протоколів. У разі TCP/IP - це IP-адреса станції і
TCP- або UDP-порт процесу на даній станції [28].
Поле типу протоколу ідентифікує високорівневий протокол, такий як IP,
AppleTalk і т. Д., Контейнером для пакета якого служить кадр. Нижче наведено
значення поля типу протоколу для деяких мережевих протоколів:
• Internet Protocol (IP) - 0x0800;
• AppleTalk - 0x809B;
• NetWare IPX/SPX - 0x8137;
• Xerox Network System (XNS) - 0x0600;
• Address Resolution Protocol (ARP) - 0x0806.
46

Наступне поле кадру служить власне для передачі корисної інформації (на
рівні кадру до корисного навантаження ми відносимо таку службову інформацію
високорівневих протоколів, як заголовок пакета та інше).
На відміну від службових полів, поле даних має змінну довжину, причому
воно не може бути коротше 46 байт і довша, ніж 1500 байт. Таким чином, загальна
довжина кадру без урахування преамбули і початкового обмежувача кадру
знаходиться в діапазоні від 64 до 1518 байт. У разі, коли реальний обсяг переданих
даних менше 46 байт (наприклад, для емуляції терміналу часто передається лише
один символ, що вводиться з клавіатури), поле даних доповнюється до
мінімального розміру заповнювачем. Байт заповнення може вставлятися, навіть
якщо обсяг переданих даних понад 46 байт. За пропозицією Novell, в разі непарної
кількості байт драйвер мережевої плати додає ще один. Це зроблено тому, що деякі
старі маршрутизатори не розуміють кадри непарної довжини [28].
Останнє поле в кадрі - це чотирьохбайтне поле контрольної послідовності
кадру (Frame Check Sequence, FCS). Значення цього поля обчислюється на основі
вмісту заголовка і даних (разом з заповнювачем, але без урахування преамбули і
обмежувача) за допомогою 32-розрядного циклічного надлишкового коду (Cyclic
Redundancy Code, CRC-32) за такою формулою (в двійковій системі числення):
контрольна послідовність = MOD (дані / поліном)
У Ethernet породжує поліномом служить багаточлен x32 + x26 + x23 + x23 + x22
+ x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1. Даний код дозволяє виявити
+99,999999977% всіх помилок в повідомленнях довжиною до 64 байт! Таким
чином, ймовірність того, що приймаюча станція сприйме зіпсований кадр як цілий,
практично дорівнює нулю.
Після прийому кадру приймаюча станція заново обчислює контрольну
послідовність і порівнює отриманий результат з вмістом поля FCS. Що стосується
розбіжності пакет вважається зіпсованим і ігнорується.

47

2.3.3. Стандарт 802.3
Визначений специфікацією 802.3 формат кадру практично ідентичний
своєму попереднику за винятком того, що поле типу протоколу має сенс довжина
кадру. На перший погляд це неминуче повинно привести до плутанини, коли кадри
Ethernet_II і Ethernet_802.3 передаються між станціями в одному сегменті. Однак
на практиці ці кадри не становить труднощів відрізнити один від одного. Як ми вже
говорили, довжина поля даних не перевищує 1500 байт, тому, відповідно до
прийнятих угод, тип високорівневого протоколу задається більшим, ніж 0х05FE
(1518 в шістнадцятковій системі числення - повна довжина кадру), благо
двохбайтне поле може приймати 65 536 різних значень . Таким чином, якщо
значення поля між адресою відправника і даними менше або дорівнює 1518, то це
кадр 802.3, в іншому випадку - це кадр Ethernet_II [28].
Інша невелика відмінність між Ethernet і 802.3 складається в класифікації
групових адрес. На відміну від Ethernet, специфікація 802.3 поділяє групові адреси
на які мають глобальне і локальне значення. Однак цей поділ рідко
використовується на практиці [28].
Відповідно до еталонної моделі OSI, кожен протокольний блок даних містить
(інкапсулює) пакети верхніх протоколів свого стека. Протокол 802.3 описує метод
доступу до середовища передачі - нижній підрівень канального рівня, і для нього
вище розміщеним протоколом є протокол логічного управління каналом (Logical
Link Control, LLC) - верхній підрівень канального рівня. Таким чином, відповідно
до вимог стандарту, поле даних повинне містити заголовок LLC. У ранніх версіях
NetWare компанія Novell проігнорувала цей заголовок і стала поміщати пакети IPX
/ SPX безпосередньо за полем довжини кадру, і поле даних починалося так само, як
і звичайний заголовок IPX, з двох байтів, що складаються з одиниць (число
0xFFFF). Іншими словами, Novell використовувала кадри просто в якості
контейнера [28].
В принципі застосування базового формату кадру 802.3 без службової
інформації верхнього підрівня канального рівня дозволяє Novell дещо скоротити
48

накладні витрати в розрахунку на кадр. Однак виграш невеликий, а в гетерогенному
середовищі застосування нестандартного формату веде до програшу, так як
маршрутизатор або мережева плата змушені перевіряти додаткові поля для
визначення типу пакета. Саме це стало однією із спонукальних мотивів, чому
починаючи з версії 4.0 Novell перейшла за замовчуванням на стандартний формат
Ethernet_802.2. Іншою причиною було те, що використання базових кадрів
Ethernet_802.3 унеможливлювало застосування таких опцій захисту, як підпис
пакетів, через те, що поле контрольної суми пакета було фіксованим і рівним
0хFFFF, щоб кадр Ethernet_802.3 можна було відрізнити від інших типів кадрів [28].
2.3.4. Два стандартних формати 802.2 і 802.2 SNAP
Специфікації IEEE передбачають усього два стандартних формату - 802.2 і
802.2 SNAP, причому другий природно розширенням першого. Як вже зазначалось,
стандартний кадр повинен містити в поле даних службову інформацію логічного
управління каналом, а саме однобайтове поле точки доступу до сервісу для
одержувача (Destination Service Access Point, DSAP), однобайове поле точки
доступу до сервісу для відправника (Source Service Access Point, SSAP) і
однобайтове керуюче поле. Призначенням номерів точок доступу до сервісу
(Service Access Point, SAP) займається IEEE, і він виділив наступні номери:
• 0x06 для TCP/IP;
• AA для SNAP.
Формат IEEE 802.2 SNAP є розширення стандартного формату IEEE 802.2.
Кадри обох типів містять заголовок 802.2 LLC на початку поля даних.
Поля DSAP і SSAP служать для визначення протоколу вищого рівня і, як
правило, містять одне і те ж значення. Керуюче поле зазвичай задається рівним
0x03 (відповідно до протоколу LLC це означає, що з'єднання на канальному рівні
не встановлюється) [28].
Протокол доступу до підмережі (Sub-Network Access Protocol, SNAP) був
розроблений з метою збільшення числа підтримуваних протоколів, так як
однобайтні поля SAP дозволяють підтримувати не більше 256 протоколів. Формат
49

Ethernet_SNAP передбачає додаткове пятибайтне поле для ідентифікації протоколу
(Protocol Identification, PI) всередині поля даних, причому значення двох останніх
байтів цього поля збігаються зі значеннями поля протоколу в Ethernet_II в разі,
якщо кадри містять пакети одного і того ж високорівневого протоколу, наприклад
вони рівні 0x8137 для NetWare.
2.3.5. Алгоритм визначення формату кадру
Відрізнити один формат кадру Ethernet від іншого технічно нескладно, і
зробити це можна за допомогою простого алгоритму. Спочатку драйвер повинен
перевірити значення поля типу протоколу / довжини кадру (13-й і 14-й байти в
заголовку). Якщо записане там значення перевищує 0x05FE (максимально можлива
довжина кадру), то це кадр Ethernet_II.
Для визначення типу кадру Ethernet спочатку необхідно перевірити значення
поля після адреси відправника, а потім перших двох байтів поля даних.
Якщо ні, слід продовжити перевірку. Якщо перші два байта рівні 0xFFFF, то
це формат Ethernet_802.3 для NetWare 3.х. В іншому випадку це стандартний
формат кадру 802.2, і нам залишається тільки з'ясувати, який з двох - звичайний
(Ethernet_802.2) або розширений (Ether-net_SNAP). У разі Ethernet_SNAP значення
першого, втім, як і другого, байта в полі даних дорівнює 0xAA [28].
Отже різні протоколи використовують різні формати кадрів, але їх не так вже
й багато, і відрізнити їх один від одного не складе ніяких труднощів. До того ж
протокол TCP/IP висувається на домінуючу позицію не тільки в глобальних, а й в
локальних мережах, тому Novell вирішила відмовитися від свого протоколу IPX /
SPX на користь TCP/IP в наступній версії NetWare. Це означає, що в більшості
випадків адміністратору мережі не доведеться турбуватися про те, який формат
кадрів Ethernet використовується. Однак, як показує досвід, успадковані технології
живуть досить довго, так що знання форматів кадрів може представляти не тільки
теоретичний, а й практичний інтерес [28].

50

РОЗДІЛ 3. СИНТЕЗ ПРОГРАМНО-АПАРАТНОГО
КОМПЛЕКСУ ТЕСТУВАННЯ СЕГМЕНТІВ МЕРЕЖІ
ETHERNET.
При виборі основи для проекту була звернута увага на плати торгової марки
Arduino, а саме Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano 3.0 щоб визначитись з
вибором вирішено проаналізувати кожну з них та в результаті аналізу вибрати
одну.

3.1. Опис Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0

Рис. 3.1 – Плата Arduino Uno Rev3/R3

Опис
Arduino Uno Rev3 - це плата, заснована на мікроконтролері ATmega328P.
Платформа має 14 цифрових пінів входу / виходу, 6 з яких можуть
використовуватися як виходи ШІМ, 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16
МГц, роз'єм USB, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для
роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою кабелю
USB, або подати живлення за допомогою адаптера AC / DC або батареї.
51

На відміну від всіх попередніх плат Ардуіно, Uno в якості перетворювача
інтерфейсів USB-UART використовує мікроконтролер ATmega16U2 (ATmega8U2
до версії R2) замість мікросхеми FTDI. На китайських варіантах використовується
перетворювач інтерфейсів USB-UART CH340G [30].
На платі Arduino Uno версії R2 для спрощення процесу оновлення прошивки
доданий резистор, що підтягує до землі лінію HWB мікроконтролера 8U2.
Зміни на платі версії R3 перераховані нижче:
• Розпінування 1.0: додані виходи SDA і SCL (біля виведення AREF), а також
два нових виходи, розташовані біля виходу RESET. Перший - IOREF -
дозволяє платам розширення підлаштовуватися під робочу напругу Ардуіно.
Даний вихід передбачений для сумісності плат розширення як з 5 В По-
Ардуіно на базі мікроконтролерів AVR, так і з 3.3 В-платами Arduino Due.
Другий вихід ні до чого не приєднаний і зарезервований для майбутніх цілей
[30].
• Покращена стійкість ланцюга скидання.
• Мікроконтролер ATmega8U2 замінений на ATmega16U2.
Опис елементів плати

Рис. 3.2 – Елементи плати Arduino Uno Rev3/R3

52

• USB Plug - роз'єм для підключення пристроїв USB;
• Analog Reference Pin - для визначення опірної напруги АЦП;
• Digital Ground - земля;
• Digital I / O Pins (2-13) - цифрові виходи;
• Serial OUT (TX) - пін передачі даних по UART;
• Serial IN (RX) - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• In-Circuit Serial Programmer (ISCP) - через ці контакти можна
перепрограмувати плату;
• ATmega328P Microcontroller - власне сам чіп Ардуіно, він же мікроконтролер,
процесор, мозок і т.д .;
• Analog In Pins (0-5) - аналогові входи;
• Voltage In - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього
джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• Reset Pin - вхід для перезавантаження;
• External Power Supply - роз'єм для підключення зовнішнього джерела
живлення.
Опис пінів
Піни Ардуіно використовуються для підключення зовнішніх пристроїв і
можуть працювати як в режимі входу, так і в режимі виходу. Кожен вихід має
навантажувальний резистор (за замовчуванням відключений) 20-50 кОм і може
пропускати до 40 мА.
Деякі виходи мають особливі функції:
• Піни 0 і 1 - контакти UART (RХ і TX відповідно).
• Піни c 10 по 13 - контакти SPI (SS, MOSI, MISO і SCK відповідно)
53

• Піни A4 і A5 - контакти I2C (SDA і SCL відповідно).
Піни з номерами від 0 до 13 є цифровими. Це означає, що ви можете
зчитувати і подавати на них тільки два види сигналів: HIGH і LOW. За допомогою
ШІМ також можна використовувати цифрові порти для управління потужністю
підключених пристроїв [30].

Таблиця 3.1
Цифрові піни
Пін Адресація Спеціальне призначення ШІМ
0 0 RX
1 1 TX
2 2 Вхід для переривань
3 3 Вхід для переривань ШІМ
4 4
5 5 ШІМ
6 6 ШІМ
7 7
8 8
9 9 ШІМ
10 10 SPI(SS) ШІМ
11 11 SPI(MOSI) ШІМ
12 12 SPI(MISO)
13 13 SPI(SCK) До виходу також приєднаний вбудований
світлодіод (є в більшості плат Arduino)

Аналогові Піни Arduino Uno Rev3 призначені для підключення аналогових
пристроїв і є входами для вбудованого аналого-цифрового перетворювача (АЦП),
який в Ардуіно уно десяти розрядний.

Таблиця 3.2
Аналогові піни
Пін Адресація Спеціальне
призначення
A0 A0 або 14
A1 A1 або 15
A2 A2 або 16
A3 A3 або 17
A4 A4 або 18 I2C (SCA)
A5 A5 або 19 I2C (SCL)

54

Додаткові піни на платі та живлення
AREF - видає опірну напруги для вбудованого АЦП. Може управлятися
функцією analogReference ().
RESET - Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Плати Arduino Uno R3 може отримувати живлення через підключення USB
або від зовнішнього джерела живлення. Джерело живлення вибирається
автоматично.
Живити плату можна наступними способами:
• від зовнішнього адаптера - рекомендований напруга від 7 до 12 В. При
використанні напруги вище 12 В регулятор напруги може перегрітися і
пошкодити плату. При напрузі живлення нижче 7 В, висновок 5V може
видавати менше 5 В, що призведе до нестабільної роботи плати;
• від USB-порту комп'ютера;
• подача 5 В безпосередньо на пін 5V. В цьому випадку обходиться стороною
вхідний стабілізатор і навіть найменше перевищення напруги може привести
до проблем із виробом [30].
Виходи живлення:
• 5V - на цей пін Ардуіно подає 5 В, його можна використовувати для
живлення зовнішніх пристроїв;
• 3.3V - на цей пін від внутрішнього стабілізатора подається напруга 3.3 В;
• GND - висновок землі;
• VIN - пін для подачі зовнішнього напруги;
• IREF - пін для інформування зовнішніх пристроїв про робочій напрузі плати.

55

Опис Arduino Nano V3.0

Рис. 3.3 – Плата Arduino Nano V3.0

Платформа Arduino Nano (укр. Ардуіно Нано) - відкрита і компактна
платформа з сімейства Arduino, побудована на мікроконтролері ATmega328, має
невеликі розміри та може бути використана в лабораторних та курсових роботах.
Arduino Nano - це зменшений аналог Arduino Uno, відрізняється
формфактором плати, яка в 2-2.5 рази менше (19 x 43 мм), ніж Arduino Uno (53 х 69
мм), у відсутності силового роз'єму постійного струму і роботі через кабель Mini-
B USB. Платформа Nano має контакти у вигляді пінів, тому її легко встановлювати
на макетну плату.
На платі використовується чіп FTDI FT232RL для USB-Serial перетворення і
застосовується mini-USB кабель для зв'язку з Ардуіно замість стандартного. Зв'язок
з різними пристроями забезпечують UART, I2C і SPI інтерфейси [31].
Опис елементів плати

Рис. 3.4 – Елементи плати Arduino Nano V3.0

• USB Jack - роз'єм USB Mini-B для підключення пристроїв USB;
56

• Analog Reference Pin - для визначення опорного напруги АЦП;
• Ground - земля;
• Digital Pins (2-13) - цифрові виходи;
• TXD - пін передачі даних по UART;
• RXD - пін прийому даних по UART;
• Reset Button - кнопка перезавантаження мікроконтролера;
• ISCP (In-Circuit Serial Programmer) - контакти для перепрограмування плати;
• Microcontroller ATmega328P - мікроконтролер - головний елемент на платі;
• Analog Input Pins (A0-A7) - аналогові входи;
• Vin - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела;
• Ground Pins - земля;
• 5 Volt Power Pin - живлення 5 В;
• 3 Volt Power Pin - живлення 3.3 В;
• RST - вхід для перезавантаження;
• SMD Crystal - кварцовий резонатор (жарг. «Кварц») - прилад, в якому
п'єзоелектричний ефект і явище механічного резонансу використовуються
для побудови високодобротного резонансного елементу електронної схеми;
• TX LED (White) - світлодіод - індикатор відправлення даних по UART;
• RX LED (Red) - світлодіод - індикатор прийому даних по UART;
• Power LED (Blue) - світлодіод - індикатор живлення;
• Pin 13 LED (Wellow) - підключений світлодіод до 13-му піну [31].

57

Опис пінів та живлення
Кожен з 14 цифрових виходів Nano, використовуючи функції pinMode (),
digitalWrite (), і digitalRead (), можна налаштовувати як вхід або вихід. Виходи
працюють при напрузі 5 В. Кожен вихід має навантажувальний резистор 20-50 кОм
і може пропускати до 40 мА. Деякі виходи мають особливі функції:
• Послідовна шина: 0 (RX) і 1 (TX). Виходи використовуються для отримання
(RX) і передачі (TX) даних TTL. Дані виходи підключені до відповідних
виходів мікросхеми послідовної шини FTDI USB-to-TTL.
• Зовнішнє переривання: 2 і 3. Дані виходи можуть бути налаштовані на виклик
переривання або на молодшому значенні, або на передньому чи задньому
фронті, або при зміні значення. Детальна інформація знаходиться в описі
функції attachInterrupt ().
• ШІМ: 3, 5, 6, 9, 10, і 11. Будь-який з виходів забезпечує ШІМ з роздільною
здатністю 8 біт за допомогою функції analogWrite ().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). За допомогою даних виходів
здійснюється зв'язок SPI, яка, хоча і підтримується апаратною частиною, не
включена в мову Arduino.
• LED: 13. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виходу 13.
Якщо значення на виході має високий потенціал, то світлодіод горить.
На платформі Nano встановлені 8 аналогових входів, кожен дозволом 10 біт
(тобто може приймати 1024 різних значення). Стандартно висновки мають діапазон
вимірювання до 5 В, щодо землі, проте є можливість змінити верхню межу за
допомогою функції analogReference (). Деякі виходи мають додаткові функції:
I2C: A4 (SDA) і A5 (SCL). За допомогою висновків здійснюється зв'язок I2C
(TWI). Для створення використовується бібліотека Wire.
Додаткова пара виходів платформи:
AREF. Опорна напруга для аналогових входів. Використовується з функцією
analogReference ().
58

Reset. Низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер.
Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі
розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.
Arduino Nano може отримувати живлення через підключення Mini-B USB,
або від нерегульованого 6-20 В (вихід 30), або регульованого 5 В (вихід 27),
зовнішнього джерела живлення. Автоматично вибирається джерело з найвищою
напругою.
Мікросхема FTDI FT232RL (або CH340G) отримує живлення, тільки якщо
сама платформа запитана від USB. Таким чином при роботі від зовнішнього
джерела (НЕ USB), буде відсутня напруга 3.3 В, що генерується мікросхемою FTDI
FT232RL (або CH340G), при цьому світлодіоди RX і TX блимають тільки при
наявності сигналу високого рівня на виходах 0 і 1 [31].
В результаті було вирішено що для цього проекту краще підходить плата
Arduino Nano V3.0, так як на ній встановлений мікроконтролер ATmega328 і він
має майже всі функції, що і Arduino Uno Rev3/R3, до того ж розміри Arduino Nano
V3.0 менші що дає переваги в мобільності.

3.2. Підключення Ethernet для Arduino Nano V3.0
Модулі і Шилди Ethernet для Arduino - це один з найпростіших способів
організувати підключення до інтернету в Ардуіно проект. Підключити плату
arduino до інтернету можна кількома способами. Бездротове підключення
прекрасно організовується з використанням платформ ESP8266 або ESP32. Можна
використовувати Lora модулі з відповідними WiFi-шлюзами. Але самим
перешкодостійким і "традиційним" є Ethernet. Використовуючи звичайний RJ45
роз'єм і виту пару можна об'єднати вашу плату з іншим мережевим обладнанням,
будь то роутер, маршрутизатор або той же WiFi модем. Переваги Ethernet-
підключення - швидкість, стабільність, більша захищеність від перешкод. Недоліки
очевидні - обладнання прив'язується проводом, причому в умовах реальної
експлуатації якість цього проводу має бути високим.
59

Для Arduino Nano V3.0 ідеально підходить модуль Arduino Nano Ethernet. Він
виконаний у формфакторі, що полегшує підключення до плати Nano v 3.0, але
володіє практично такими ж можливостями, що і "звичайний" варіант для Uno. В
основі Шілд лежить мікросхема ENC28J60.

Рис. 3.5 – Мережевий Ethernet модуль ENC28J60 на HR911105A

ENC28J60 - це самостійний контролер Ethernet із стандартним послідовним
периферійним інтерфейсом (SPI). Він призначений для роботи в якості мережі
Ethernet інтерфейс для будь-якого контролера, обладнаного SPI.
ENC28J60 відповідає всім специфікаціям IEEE 802.3. Він включає ряд
фільтрацій пакетів схеми обмеження вхідних пакетів. Він також надає внутрішній
модуль DMA для швидкої пропускної здатності даних та апаратно-допоміжного
розрахунку контрольної суми, який використовується в різних мережевих
протоколах. Контакт з хост-контролер реалізований через вивід переривання і SPI,
з тактовою частотою до 20 МГц. Два спеціальні штифти використовуються для
світлодіодного зв'язку та мережі індикація діяльності [33].

60

Рис. 3.6 – Блок-схема ENC28J60

ENC28J60 складається з семи основних функціональних можливостей:
• Інтерфейс SPI, який служить каналом зв'язку між головним контролером та
ENC28J60.
• Регістри контролю, які використовуються для контролю та моніторингу
ENC28J60.
• Подвійний буфер оперативної пам'яті для отриманих та передані пакети
даних.
• Арбітр для управління доступом до буфера оперативної пам'яті, коли запити
надходять від DMA, передають і отримують блоки.
• Інтерфейс шини, який інтерпретує дані та команди, отримані через інтерфейс
SPI.
• Модуль MAC (Medium Access Control), який реалізує логіку MAC, сумісну з
IEEE 802.3.
61

• Модуль PHY (фізичний рівень), який кодує і декодує аналогові дані, які є на
інтерфейс витої пари.
Пристрій також містить інші блоки підтримки, такі як генератор, вбудований
регулятор напруги, перетворювачі рівня забезпечити толерантні входи / виходи 5В
та логіку управління системою [34].
ENC28J60 та його особливості
• IEEE 802.3, сумісний контролер Ethernet
• Повністю сумісний з мережами 10/100 / 1000Base-T
• Вбудований MAC та 10Base-T PHY
• Підтримує один порт 10Base-T з автоматичним виявленням та корекцією
полярності
• Підтримує режими Full і Half-Duplex
• Програмований автоматичний ретранслятор
• Програмований відступ та генерація CRC
• Програмоване автоматичне відхилення помилкових пакетів
• Інтерфейс SPI з тактовою частотою до 20 МГц
• Подвійний порт SRAM для передачі / прийому пакетів на 8 Кбайт
• Настроюваний розмір буфера передачі / прийому
• Апаратно керований циркулярний прийом FIFO
• Широкоформатний довільний та послідовний доступ із Авто-збільшенням
• Внутрішня DMA для швидкого переміщення даних
• Розрахунок контрольної суми за допомогою апаратного забезпечення для
різних мережевих протоколів.
Особливості фізичного рівня (PHY)
• Режим петлі
• Два програмованих світлодіодні виходи для LINK, TX, RX, зіткнення та
повний / напівдуплексний статус
Умови експлуатації
• Шість джерел переривань та один вихідний штифт переривання
62

• Вимога до тактової частоти 25 МГц
• Вихідний тактовий сигнал із програмованим прескалером
• Робоча напруга від 3,1 В до 3,6 В (типово 3,3 В)
• Входи 5 В
• Діапазон температур: від -40 ° C до + 85 ° C промисловий, Від 0 ° C до + 70 °
C Комерційне (лише SSOP)
• 28-контактні пакети SPDIP, SSOP, SOIC, QFN [34].
Організація передачі між двома Arduino Nano V3.0
Як середовище передачі потрібні нам стандарти вимагають застосування
кабелю категорії 3 або категорії 5. Використовуються чотири неекрановані кручені
пари (8 дротів).
Кабель позначається UTP - Unshielded twisted pair (неекранована кручена
пара). Часто на ньому написано "ETHERNET LAN CABLE".
Роз'ємом для підключення кабелю - RJ-45. Насправді, стандарт для штекерів
носить зовсім іншу назву (8P8C), але "в народі" прийнято називати стандартний
Ethernet роз'єм саме як RJ45. Слід зазначити, що є й інші стандарти - RJ-25, RJ-14
та інші. Для підключення до Ардуіно через стандартні модулі вони не підійдуть.
Зрозуміло, що вихідні сигнали одного пристрою повинні підключатися до
входів іншого, і навпаки. Тому існує 2 варіанти кабелів: прямий і перехресний.
Прямий використовується для з'єднання між пристроями з роз'ємами типів A і B, а
перехресний - для з'єднання портів з однакововим пінуванням.
Це означає:
• якщо ми будемо підключати плату Ардуіно до материнської плати
комп'ютера або іншої плати Ардуіно, то необхідно використовувати
перехресний кабель;
• якщо плата Ардуіно буде підключатися до комутатора або роутера - кабель
повинен бути прямим.
В моєму випадку кабель потрібно обтиснути саме перехресно :

63

Рис. 3.7 – Порядок обтиснення перехресного кабелю

Один його кінець обтискається за схемою EIA / TIA-568В, а інший має наступну
послідовність: Біло-зелений, Зелений, Біло-помаранчевий, Біло-коричневий,
Коричневий, Помаранчевий, Синій, Біло-синій. Таким чином, видно, що в схемі
568А місцями помінялися Синя і Коричнева пари зі збереженням послідовності
[35].
Обжавши один кінець за схемою 568А, а інший за схемою 568В, отримуємо
кросовий кабель для з'єднання двох комп'ютерів без комутаційного обладнання.
Окремо стоїть виготовлення гігабітного перехресного кабелю, де потрібна
спеціальна схема.
Нижче побудована таблиця в якій описано елементи які знадобились для
роботи (Таблиця 3.3 – Перелік компонентів для роботи).
Маючи всі компоненти було зібрано загальну конструкцію. Отже в макетну
плату з обох країв потрібно встановити мережеві модулі, потім в ці ж модулі
встановлюються плати Arduino Nano v 3.0 (головне це правильно встановити плату
щоб відповідні піни збігались), також потрібно встановити діод та резистор. Ще
потрібно обтиснути кросовий кабель для цього знадобиться інструмент для
зачистки і обтиску мережевого кабелю після цього слід підключити кабель до
відповідних роз’ємів. Після цього роботу з апаратною частиною, можна вважати
завершеною.

64

Таблиця 3.3
Перелік компонентів для роботи.
№ Назва компонента Картинка компонента Кількість Ціна (за
одиницю)
1 Плата Arduino Nano v 3.0 2 шт. 80 грн.

2 Модуль мережевий Ethernet 2 шт. 135 грн.
ENC28J60 на HR911105A

3 Конектор RJ-45 2 шт. 1 грн.

4 Кабель комп'ютерний моноліт 1 метр 13 грн.
UTP КПВ-ВП cat.5E 4x2х0,51
мідь
5 Макетна плата MB-102, 830 1шт. 33 грн.
точок

6 LED світлодіод 5мм (червоний) 1шт. 1 грн.

7 Резистор 10 КОм 1шт. 0,4 грн.

65

1

2

Рис. 3.8 - Зібрана установка
1 – вид з верху, 2 – вид збоку

3.3. Реалізація скетчу (прошивки)
Для того щоб створити скетч для Ардуіно знадобиться середовище розробки,
а саме Arduino IDE 1.8.15 яке можна завантажити з офіційного сайту
https://www.arduino.cc/en/software, також потрібно завантажити бібліотеку
UIPEthernet.h для цього потрібно відкрити середовище розробки й верхній панелі
натиснути “Інструменти” далі “Керування бібліотеками” відкриється вікно з
підписом “Менеджер бібліотек” й знайти бібліотеку яка нам необхідна (Рис. 3.8
– Вікно Менеджера бібліотек в Arduino IDE 1.8.15).

Рис. 3.8 – Вікно менеджера бібліотек в Arduino IDE 1.8.15
66

Бібліотека UIPEthernet
• Бібліотека володіє найширшими функціональними можливостями.
• Працює надійно.
• Інтерфейс програмування (API) бібліотеки повністю сумісний з широко
поширеною бібліотекою Ethernet, яка використовується спільно з модулем
W5100.
• До недоліків бібліотеки UIPEthernet можна віднести великий обсяг коду. Але
це плата за функціональність.
Існують наступні класи і відповідні їм функції:
• Клас Ethernet ініціює бібліотеку і налаштування для роботи з мережею
Ethernet ( begin(), subnetMask(), dnsServerIP(), localIP(), gatewayIP(),
maintain() );
• Клас Ethernet ініціює бібліотеку і налаштування для роботи з мережею
Ethernet ( IPAddress() );
• Клас Server - застосовується для створення і роботи з серверами ( Server,
available(), print(), EthernetServer(), write(), println(), begin() );
• Клас Client - використовується для створення та роботи з клієнтами (
Client, write(), read(), EthernetClient(), print(), peek(), if (EthernetClient),
println(), flush(), connected(), available(), stop(), connect() );
• Клас EthernetUDP - підтримує UDP протокол ( begin(), beginPacket(),
stop(), read(), endPacket(), remoteIP(),peek(), parsePacket(), remotePort(),
write(), available(), flush() ) [31].
Отже потрібно налагодити зв’язок між двома модулями Ардуіно, через
локальну мережу. Так щоб один модуль був у якості сервера, а інший в якості
клієнта.
Для початку написано скетч для модуля який буде в якості сервера.
// TCP сервер, управляє світлодіодом, передає час
#include <SPI.h>
#include <UIPEthernet.h>
// визначаємо конфігурацію мережі
67

byte mac [] = {0xAE, 0xB4, 0x26, 0xE4, 0x4A, 0x5C}; // MAC-адресу
byte ip [] = {192, 168, 1, 11}; // IP-адреса
byte myDns [] = {192, 168, 1, 1}; // адреса DNS-сервера
byte gateway [] = {192, 168, 1, 1}; // адреса шлюзу
byte subnet [] = {255, 255, 255, 0}; // маска підмережі
EthernetServer server (2000); // створюємо сервер, порт 2000
EthernetClient client; // об'єкт клієнт
void setup () {
Ethernet.begin (mac, ip, gateway, subnet); // ініціалізація
контролера
server.begin (); // включаємо очікування вхідних з'єднань
pinMode (LED_BUILTIN, OUTPUT); // вивід світлодіода
}
void loop () {
client = server.available (); // очікуємо об'єкт клієнт

if (client) {
// є дані від клієнта
char chr = client.read (); // читання символу
if (chr == '1') {
digitalWrite (LED_BUILTIN, HIGH); // якщо 1, запалюємо
світлодіод
}
else {
digitalWrite (LED_BUILTIN, LOW); // якщо щось інше, гасимо
світлодіод
}
}
}
Для перевірки працездатності цього сервера знадобився смартфон з
операційною системою Android, та встановленим на ньому додатком Simple TCP
Socket Tester. Потім було підключено сервер до локальної мережі, також за
допомогою телефону приєднаного до Wi-Fi який знаходиться в тій самій локальній
мережі. В додатку обирано функцію клієнт, заповнено поле IP-адреси та порта на
68

якому знаходиться сервер і натиснено “connect”. Коли зв'язок встановлено серверу
почали відправлятись символи, якщо це символ “1” то діод запалюється, якщо
якийсь інший символ то діод гасне.
Тепер потрібно написати скетч для іншого модуля який буде
використовуватись в ролі клієнт-сервера
// TCP клієнт, надсилає пакети серверу
#include <SPI.h>
#include <UIPEthernet.h>
// визначаємо конфігурацію мережі
byte mac [] = {0xAE, 0xB4, 0x26, 0xE4, 0x4A, 0x5A}; // MAC-адресу
byte ip [] = {192, 168, 1, 10}; // IP-адреса клієнта
byte ipServ [] = {192, 168, 1, 104}; // IP-адреса сервера
EthernetClient client; // створюємо клієнта
void setup () {
Ethernet.begin (mac, ip); // ініціалізація контролера
delay (1000); //затримка
client.connect (ipServ, 2000); //затримка
}
void loop () {
// всі, що приходить з UART, передаємо сервера
while (client.connected ()> 0) {
char inChr [] = "1";
delay (200); //затримка
client.println (inChr);
}
}
Знову ж потрібно перевірити працездатність модуля. Для цього знову було
використано додаток Simple TCP Socket Tester. Потім підключено клієнт-сервер до
локальної мережі, за допомогою телефону приєднаного до Wi-Fi який знаходиться
в тій самій локальній мережі. В додатку обирано функцію сервер, заповнено поле
порта на якому знаходиться сервер і натиснено “start server ” зверху зявляється IP-
69

адреса сервера яку треба ввести в скетч. Коли клієнт встановив зв'язок на екрані
телефона видно символ, який присилає клієнт-сервер, в даному випадку це символ
“1”.
Вище було описано експериментальні дії для того щоб дослідити та
перевірити працездатність модулів. Тепер потрібно налаштувати безпосередньо
зв’язок між двома модулями Ардуіно.
Отже була проведена редакція скетчів для сервера та клієнт-сервера і
отримано наступні результати:
Скетч для сервера
// TCP сервер, управляє світлодіодом
#include <SPI.h>
#include <UIPEthernet.h>
// визначаємо конфігурацію мережі
byte mac [] = {0xAE, 0xB4, 0x26, 0xE4, 0x4A, 0x5C}; // MAC-адресу
byte ip [] = {192, 168, 1, 11}; // IP-адреса
byte myDns [] = {192, 168, 1, 1}; // адреса DNS-сервера
byte gateway [] = {192, 168, 1, 1}; // адреса шлюзу
byte subnet [] = {255, 255, 255, 0}; // маска підмережі
EthernetServer server (2000); // створюємо сервер, порт 2000
EthernetClient client; // об'єкт клієнт
void setup () {
Ethernet.begin (mac, ip, gateway, subnet); // ініціалізація
контролера
server.begin (); // включаємо очікування вхідних з'єднань
pinMode (A3, OUTPUT); // вивід світлодіода
}
void loop () {
client = server.available (); // очікуємо об'єкт клієнт
if (client) {
// є дані від клієнта
char chr = client.read (); // читання символу
if (chr == '0') // якщо 0
{
70

digitalWrite (A3, HIGH); // запалюємо світлодіод
}
else {
digitalWrite (A3, LOW); // гасимо світлодіод
}
}
}
Скетч для клієнт-сервера
// TCP клієнт, передає дані з UART сервера, від сервера в UART
#include <SPI.h>
#include <UIPEthernet.h>
// визначаємо конфігурацію мережі
byte mac [] = {0xAE, 0xB4, 0x26, 0xE4, 0x4A, 0x5A}; // MAC-адресу
byte ip [] = {192, 168, 1, 10}; // IP-адреса клієнта
byte ipServ [] = {192, 168, 1, 11}; // IP-адреса сервера
EthernetClient client; // створюємо клієнта
void setup () {
Ethernet.begin (mac, ip); // ініціалізація контролера
delay (1000); //затримка
client.connect (ipServ, 2000);
}
void loop () {
// всі, що приходить з UART, передаємо сервера
while (client.connected ()> 0) {
char inChr [] = "0";
delay (200); //затримка
client.println (inChr);
}
}
Після того як було зашито скетчі на свої місця та з’єднано обидва модуля між
собою за допомогою перехресного кабеля, а потім запущено спочатку сервер потім
клієнт, і можна спостерігати, що коли сервер отримував пакети то діод під’єднаний
до аналогового виходу А3 почав миготіти, коли ж було вийнято один кінець кабеля
то передача пакетів стала неможливою і діод перестав миготіти та світитися зовсім.
71

Також був проведений експеримент на прикладі домашньої локальної мережі. За
допомогою LAN кабелю було підєднано спочатку сервер (діод поруч з сервером не
світиться), потім приєднано клієнт сервер до іншого LAN кабеля, цієї ж локальної
мережі. І через деякий час діод який знаходиться біля сервера починає миготіти це
значить що сервер отримує пакети які відправляє клієнт-сервер.
Значить що поставлена задача, а саме створення простого аналізатора мережі,
була виконана, також його можна модифікувати, й розширити функціонал.
3.4 Модифікаця пристрою
Даний пристрій можна модифікувати та поліпшити, одними з поліпшень
може бути можливість автономної роботи. А саме це значить те що пристрій не
потрібно підключати до електричної мережі, а він зможе працювати самостійно
наприклад від акумулятора чи батарейки.
Живлення електронного компонента або Ардуїно-модуля завжди
складається з двох дротів:
• "Плюс": +5V або +3.3V. Може бути підписана на платі як 5V, 3.3V,
3V3, Vin, VCC, +. Провід на схемі зображується червоним.
• "Мінус": загальний провід, 0V. Може бути підписаний на платі як
GND, COM, G, -. Дріт на схемі зображується синім або чорним кольором.
Декілька моментів про живлення:
• Не можна перевищувати напругу живлення електронного компонента,
інакше він згорить. Тобто провід із 5V не можна підключати на пін, на якому
написано 3V. А ось навпаки – можна: більшість модулів із живленням 5V
працюватимуть від 3.3V. Це буде актуально під час роботи з платами на базі
esp8266, яка працює від 3.3V.
• Підключати живлення потрібно дуже уважно: мінус з'єднується з
мінусом, а плюс – плюс. Якщо переплутати дроти – у 99% випадків модуль згорить,
захист на них роблять нечасто.
72

• Навіть якщо напруга живлення у модулів різна, виводи GND всіх
компонентів схеми повинні бути з'єднані разом, тому що сигнали "ходять" щодо
нульового дроту.
• В Ардуїно-проекті ми найчастіше використовуємо макетку та
підключаємо живлення всіх модулів до виводів живлення плати Arduino. Якщо в
проекті використовується кілька модулів, то отворів для дротів може не вистачити!
Саме для цього з обох боків макетки зроблені довгі лінії контактів з підписами
плюс і мінус: можна підключити живлення від плати до них, і вже від них
розводити на інші компоненти. Це називатиметься шиною живлення
Автономне живлення
Буває, що необхідно забезпечити автономне живлення проекту, тобто. далеко
від розетки, розглянемо варіанти.

Рис. 3.9 – Принцип автономного живлення
• Живлення в порт USB:
o Найпростіший Powerbank, максимальний струм - 500 мА. Напруга на
піні 5V і високий рівень у цьому випадку дорівнюватиме ~4.7V. Більшість
Powerbank'ів живлення відключається при навантаженні менше 200 мА. Деякі
банки можна перевести в режим "слабкої зарядки", тоді вони живитимуть схему.
• Живлення в пін Vin (або штекер 5.5×2.1 на платі UNO/MEGA):
o Будь-який блок живлення/зарядник від ноута з напругою 7.. 18 Вольт
o 9V батарейка "Крона" – не найкращий, але робочий варіант. Місткість
крони вкрай мала.
• Живлення в пін 5V:
73

o Для стабільних 5V на виході - літієвий акумулятор і модуль, що
підвищує до 5V. У таких модулів зазвичай запас струму 2А, також модуль споживає
“в холостому режимі” – погане енергозбереження.
o Літієвий акумулятор – напруга на піні 5V 4.2-3.5V, деякі модулі
працюватимуть, деякі – ні. Робота МК від напруги нижче 4V не гарантується.
o Пальчикові батареї (ААА або АА) – гарний варіант, 3 штуки дадуть 4.5-
3V, що межує з ризиком зависнути. 4 штуки – дуже добре. Нові батарейки дадуть
6V, що є максимальною напругою для МК AVR і за бажання можна так працювати.
o Пальчикові Ni-Mh акумулятори - чудовий варіант, сміливо можна
ставити 4 штуки, вони забезпечать необхідну напругу на всьому циклі розряду (до
4V). Також мають гарний запас струму, можна навіть адресну стрічку живити.
o Максимальний вихідний струм з піна 5V обмежений струмом джерела
живлення.
Таблиця 3.4
Таблиця порівняння джерел живлення
Джерело Power Bank Батарейка Пальчикові Пальчикові Ni-
живлення Крона батареї ААА Mh
акумулятори
Марка
Promate Bolt-10 VARTA Videx АА Duracell
10000 mAh 10Вт SUPERLIFE Recharge AA
2xUSB 6F22 BLI 1300 мА·год

Кількість 1 1 4 4
Ємність Від 10000 mAh 626 mAh 2600 mAh 1300 mAh
Габарити 133,5х66х14 мм 48х26х17 мм 44.6x4.2х1 мм 44.6x4.2х1 мм
Маса 220 г. 53 г. 48 г. 56 г.
Напруга 5 В. 9 В. ~ 5В. ~ 4В.
Ціна 800 грн 70 грн 70 грн 300 грн

Проаналізувавши дану таблицю я думаю що найкращим варіантом будуть
Пальчикові Ni-Mh акумулятори, так як вони мають не високу ціну, невеликі
габарити, непогану ємність а головне їх можна заряджати тобто використовувати
не один раз.
74

ВИСНОВКИ
Проведено аналіз предметної області дослідження та сформульовані
напрямки удосконалення, це дозволило визначити найбільш перспективні рішення
для подальшого прототипування. Також проведено аналіз проблем тестування
мережі Ethernet та методів їх тестування. Серед яких виділено: тестування за
допомогою утиліт, при допомозі інтернет сервісів або ж тестування за допомогою
спеціалізованих приладів, так званих аналізаторів мережі
Досліджено основні методи передачі пакетів в мережах, за рахунок
порівняння методик формування пакетів та аналізу фізичного трафіку в сегментах
мережі, що дозволило скорегувати та уточнити вимоги до потреб тестувальників.
Виконано дослідження та опис форматів кадру серед яких є чотири основних,
це Ethernet II, 802.3, 802.2 і 802.2 SNAP. Для дослідження форматів кадрів було
використано утиліту Wireshark. Також було описано алгоритм для розпізнавання
кадрів вході аналізу якого, було виявлено що різні протоколи використовують різні
формати кадрів. Але відрізнити їх не надто складно. До того ж протокол TCP/IP
висувається на домінуючу позицію не тільки в глобальних, а й в локальних
мережах.
Розроблено образно-знакову модель спеціалізованого аналізатора сегментів
мережі, що в подальшому підвищило інформаційну надійність, за рахунок
оптимізації алгоритмів обробки мережних пакетів.
Створено фізичну модель аналізатора локальної мережі, це дозволило
отримати практичне підтвердження аспектів, що наведені в роботі.
Проаналізувавши можливості Arduino Uno Rev3/R3 та Arduino Nano V3.0, серед
яких було вибрано одну, а саме Arduino Nano V3.0 з мікроконтролером ATmega328
який дуже підходить до нашого проекту, ще плата має невеликі розміри і це є
великим плюсом в плані мобільності обладнання. Для того щоб підключитись до
мережі Ethernet знадобився мережевий Ethernet модуль ENC28J60 на HR911105A
та кабель обтиснутий перехресним чином. Після того як було зібрано конструкцію,
75

було написано скетчі для серверної та клієнт-серверної частини. В результаті чого
отримано простий аналізатор мережі.
В результаті проведеної роботи було опрацьовано велику кількість матеріалу
стосовно тестування комп’ютерних мереж. Також було виконано всі поставлені
цілі та задачі.

76

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Дерев'янко С. М. ТЕСТУВАННЯ СЕГМЕНТІВ МЕРЕЖІ ETHERNET НА
БАЗІ W5100 + ENC28J60 / Сергій Миколайович Дерев'янко. – Черкаси, 2021.
– 74 с.
2. Shimonski R. The Wireshark Field Guide [Електронний ресурс] / Robert
Shimonski. – 2013. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/network-analyzer.
3. Rosenbaum O. How the Ethernet Protocol Works – A Complete Guide
[Електронний ресурс] / Omer Rosenbaum. – 2022. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.freecodecamp.org/news/the-complete-guide-to-the-ethernet-
protocol/.
4. Shisheng J. The Design of the Embedded WEB Server Based on ENC28J60
[Електронний ресурс] / J. Shisheng, M. Changqing – Режим доступу до
ресурсу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705811020030.
5. Spurgeon C. Ethernet: The Definitive Guide / Charles E. Spurgeon., 2000. –
(O'Reilly Media, Inc.).
6. Harrington J. Ethernet Networking for the Small Office and Professional Home
Office / Jan L. Harrington., 2007.
7. Nastase R. Computer Networking for Beginners Your Guide for Mastering
Computer Networking, Cisco IOS and the OSI Model / Ramon Nastase., 2018.
8. Тестування мереж та роутерів [Електронний ресурс] – Режим доступу до
ресурсу: https://naseti.com/o-routerah/testirovanie.html.
9. МАКС-ЕМК-E – тестер-аналізатор пакетних мереж. URL:
https://skomplekt.com/tovar/1/11/10001282588/
10. МАКС-ЕМК. Керівництво з експлуатації. URL:
https://skomplekt.com/files/product_1563565/instr_p1563565_1.pdf
11. HST-3000 Handheld Test Platform. URL: https://www.viavisolutions.com
12. HST-3000 Testers Description. URL:
https://www.ktopoverit.ru/prof/opisanie/32681-12.pdf
77

13. HST-3000 Broadband Test Set Datasheet. URL: https://www.viavisolutions.com
14. VIAVI MTS-5800-100G Network Tester. URL: https://www.viavisolutions.com
15. VIAVI MTS-5800 Transport Analyzer Datasheet. URL:
https://www.viavisolutions.com
16. МАКС-ЕМК C1 – тестер Ethernet. URL: http://www.kometeh.ru
17. МАКС-ЕМК C1. Керівництво користувача. URL: http://www.kometeh.ru
18. UNI-T UT681C Cable Tester. URL: https://uni-trend.com
19. UNI-T UT681C Specifications. URL: https://uni-trend.com
20. Семенов Ю. А. Інтернет та Ethernet. URL: https://www.opennet.ru/docs
21. Ethernet Technology Overview. URL: https://www.cisco.com
22. Fast Ethernet. IEEE 802.3u Standard Overview. URL: https://ieee.org
23. Gigabit Ethernet Overview. URL: https://www.cisco.com
24. 10 Gigabit Ethernet Technology. URL: https://www.cisco.com
25. OSI Reference Model. ISO/IEC 7498-1:1994.
26. Воробієнко П. П., Нікітюк Л. А., Резніченко П. І. Телекомунікаційні та
інформаційні мережі. Київ: САММІТ-Книга, 2010. 708 с.
27. Ethernet Frame Format. URL: https://www.cisco.com
28. Ethernet Frame Structure. URL: https://www.geeksforgeeks.org
29. Combs G. Wireshark User Guide. URL: https://www.wireshark.org/docs
30. Arduino Uno Rev3. URL: https://www.arduino.cc
31. Arduino Nano. URL: https://www.arduino.cc
32. Arduino Ethernet Shield W5100. URL: https://www.arduino.cc
33. ENC28J60 Ethernet Module. URL: https://www.microchip.com
34. Microchip ENC28J60 Datasheet. URL: https://ww1.microchip.com
35. Ethernet Interface with Arduino. URL: https://www.microchip.com
36. Ethernet Cabling and Crimping Guide. URL: https://www.cisco.com
37. TCP Server on Arduino. URL: https://www.arduino.cc
38. Tanenbaum A., Wetherall D. Computer networks. Boston: Pearson, 2007.
39. Ethernet Frame Analysis. URL: https://www.wireshark.org
78

40. Zobair U. Use of Ethernet Technology in Computer Network [Електронний
ресурс] / Ullah Zobair. – 2012. – Режим доступу до ресурсу:
https://core.ac.uk/download/pdf/231149472.pdf.
41. Show K. The OSI model explained and how to easily remember its 7 layers
[Електронний ресурс] / Keith Show. – 2020. – Режим доступу до ресурсу:
https://www.networkworld.com/article/3239677/the-osi-model-explained-and-
how-to-easily-remember-its-7-layers.html.
42. How to connect Ethernet Shield as client with PC, with router in between
[Електронний ресурс]. – 2015. – Режим доступу до ресурсу:
https://forum.arduino.cc/t/how-to-connect-ethernet-shield-as-client-with-pc-with-
router-in-between/288976.
43. The basics of field testing Ethernet [Електронний ресурс] – Режим доступу до
ресурсу: https://www.lightwaveonline.com/optical-tech/article/16649858/the-
basics-of-field-testing-ethernet.
44. John M Pollard, “Factoring with Cubic Integers”, unpublished manuscript
circulated 1988; included in “The Development of the Number Field Sieve”,
Lecture Notes in Mathematics volume 1554, Springer-Verlag, 1993.
45. Cheng Jin, David Wei and Steven Low, “FAST TCP: Motivation, Architecture,
Algorithms, Performance”, IEEE INFOCOM 2004 Proceedings, March 2004.
46. Ethernet Technologies [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу:
http://www.ing.unp.edu.ar/asignaturas/rytd/Ethernet_Cisco.pdf.
47. Testing ethernet cabling & analyzing [Електронний ресурс] – Режим доступу до
ресурсу: https://itnetworks.softing.com/cabling-testers/ethernet/.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets