WYKORZYSTANIE CISCO PACKET TRACER DO NAUCZANIA PODSTAWOWYCH ZAGADNIE TRANSMISJI DANYCH GŁOSOWYCH W SIECIACH KOMPUTEROWYCH

Transkrypt

1 Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O LIT E C H N IK I Ł Ó D Z K IE J Nr 1078 ELEKTRYKA, z ARTUR SIERSZE, ŁUKASZ STURGULEWSKI Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Politechnika Łódzka WYKORZYSTANIE CISCO PACKET TRACER DO NAUCZANIA PODSTAWOWYCH ZAGADNIE TRANSMISJI DANYCH GŁOSOWYCH W SIECIACH KOMPUTEROWYCH Recenzent: prof. Dominik Sankowski Maszynopis dostarczono Artykuł przedstawia zastosowanie rodowiska Cisco Packet Tracer w nauczaniu obsługi technologii przesyłu połcze głosowych w sieciach komputerowych. Wyspecjalizowane urzdzenia słuce do budowy infrastruktury sieciowej umoliwiajcej obsług przesyłania połcze głosowych s wci drogie i trudno dostpne. Konieczno pracy w wyspecjalizowanych i drogich laboratoriach utrudnia studentom i kursantom pozalekcyjne uzupełnienie wiedzy i przeprowadzanie własnych eksperymentów w tym zakresie. Wspomniane rodowisko jest rozwizaniem tych problemów, przez co cieszy si coraz to wikszym uznaniem. 1. WPROWADZENIE Złoono współczesnych sieci komputerowych dawno przestała dziwi zarówno pocztkujcych, jak i zaawansowanych administratorów. Uczelniom technicznym, nauczajcym na kierunkach zwizanych z informatyk i telekomunikacj postawiono wysok poprzeczk wynikajc z koniecznoci nauczania o coraz to nowszych technologiach. Wymusza to na uczelniach cigł modernizacj zasobów laboratoryjnych oraz doszkalanie personelu dydaktycznego. Proces ten jest kosztowny, a w warunkach znacznego wzrostu

2 406 A. Siersze, Ł. Sturgulewski liczby studentów coraz trudniejszy do spełnienia. Konieczno pracy w wyspecjalizowanych laboratoriach utrudnia studentom (a take nauczycielom akademickim) pozalekcyjne uzupełnianie wiedzy i przeprowadzanie własnych eksperymentów w tym zakresie. Rozwizaniem tego problemu moe by uycie symulatorów lub emulatorów urzdze sieciowych. W artykule skupiono si na przedstawieniu podstawowych moliwoci rodowiska Packet Tracer firmy CISCO do nauczania obsługi oraz funkcjonowania urzdze i protokołów kryjcych si pod nazw VoIP. 2. TECHNOLOGIA PRZESYŁANIA DANYCH VoIP Technologia VoIP (ang. Voice over Internet Protocol) to model komunikacji głosowej w sieciach komputerowych Internecie, bdcy nonikiem połcze głosowych, wideokonferencji i innych aplikacji w czasie rzeczywistym. Technologia VoIP oparta jest na transmisji głosu w postaci pakietów, co umoliwia korzystanie z tradycyjnej sieci uywanej do transmisji danych. Technologia VoIP pozwala na redukcj kosztów okablowania strukturalnego. Nie trzeba utrzymywa dwóch sieci (komputerowej i telefonicznej); wystarczy jedynie sie komputerowa. Nie mniej wanym atutem jest moliwo integracji technologii przesyłu dwiku z usługami takimi jak przesyłanie danych czy obrazu np. połczenia wideokonferencyjne. Proces realizacji połcze VoIP ma łatwy do odgadnicia przebieg. Głos zamieniany jest z postaci analogowej na cyfrow przy pomocy modulacji impulsowo-kodowej PCM (ang. Pulse Code Modulation) lub jej modyfikacji. W nastpnym kroku jest on poddawany kompresji za pomoc odpowiednich kodeków głosowych oraz dzielony na pakiety i transmitowany do sieci IP. Sie IP moe by dowoln sieci z komutacj pakietów, włczajc ATM, Frame- Realy, Internet, czy sie opart na łczach TI (E1). Po stronie odbiorczej terminal uytkownika musi wykona powysze kroki w odwrotnej kolejnoci: naley połczy podzielone pakiety IP, zdekompresowa, a nastpnie dokona konwersji głosu z postaci cyfrowej na analogow. [2] Firma Cisco, znana jako lider rynku sieciowych routerów i przełczników, energicznie wkroczyła w t dziedzin telefonii IP, wprowadzajc coraz nowsze rozwizania w implementacji przesyłu głosu sieci komputerow i protokołem IP. Ułatwiło to take rozszerzenie edukacyjnego oprogramowania tej firmy znanego pod nazw Packet Tracer.

3 Wykorzystanie Cisco Packet Tracer CISCO PACKET TRACER Packet Tracer to oprogramowanie firmy CISCO opracowane specjalnie dla CISCO Network Academy Program jako nowa koncepcja nauczania o działaniu sieci oraz uzupełnienie wyposaenia sal laboratoryjnych [1]. Rys. 1. Packet Tracer graficzne rodowisko budowy topologii fizycznej Przy pomoc tego oprogramowania instruktorzy i uczniowie mog projektowa, budowa, konfigurowa i rozwizywa problemy w sieciach komputerowych opartych na urzdzeniach firmy CISCO. Moliwe jest to poprzez ich wirtualizacj (rys. 1). Wirtualizacja pozwala take przeprowadzi symulacj i, co bardzo wane w procesie dydaktyki, cigł wizualizacj rodowiska w czasie rzeczywistym. Dziki temu kursanci z łatwoci poznaj logik działania sieci. Wykładowcy za dostaj potne i wydajne narzdzie, dziki któremu mog opracowywa ciekawe wykłady z demonstracj omawianych zagadnie, wiczenia laboratoryjne w postaci wicze indywidualnych i zespołowych, a take gier, konkursów i quizów. Narzdzie to stanowi równie rozszerzenie rzeczywistej infrastruktury w salach laboratoryjnych.

4 408 A. Siersze, Ł. Sturgulewski Trzeba pamita, e Packet Tracer to jedynie rodowisko symulacyjne, w którym przewidziano bardzo duo moliwoci fizycznych urzdze, jednak nie wszystkie. Jednak szeroki wachlarz wirtualnych urzdze, np. routery, przełczniki (w tym przełcznik warstwy 3), koncentratory, funkcjonalne serwery usług, takich jak HTTP, DHCP, TFTP czy DNS, urzdzenia Linksys, chmury WAN, połczenia i wielu uytkowników modemów kablowych i DSL, niweluje t niedogodno. Rys. 2. Packet Tracer rodowisko symulacyjne Tryb symulacji (rys. 2) umoliwia szczegółowe badanie interakcji protokołu. Lista obsługiwanych protokołów jest imponujca. Packet Tracer umoliwia nie tylko obsług warstwy łcza danych Ethernet (CSMA/CD) i sieci bezprzewodowych (802.11), ale take rónego typu połczenia (VLAN, 802.1Q, trunking, VTP, DTP, STP, RSTP, TCP/IP HTTP, DHCP, Telnet, TFTP, DNS, TCP, UDP, IP, ICMP i ARP w tym IPv6), protokoły routingu (statyczny, domylny, RIPv1, RIPv2, EIGRP, OSPF (jedno-i wielokrotnego powierzchni) i routing midzy VLANami. Wiernie oddano działanie sieci WAN (Frame Relay, PPP, HDLC), a take komunikacj pomidzy wieloma uytkownikami (peer to peer, VPN, IDS, IPS, IPSec, CBAC, AAA, GRE, SNMP v1 i 2, pogldów parser, NTP, zapory ogniowe Syslog, Diffserv QOS).

5 Wykorzystanie Cisco Packet Tracer WYKORZYSTANIE CISCO PACKET TRACER DO OBSŁUGI VoIP Na prostym przykładzie (rys. 3) przedstawiono, jak łatwo mona zbudowa połczenie VoIP pomidzy dwoma telefonami IP w programie Packet Tracer. Rys. 3. Packet Tracer prosta topologia połczenia VoIP Pierwsz czynnoci jest ustawienie podstawowych parametrów RouterA (router serii 2811) polegajce na skonfigurowaniu interfejsu ethernetowego FastEthernet0/0 poprzez nadanie adresu IP i maski oraz uruchomienie go (listing 1) i zdefiniowanie usługi serwera DHCP (listing 2) Listing 1. Konfiguracja podstawowych parametrów interfejsu usługi FastEthernet0/0 RouterA>enable RouterA#configure terminal RouterA(config)#interface FastEthernet0/0 RouterA(config-if)#ip address RouterA(config-if)#no shutdown Serwer DHCP skonfigurowany na routerze RouterA ma nie tylko przydziela pul adresów (o nazwie VOICE) z zakresu adresów IP od do oraz okrela domyln bram na interfejsie FastEthernet0/0 ( ) routera, ale take, co wane, ma za zadanie nada obowizkowe parametry połczenia VoIP (listing 2).

6 410 A. Siersze, Ł. Sturgulewski Listing 3. Konfiguracja usługi Call Manager Express RouterA(config)#ip dhcp pool VOICE RouterA(dhcp-config)#network RouterA(dhcp-config)#default-router RouterA(dhcp-config)#option 150 ip Kolejnym krokiem jest skonfigurowanie Call Manager Express bdcego zarzdc połcze VoIP w sieci. Z reguły jest to osobny dedykowany serwer (Cisco Unified Communications Manage). Call Manager Express jest uproszczon wersj do konfiguracji na routerach wyposaonych w odpowiedni IOS system operacyjny routera CISCO (listing 3). Listing 3. Konfiguracja usługi Call Manager Express RouterA(config)#telephony-service RouterA(config-telephony)#max-dn 5 RouterA(config-telephony)#max-ephones 5 RouterA(config-telephony)#ip source-address port 2000 RouterA(config-telephony)#auto assign 4 to 6 RouterA(config-telephony)#auto assign 1 to 5 Kolejnym krokiem jest skonfigurowanie przełcznika SwitchA (24 portowy przełcznik serii 2960). Konfiguracja ma oddzieli ruch przesyłania danych głosowych (voice vlan 1) od pozostałych danych (listing 4). Listing 4. Konfiguracja przełcznika SwitchA SwitchA(config)#interface range fa0/1 5 SwitchA(config-if-range)#switchport mode access SwitchA(config-if-range)#switchport voice vlan 1 W tym momencie mamy skonfigurowane i działajce rodowisko VoIP w prezentowanej sieci. W celu zademonstrowania połczenia trzeba skonfigurowa numery urzdze telefonów IP poprzez nadanie im numerów (analogicznie jak w tradycyjnej telefonii) (listing 5). Listing 5. Przypisanie numerów telefonów RouterA(config)#ephone-dn 1 RouterA(config-ephone-dn)#number RouterA(config-ephone-dn)#exit RouterA(config)#ephone-dn 2 RouterA(config-ephone-dn)#number 54002

7 Wykorzystanie Cisco Packet Tracer Rys. 4. Panel telefonu IP symulowany w Packet Tracer Na rysunku przedstawiajcym symulowany telefon IP (rys. 4) wida przypisany numer telefonu. Teraz mona za pomoc klawiatury telefonu wybra numer drugiego aparatu i rozpocz rozmow. 5. PODSUMOWANIE Packet Tracer to znakomity przykład, e dobrze zbudowany symulator bd emulator urzdze sieciowych moe wspomóc proces nauki i nauczania o sieciach komputerowych. Prezentowany przypadek jest najprostsz topologi sieciow, w której mona zastosowa technologie VoIP. Przykład ten moe by znacznie uatrakcyjniony poprzez dodanie nowych urzdze (od urzdze typu PDA, tabletów PC, a po bramki głosowe i telewizj), sposobów komunikacji bezprzewodowej (Wi-Fi) i przewodowej (ADSL i inne technologie WAN), a nawet rozwiza programistycznych (CISCO IP Communicator) instalowanych na wirtualnych urzdzeniach.

8 412 REFERENCES A. Siersze, Ł. Sturgulewski [1] Cisco Networking Academy [2] Wallingford T.: VoIP Praktyczny przewodnik po telefonii internetowej, Wydawnictwo Helion, Gliwice, 2007 (1). Stypendyci projektu Innowacyjna dydaktyka bez ogranicze zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej zarzdzanie uczelni, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacnianie zdolnoci do zatrudniania, take osób niepełnosprawnych współfinansowany przez Uni Europejsk w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. USE OF CISCO PACKET TRACER ENVIRONMENT FOR VOICE TRANSMISSION IN COMPUTER NETWORKS Summary The article presents the use of the Cisco Packet Tracer environment in learning how to operate technologies of voice connection in computer networks. The specializes devices used in the network infrastructure for voice connections are still expensive and inaccessible. The necessity of work in specialized and expensive laboratories makes it difficult for students to deepen their knowledge conduct their own tests. The mentioned environment is a solution to this problem and, therefore, it is recognized more and more frequently. Politechnika Łódzka Katedra Informatyki Stosowanej