Стенд предназначен для проведения лабораторно-практических работ для студентов высших, средних и профессионально-технических учебных заведений с целью изучения сети Ethernet, анализа сетевого трафика, работы с пакетами любого протокола из стека TCP/IP и Ethernet. Выполняя лабораторно-практические работы, студент получает знания о сети Ethernet, конфигурирует контроллер Ethernet, настраивает и конфигурирует локальные сети, осуществляет работу с UDP-сервером/клиентом, TCP-клиентом, знакомится с DHCP и широковещательными сообщениями, а также изучает HTTP и CGI. В завершении для закрепления полученных знаний студент выполняет лабораторно-практические работы по подключению микроконтроллера к локальной сети и производит тестирование производительности и описание API стека, также выполняется работа по реализации WEB-сервера на микроконтроллере.

Общий вид стенда.

Функциональность стенда и его структура.

Стенд предоставляет следующую функциональность:

  • анализ сетевого трафика;
  • генерирование пакета любого протокола из стека TCP/IP и Ethernet на уровне задания значения каждого из полей пакета;
  • конфигурирование себя на выполнение функций одного из устройств: пассивный концентратор, коммутатор 2-го уровня или статический маршрутизатор;
  • возможность «прошивки» любого готового сетевого стека (начиная с Сетевого уровня) поверх Канального уровня Ethernet, либо написание собственного.

Основой стенда является микросхема контроллера Физического и Канального уровня сетей Ethernet. В ней «защит» весь функционал протокола IEEE 802.3 (10 Мбит/c). Микросхема является «чёрным ящиком», то есть невозможно просматривать, анализировать и влиять на операции, производящиеся внутри неё. На вход микросхемы от Сетевого уровня поступает пакет, на выходе получаем кадр Физического уровня. Но управление микросхемой производится микроконтроллером STM32, в который «зашиваются» вышележащие уровни сетевого стека. Таким образом, задачи обучаемого можно разделить на две группы:

  • написание собственного стека сетевых протоколов, начиная с Сетевого уровня (или изучение существующего, по умолчанию прошитого стека TCP/IP) в микроконтроллере STM32;
  • управление микросхемой контроллера Ethernet для решения задач приёма, передачи и анализа трафика сети.

Низкоуровневый контроллер Ethernet
Состав и характеристики модуля:

  • Микроконтроллер STM32F100 (1 шт.)
  • Отладчик-программатор ST-Link (1 шт.)
  • Преобразователь-контроллер Физического и Канального уровней сетей Ethernet (1 шт.)
  • Блок светодиодов различного цвета свечения (1 шт.)
  • Цифробуквенный дисплей (1 шт.)
  • Ethernet-порт (RJ-45) для подключения системы к локальной сети ( 1шт.)
  • Ethernet сниффер (1 шт.)

Состав

Базовая комплектация:

  1. Модуль сети Ethernet (1 шт.)
  2. Комплект соединительных приборных проводов (1 шт.)
  3. Комплект учебно-методических пособий (2 шт.)
  4. Программное обеспечение (1 компакт-диск).
Название комплектации Состав
Ethernet-2U Содержит базовую комплектацию, вариант в корпусе 19’’ для монтажа в стойку (рисунок 2)
Ethernet-ММ Содержит базовую комплектацию, минимодульный настольный вариант (рисунок 3 и 4)
Ethernet-2U-К
Ethernet-ММ-К
Дополнительно к базовой комплектации Ethernet-2U или Ethernet-ММ содержит комплект персонального компьютера (системный блок, монитор, клавиатура и мышь)
Ethernet-2U-НОУТ
Ethernet-ММ-НОУТ
Дополнительно к базовой комплектации Ethernet-2U или Ethernet-ММ содержит ноутбук (рисунок 5)

Виды исполнения стенда

Стенд может быть выполнен в двух видах:

  1. Вариант в корпусе 19’’ для монтажа в стойку.
  2. Настольном минимодульное исполнении.

По функционалу данные исполнения ничем не отличаются.

Исполнение для монтажа в сетевую стойку.
Минимодульное исполнение.
Подключенный стенд минимодульного исполнения.

Учебно-методическая часть

Специально для стенда разработан комплект учебно-методических пособий, которые помогут изучить сеть Ethernet и ознакомиться с анализом сетевого трафика, как в теории, так и на практике, а также помогут с легкостью разобраться в работе стенда. Комплект учебно-методических пособий состоит из трёх руководств: теоретическое, управление стендом и лабораторный практикум. В теоретическом руководстве подробно рассматривается работа с Ethernet контроллером и его архитектура, Рассматриваются UDP-клиент/сервер, TCP- клиент, HTTP и CGI , широковещательные сообщения с DHCP, а также подключение микроконтроллера через контроллер Ethernet к локальной сети. Также теоретическое пособие содержит главу по программированию микроконтроллеров (МК), в которой изложена вся необходимая информация для работы с МК. Руководство по управлению описывает принципы работы с каждым узлом стенда и как применить полученные знания в теории на реальном оборудовании. В конечном итоге в рамках лабораторного практикума закрепляются знания, полученные от теоретического материала, – студенты настраивают конкретную технологию, изучают сетевой протокол, либо выполняют комплексную работу по построению сети, реализующую на своей базе несколько технологий и протоколов.

 

Лабораторный практикум

  1. Конфигурация и базовые настройки микроконтроллера и контроллера Ethernet.
  2. Подключение к локальной сети: UDP-сервер.
  3. Подключение к локальной сети: UDP-клиент.
  4. Широковещательные сообщения и DHCP.
  5. Подключение к локальной сети: TCP-клиент.
  6. Подключение к локальной сети: HTTP и CGI.
  7. Подключение микроконтроллера к локальной сети: тесты производительности и краткое описание API стека.
  8. Веб-сервер на микроконтроллере.

Характеристики модулей

В исполнении 2U

Напряжение электропитания, В 220 ± 10%
Потребляемая мощность 20 Ватт
Диапазон рабочих температур, ºС, Гц-C +10 … +40
Габаритные размеры, ШхВхГ, мм 500х100х300

В минимодульном исполнении

Напряжение электропитания, В 5
Максимальное потребление тока, мА 500
Диапазон рабочих температур, ºС, Гц-C +10 … +40
Габаритные размеры, ШхВхГ, мм 180х60х135

Количество рабочих мест: 1