实验三：端口镜像与生成树.docx

- PAGE 1 - 计 算 机 网 络 实 验 实 验 指 导 书 实验名称 端口镜像与生成树 实验目的 1．掌握如何观察和配置主机、交换机 2．观察交换机的生成树算法 3．配置端口镜像 4．观察点到点的以太网帧流量 实验背景 在上一实验中讨论了某些基本思想后，现在更集中地讨论一些特殊的交换技术。传统的以太网最多2500m的覆盖范围，并且最多容纳1024台主机。想要扩展网络，可以在想要互联的以太网之间放一个中继器，但当超出以太网的物理限制时，这并不是一个有效的解决方法。另一个办法是在两个以太网之间放一个节点，由节点来转发从一个以太网到另一个以太网的帧。此节点处于混杂模式，接收从任意以太网传来的所有帧，并将它们转发到另一个以太网。我们所描述的节点通常称为网桥（bridge），有时通称为以太网交换机，由一个或多个网桥连接的LAN集合通常称为扩展局域网（extended LAN）。 图2-1 带环的扩展局域网 如果扩展局域网内没有产生环，那么使用网桥的策略是很好的。环的产生可能造成帧永远在扩展局域网中循环这种可怕的故障。从上图的例子中容易看出这种情况，例如，网桥B1、B4、B6形成一个环。假设一个分组从以太网J进入网桥B4且其目的地并没有存在于任何一个网桥地址转发表内：B4发送一个分组拷贝到H和I。这时网桥B6转发该分组到能被B1看到的以太网G，然后转发该分组回到以太网H。B4的地址表中仍然没有目标地址，所以转发这个包到以太网I和J。没有办法能阻止双向连接的B1、B4和B6之间无休止的循环。 环的产生要求网桥必须能正确处理环。让网桥运行分布式生成树（spanning-tree）算法可以解决这个问题。如果将扩展局域网看作有环图，那么生成树是覆盖此图所有顶点的无环子图。就是说生成树保留原图的所有顶点，却丢弃一些边。例如下图中（a）是一个有环图，（b）是可能的多个生成树中的一个。 图2-2 示例图 实验原理 生成树（spanning-tree）原理 生成树（spanning-tree）协议的作用是在交换网络中提供冗余备份链路，并且解决交 换网络中的环路问题。生成树协议是利用SPA算法（生成树算法），在存在交换环路的网络中生成一个没有环路的树形网络。运用该算法将交换网路冗余的备份链路逻辑上断开，当主要链路出现故障时，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。生成树协议目前常见的版本有STP（生成树协议IEEE 802.1d） 、RSTP（快速生成树协议IEEE 802.1w）、MSTP（多生成树协议IEEE 802.1s）。生成树协议（STP）的特点是收敛时间长，当主要链路出现故障以后，到切换到备份链路需要50 秒的时间。快速生成树协议（RSTP）在生成树协议的基础上增加了两种端口角色：替换端口（alternate Port）和备份端口（backup Port），分别作为根端口（root Port）和指定端口（designated Port）的冗余端口。当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口不需要经过50秒的收敛时间，可以直接切换到替换端口或备份端口，从而实现RSTP 协议小于1秒的快速收敛。 生成树（spanning-tree）算法 观察图2-1给出的扩展局域网，完全可以根据生成树的算法得到图3-1的生成树。因为扩展局域网中的网桥无法看到整个网络的拓扑结构，更不用说窥视其他网桥内部的标识符了。因此，网桥必须彼此间交换配置消息。然后根据这些消息确定它们是根网桥或指派网桥。配置消息包含以下三条信息： 发送消息的网桥的标识符。 发送认定的根网桥的标识符。 从发送网桥到根网桥的按跳数度量的距离。 每个网桥记下在它的每个端口上看到的当前最优配置消息，包括从其他网桥接收的和它自己发送的消息。 图3-1 某些端口不被选择的生成树 最初，每个网桥认为自己是根，并从每个端口发出配置消息，标识自己是根并给出到根的距离为0。网桥在某个端口接收到配置消息后，就检查这个新消息是否优于该端口记录的配置消息。如果满足以下条件，则认为新配置消息优于当前记录消息。 标识一个具有更小标识符的根 标识一个带有相同标识符但具有更短距离的根。 根标识符和距离都相等，但发送这条消息的网桥具有更小的标识符。 如果新消息优于当前记录的消息，网桥则丢弃旧消息并保存新消息。然而，它首先将到根的距离字段加1，因为这个网桥到根的距离比发送消息的网桥到根的距离远一跳。 当一个网桥接收到说明自身不是根网桥的配置消息时（即收到来自一个有更小标识符的网桥的消息），网桥终止生成自己的配置消息，而是先对来自其他网桥的配置消息中的距离字段加1，然后转发。类似地，当一个网桥接收到说明自身不是某端口的指派网桥的配置消息时（即配置消息来自与根的距离更近或等于自己与根的距离但具有更小