МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра вычислительной техники
Отчет по лабораторной работе №4
по дисциплине «Сети ЭВМ»
Студент гр. |
|
Преподаватель |
Белова Е. |
Тема: Устранение петель в топологии локальной сети с использованием протокола STP
Цель работы.
Целью работы является изучение методов предотвращения появления петель в топологии сети, формирование практических навыков работы с программным продуктом Cisco Packet Tracer путем проектирования отказоустойчивой локальной сети с использованием протоколов STP и RSTP.
Основные теоретические положения
Проблема: прерывание связи между узлами из-за отказа маршрута в локальной сети.
Действия для решения проблемы:
построение сети с альтернативными маршрутами;
нахождение связной древовидной топологии;
блокирование всех портов, которые не входят в найденную топологию.
Варианты обеспечения отказоустойчивости:
Ручной режим, который предполагает трату значительного количества времени на обнаружение отказа и его локализации, определение нового работоспособного варианта топологии сети и его конфигурации.
Автоматический режим, который работает гораздо быстрее и использует алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) и реализующего его протокола покрывающего дерева (Spanning Tree Protocol, STP).
Протокол STP (Spanning Tree Protocol) – это протокол, позволяющий использовать в сети с избыточными соединениями только один логический путь и блокирующий избыточные пути, которые могут привести к образованию петель.
STP использует алгоритм покрывающего дерева (STA, Spanning Tree Algorithm). Результатом работы алгоритма STA является граф в виде дерева, вершинами которого являются коммутаторы и сегменты сети.
Сегмент сети – это связная часть сети, не содержащая коммутаторов и маршрутизаторов (может включать концентраторы).
Процесс вычисления связующего дерева начинается с выбора корневого моста, от которого будет строиться дерево. В качестве корня дерева выбирается коммутатор с наименьшим значением идентификатора моста.
Изначально каждый коммутатор считает себя корневым мостом. Он генерирует и передает соседним коммутаторам сообщение Hello, в котором помещает свой идентификатор в качестве идентификатора корневого моста.
Каждый из соседних коммутаторов сравнивает идентификатор из полученного сообщения со своим идентификатором. Сначала сопоставляются значения приоритетов. Коммутатор с наименьшим значением приоритета становится корневым мостом. Если значения приоритетов одинаковы (по умолчанию приоритет равен 32768), то корневой мост определяется по наименьшему МАС-адресу.
Когда корневой мост выбран, оставшиеся коммутаторы определяют стоимость каждого возможного пути от себя до корня дерева.
Стоимость пути рассчитывается как суммарное условное время на передачу данных от порта данного коммутатора до порта корневого моста.
Условное время сегмента рассчитывается как время передачи одного бита информации через канал с определенной полосой пропускания.
Сравнив стоимости всех возможных маршрутов до корня, каждый коммутатор выбирает среди них один с наименьшим значением стоимости. Порт, соединяющий коммутатор с этим маршрутом, становится корневым портом.
Назначенный порт – это порт, который принимает кадры от сегмента и передает их в направлении корневого моста через корневой порт данного коммутатора.
Каждый сегмент в коммутируемой сети имеет только один назначенный порт.
Назначенный мост – это коммутатор, содержащий назначенный порт для конкретного сегмента.
Все порты корневого моста являются назначенными, т.е. принимают и отправляют данные. Их расстояние до корня полагается равным нулю. Корневого порта у корневого моста нет.
При определении назначенного порта сегмента каждый коммутатор исключает из рассмотрения свой корневой порт. Для каждого из оставшихся портов выполняется сравнение значений стоимости пути всех маршрутов от данного сегмента до корневого моста. Назначенным портом сегмента становится порт, имеющий наименьшее значение стоимости, среди всех портов, подключенных к данному сегменту.
Если минимальные значения стоимости пути окажутся одинаковыми у двух или нескольких портов, то выбирается порт на том коммутаторе, у которого наименьший идентификатор. Если идентификаторы одинаковые, то выбирается порт с наименьшим номером.
После выбора назначенных портов все остальные порты коммутаторов сети блокируются.
Вычисление связующего дерева происходит при включении коммутатора и при изменении топологии.
Протокольная единица данных моста (Bridge Protocol Data Unit, BPDU) – это специальный пакет, которым периодически обмениваются коммутаторы для автоматического определения текущей конфигурации связующего дерева.
Команда, позволяющая узнать статус коммутатора и статусы его портов:
Switch# show spanning-tree
Отключение порта коммутатора Switch2
Switch# conf t
Switch(config)# interface fa0/1
Switch(config-if)# shutdown
Просмотр изменений статуса порта на коммутаторе Switch0
Switch# show spanning-tree (повторять примерно через каждые 3 секунды).
Настройка протокола RSTP (выполняется на всех коммутаторах):
Switch(config)#spanning-tree mode rapid-pvst
Экспериментальные результаты
Задание 1
Вариант 6: количество коммутаторов: 5, кол-во компьютеров в каждой сети: 1+1+2+3+5, диапазон IP-адресов: 192.168.1.62 до 192.168.1.73
Скриншот:
Рисунок 1. Построенная сеть
Режим симуляции:
Рисунок 2. Режим симуляции
Корневым коммутатором является Switch1, так как в режиме симуляции он первый передает всем пакеты.
Результат команды show spanning-tree для 1 коммутатора:
Рисунок 3. Результат выполнения команды
Использование команды ping:
Рисунок 4. Результат использования команды ping
Передача пакета (компьютер получает пакет и возвращает его обратно):
Рисунок 5. Режим симуляции
После отключения порта и ввода команды show spanning-tree порт LRN через некоторое время стал FWD:
Рисунок 6. Смена режима порта
То же самое:
Рисунок 7. Результат использования команды ping
В этом случае пакеты передаются не так, как в предыдущий раз:
Рисунок 8. Режим симуляции
Результат изменения маршрута после включения порта (должна была быть задержка):
Рисунок 9. Результат множественного вызова функции ping
Команда spanning-tree mode rapid-pvst была введена на всех коммутаторах:
Рисунок 10. Пример ввода команды для 1ого коммутатора
Как результат линии между коммутаторами по загорались красным, то возвращались в зеленый
После введения команды на всех портах задержка увеличилась до 17 мс
Рисунок 11. Результат выполнения команды ping
Таким образом, была протестирована отказоустойчивость локальной сети
Выводы
В ходе выполнения лабораторной работы были изучены методы предотвращения появления петель в топологии сети, были сформированы практические навыки работы с программным продуктом Cisco Packet Tracer путем проектирования отказоустойчивой локальной сети с использованием протоколов STP и RSTP
При настройке резервного порта статус ранее заблокированного порта меняется с LRN на FWD
При STP время задержки измерялось 3 мс, при RSTP – до 17 мс.
Санкт-Петербург
2022