生成树协议的研究与实现课程设计.docx

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生成树协议的研究与实现课程设计

网络实训任务书

1设计内容与设计要求

1.1设计内容

1.1.1生成树协议的研究与实现

建立基于STP协议的局域网，对STP、RSTP协议的工作原理进行研究，设计内容如下：

（1）掌握生成树协议的工作原理

（2）掌握FWS和NET的配置、调试方法

（3）掌握STP、RSTP协议的的工作过程

（4）掌握交换机链路聚合的方法

（5）建立基于STP协议的模拟网络

（6）DHCP服务器的搭建

（7）设计实施与测试方案

1.2设计要求

1.2.1网络实训报告规范

（1）实训报告内容

需求分析：

从功能需求，性能需求，运行环境需求，可靠性需求，安全需求等方面进行分析。

网络规划

包括网络结构分析，网络架构设计，网络设备选用，IP地址规划，安全规划，网络拓扑图等。

网络实施

包括配置的思路，设计的原理及应用，具体的网络配置命令等。

调试分析

包括测试目标，测试数据，测试过程，测试结果等。

心得体会

参考文献

评分表

附件

包括所有的配置命令

（2）书写格式

课程设计报告装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。

正文的格式:

一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,三级标题用小四号宋体加粗，正文用小四号宋体;行距为22。

正文总字数要求在5000字以上（不含配置命令）。

1.2.2考核方式

指导老师负责验收程序的运行结果，并结合学生的工作态度、实际动手能力、创新精神和设计报告等进行综合考评，并按优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级给出每位同学的课程设计成绩。

具体考核标准包含以下几个部分：

（1）平时出勤（占10%）

（2）原理阐述，拓扑结构，交换设备配置合理与否（占10%）

（3）实验结果是否正确（占40%）

（4）设计报告（占30%）

注意：

不得抄袭他人的报告（或给他人抄袭），一旦发现，成绩为零分。

（5）独立完成情况（占10%）。

1.2.3课程验收要求

（1）运行所设计的系统。

（2）回答有关问题。

（3）提交课程设计报告。

2进度安排

第18周：

星期一8：

00——12：

00上机

第18周：

星期四14：

00——18：

00上机

第19周：

星期一8：

00——12：

00上机

网络实训报告

1需求分析

1.1项目背景

在实际的网络环境中，物理环路可以提高网络的可靠性，当一条物理线路断掉的时候，另外一条线路仍然可以传输数据。

但是，在交换的网络中，当交换机接收到一个目的地址未知的数据帧时，交换机会将这个数据帧广播出去，这样，在存在物理环路的交换网络中，就会产生双向的广播环，甚至产生广播风暴，导致交换机资源耗尽而宕机。

这样就产生了一个矛盾，需要物理环路来提高网络的可靠性，而环路又有可能产生广播风暴，怎样才能两全其美呢？

STP（SpanningTreeProtocol，生成树协议），就是用来解决这个矛盾的。

STP协议在逻辑上断开网络的环路，防止广播风暴产生，而一旦正在使用的线路出现故障，被逻辑上断开的线路又会恢复畅通，继续传输数据。

基于STP有这样的作用，我们选择了生成树这个课题，并且为了能使网络中的PC机能动态获得IP地址，我们在网络规划时加入了DHCP服务器。

1.2网络需求分析

为实现实验目的，我们需要搭建一台DHCP服务器，为了在实验中使用生成树，在网络规划中就要构建环路，这样我们用到两台博科的三层交换机、两台两层交换机以及两台PC机，其中两台三层交换机和两台二层交换机分别构成两个环路，为了增加系统的可靠性，扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性，在网络规划中我们采用了链路聚合，同时为了使不同的Vlan之间能够相互通讯，我们使用了三层交换机的路由功能，同时在网络规划中搭建了DHCP服务器，这使得两台PC机能够动态获取IP地址。

2网络规划

2.1拓扑图

首先划分vlan，图中将DHCP划分给vlan10，sw1划分给vlan20，sw2划分给vlan30，router1、router2即属于vlan20又属于vlan30，，pc1属于vlan20，pc2属于vlan30；其次给各个vlan划分网段，给vlan10划分的网段为10.1.10.0/24,vlan20划分的网段为10.1.20.0/24，给vlan30划分的网段为10.1.30.0/24。

其中router1的1、2号端口与router2的1、2号端口进行链路聚合。

图2.1拓扑图

2.2地址划分

表2.1地址划分表

设备

所属Vlan

所属网段

ip地址

Router1

vlan20、vlan30

10.1.20.0/2410.1.30.0/24

10.1.20.1/2410.1.30.1/24

Router2

vlan20、vlan30

10.1.20.0/2410.1.30.0/24

10.1.20.2/2410.1.30.2/24

Sw1

vlan20

10.1.20.0/24

无

Sw2

vlan30

10.1.30.0/24

无

Pc1

vlan20

10.1.20.0/24

10.1.20.254

Pc2

vlan30

10.1.30.0/24

10.1.30.254

DHCP

vlan10

10.1.10.0/24

10.1.10.254

3网络实施

3.1三层交换机配置

首先使用lagstatic命令进行链路聚合，输入所要聚合的端口、设置主端口，启用链路聚合

router1（config）#lagsbstatic

router1（config-lag-sb）#portseth1/1eth1/2

router1（config-lag-sb）#primary-port1/1

router1（config-lag-sb）#deploy

然后进入各个vlan对其中的端口进行设置（tagged、untagged），并用router-interfaceve命令在router的每个vlan中配置一个虚拟端口，之后进入虚拟端口并给其分配ip地址，供router中的路由功能使用

router1（config）#vlan20

router1（config-vlan-20）#taggedeth1/1

router1（config-vlan-20）#router-interfaceve20

router1（config-vlan-20）#intve20

router1（config-vif-20）#ipadd10.1.20.1/24

使用iphelper-address命令给pc机指出DHCP服务器的ip地址；最后启用生成树并打开端口

router1（config-vif-20）#iphelper-address10.1.10.254

图3.1链路聚合图

802.1w由802.1d发展而成，这种协议在网络结构发生变化时，能更快的收敛网络。

它比802.1d多了两种端口类型：

预备端口类型（alternateport）和备份端口类型。

STP（SpanningTreeProtocol）是生成树协议的英文缩写。

该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。

STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。

配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。

以下为router1中生成树的配置图：

router1（config）#vlan20

router1（config-vlan-20）#spanning-tree802

router1（config-vlan-20）#spanning-tree802eth1/1admin-pt2pt-mac

router1（config）#inteth1/1

router1（config-if-e1000-1/1）#enable

图3.2Router2生成树图

router2（config）#lagsbstatic

router2（config-lag-sb）#portseth1/1eth1/2

router2（config-lag-sb）#primary-port1/1

router2（config-lag-sb）#deploy

router2（config-vlan-30）#taggedeth1/1

router2（config-vlan-30）#untaggedeth1/3

router2（config-vlan-30）#router-interfaceve30

router2（config-vlan-30）#intve30

router2（config-vif-30）#ipadd10.1.30.2255.255.255.0

router2（config-vif-30）#iphelper-address10.1.10.254

router2（config-vif-30）#exit

生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。

STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。

以下为router2中STP的配置协议：

router2（config-vlan-30）#spanning-tree802

router2（config-vlan-30）#spanning-tree802eth1/1admin-pt2pt-mac

router2（config-vlan-30）#spanning-tree802eth1/3admin-pt2pt-mac

router2（config-vlan-30）#spanning-tree802eth1/4admin-pt2pt-mac

router2（config-vlan-30）#inteth1/1

router2（config-if-e1000-1/1）#enable

图3.3Router2中生成树图

3.2二层交换机的配置

进入所属Vlan，对交换机的各个端口进行配置（tagged、untagged）,然后对交换机的各个端口进行生成树的配置，最后启用这些端口。

Tag为IEEE802.1Q协议定义的VLAN的标记在数据帧中的标示；ACCESS端口，TRUNK端口是厂家对某一种端口的叫法，并非IEEE802.1Q协议的标准定义。

tagged就是端口要的是带tag的数据（Trunk），untagged就是端口要的是不带tag的数据（acess）。

sw1（config）#vlan20

sw1（config-vlan-20）#untaggedeth0/1/3eth0/1/4eth0/1/10

sw1（config-vlan-20）#

sw1（config-vlan-20）#spanning-tree802

sw1（config-vlan-20）#spanning-tree802eth0/1/3admin-pt2pt-mac

图3.4Sw1中生成树的配置图

sw2（config）#vlan30

sw2（config-vlan-30）#untag

sw2（config-vlan-30）#untaggedeth0/1/3eth0/1/4eth0/1/10

sw2（config-vlan-30）#

sw2（config-vlan-30）#spanning-tree802

sw2（config-vlan-30）#spanning-tree802eth0/1/3admin-pt2pt-mac

图3.5Sw2中生成树的配置图

3.3DHCP服务器的搭建

1）在管理工具中找到DHCP，打开控制台，新建一个作用域输入名称：

DHCP描述信息：

执行“下一步”

图3.6作用域名图

2）“IP地址范围”向导页，提供作用域起始IP。

起始IP地址：

10.1.20.1结束

10.1.20.254执行“下一步”。

图3.7IP地址范围图

3）“配置DHCP选项”向导页，保持选“是，我想现在配置这些项”“路由器（默认网关）”向导页，IP地址：

10.1.20.1点击添加执行“下一步”。

图3.8默认网关图

4）“WINS服务器”向导页，服务器名：

DHCPIP地址：

10.1.10.254点击添加执行“下一步”。

图3.9服务器地址图

5）“激活作用域”向导页中选中“是，我想现在激活此作用域”执行“下一步”，完成配置

图3.10激活作用域图

6）最后查看所配置的作用域，发现DHCP正常工作

图3.11作用域结果图

3.4生成树的配置

生成树算法的网桥协议STP（SpanningTreeProtocol）它通过生成生成树保证一个已知的网桥在网络拓扑中沿一个环动态工作。

网桥与其他网桥交换BPDU消息来监测环路，然后关闭选择的网桥接口取消环路，统指IEEE802·1生成树协议标准和早期的数字设备合作生成树协议，该协议是基于后者产生的。

IEEE版本的生成树协议支持网桥区域，它允许网桥在一个扩展本地网中建设自由环形拓扑结构。

IEEE版本的生成树协议通常为在数字版本之上的首选版本。

这里先使用spanning-tree802命令启用生成树协议，再使用spanning-tree802portadmin-pt2pt-mac命令实现快速生成树，具体配置和截图如下：

图3.12生成树图

使用enable命令启用端口

图3.13打开端口图

3.5链路聚合

链路聚合是将两个或更多数据信道结合成一个单个的信道,该信道以一个单个的更高带宽的逻辑链路出现。

链路聚合一般用来连接一个或多个带宽需求大的设备，如果聚合的每个链路都遵循不同的物理路径,则聚合链路也提供冗余和容错。

通过聚合调制解调器链路或者数字线路,链路聚合可用于改善对公共网络的访问。

链路聚合也可用于企业网络,以便在吉比特以太网交换机之间构建多吉比特的主干链路。

使用lagstatic命令实现端口的链路聚合，并指定主端口，用deploy命令启用链路聚合，以下是链路聚合的配置图：

图3.14链路聚合图

4网络测试

4.1实验目的

（1）测试生成树能否起到防止广播风暴的作用

（2）根据所断开的端口以及show命令确定根交换机

（3）通过tracert命令判断两台pc机通讯所经过的路径

（4）测试pc机能否自动获取ip地址

（5）测试链路聚合是否起到冗余的作用

（6）测试三层交换机是否具有路由功能

4.2测试分析

没有开启生成树协议时，两台三层交换机分别与两台二层交换机构成的环路引起了广播风暴，致使资源被耗尽，导致两台pc机之间不能相互ping通

图4.1pc1pingpc2图

图4.2-图4.4是vlan20中所有设备端口的运行情况，router1是根交换机，其中2号端口断开

图4.2Vlan20中router1的各个端口的运行情况

Sw1中3号端口是根端口，4、10号端口断开

图4.3Vlan20中sw1的各个端口的运行情况

Router2中1号端口为根端口，所有端口均运行

图4.4Vlan20中router2的各个端口的运行情况

不同vlan之间相互ping，判断三层交换机是否有路由的功能

图4.5vlan20ping通vlan30图

pc机pingDHCP服务器，判断pc机是否能够动态获取ip地址

图4.6pc机动态获取ip地址

通过tracert命令可以看出从pc2到pc1经过的路径为：

pc2-->sw2-->router2-->sw1-->pc1

图4.7pc机通信经过的路径

4.3预期结果

（1）生成树协议能防止广播风暴

（2）Pc机能自动取ip地址

（3）链路聚合起到了冗余的作用

（4）三层交换机具有路由功能

4.4测试结果

从图中看出，1、2号端口聚合，主端口为1号端口

图4.8链路聚合

聚合端口中的2号端口在逻辑上断开，防止内部产生环路，说明链路聚合起到了冗余的作用

图4.9冗余作用图

开启生成树协议后，两台交换机之间可以相互ping通，证明了生成树协议能够防止广播风暴，从而防止了系统资源被耗尽导致的信息阻塞

图4.10生成树作用图

不同vlan之间相互ping通，证明三层交换机有路由的功能

图4.11路由功能图

pc机能够ping通DHCP服务器，证明pc机能够动态获取ip地址

图4.12动态获取ip地址

5心得体会

通过本次的课程设计，首先我对STP（SpanningTreeProtocol，生成树协议）原理知识有了进一步的理解。

也更多的了解到关于交换机链路聚合，三层交换机路由功能的实现以及通过DHCP动态获取ip地址的方法。

同时也更加熟悉博科交换机的一些常用设置，也更加了解了实验中经常用到的超级终端的命令使用以及此次课程设计中ip地址的分配，vlan的划分等知识。

此次课程设计可以说是对我们大三上班学期所学知识以及平时实践情况的一次综合检验，尤其对我们网络工程专业的同学是一次近乎实战的考验。

此次课程设计中从课题的选择、课题的需求分析、网络设计以及结果的分析和测试都是在自己思考的前提下，再进一步实施。

可以说这次近乎实站的课程设计，给了我们很多，也让我们学到了很多。

我们除了提高实际操作水平之外，也有对课本知识有了加强和巩固。

平时我们只注重课本上的知识，少了亲身实践的经验，使得我们没有好好的运用网络中心的设备，也没有很好的理解各种设备的功能。

所以在这次课程设计中，对我们自身而言，我感觉对相关知识的认识又加深了不少。

当然在课设的过程中也碰到了很多的问题，在老师和同学的耐心帮助下也都得到了解决。

此次课程设计除了对我们专业技能的考验，也告诉我们平时需要具备独立思考解决问题的能力，也要有随机错误及时处理的能力、团队协作能力以及对常用办公软件的使用能力。

由于此次课程设计老师让我们几个人一组，所以在此次课设的过程中我明白了独立思考问题的重要性以及团队合作的重要性。

这次课程设计我觉得应该感谢老师对我们的信任和一直以来的耐心指导，课设中也让我明白了同学之间相互帮助的重要性，使我能够在协助下完成此次课程设计，总之，此次课程设计让我学到了很多，整个过程都是在学习的过程中完成，这次课设让我受益匪浅。

6参考文献

[1]韩希义.计算机网络基础.第一版.北京：

高等教育出版社.2004.6

[2]徐敬东等.计算机网络.第一版.北京：

清华大学出版社.2002.7

[3]沈辉等.计算机网络工程与实训.第一版.北京：

清华大学出版社.2002.5

[4]刘化君.计算机网络原理与技术.第一版.北京：

电子工业出版社.2005.4

[5]谢希仁.计算机网络.第二版.北京：

电子工业出版社.1999.9

计算机与通信学院网络实训评分表

课程名称：

生成树的研究与实现

项目

评价

设计方案的合理性与创造性

设计与调试结果

设计说明书的质量

答辩陈述与回答问题情况

课程设计周表现情况

综合成绩

教师签名：

日期：

（注：

1．此页附在课程设计报告之后；2．综合成绩按优、良、中、及格和不及格五级评定。

）

8附录

8.1三层交换机NetIronCES配置文件

NetIronCES2048CX（config）#hostnamerouter1

router1（config）#lagsbstatic

router1（config-lag-sb）#portseth1/1eth1/2

router1（config-lag-sb）#primary-port1/1

router1（config-lag-sb）#deploy

router1（config-lag-sb）#exit

router1（config）#vlan10

router1（config-vlan-10）#untaggedeth1/10

router1（config-vlan-10）#router-interfaceve10

router1（config-vlan-10）#intve10

router1（config-vif-10）#ipadd10.1.10.1/24

router1（config-vlan-10）#vlan20

router1（config-vlan-20）#taggedeth1/1

router1（config-vlan-20）#untaggedeth1/3

router1（config-vlan-20）#router-interfaceve20

router1（config-vlan-20）#intve20

router1（config-vif-20）#ipadd10.1.20.1/24

router1（config-vif-20）#

router1（config-vif-20）#vlan30

router1（config-vlan-30）#untaggedeth1/4

router1（config-vlan-30）#taggedeth1/1

router1（config-vlan-30）#router-interfaceve30

router1（config-vlan-30）#intve30

router1（config-vif-30）#ipadd10.1.30.1/24

router1（config-vif-30）#iphelper-address10.1.10.254

router1（config-vif-20）#iphelper-address10.1.10.254

router1（config）#vlan20

router1（config-vlan-20）#spanning-tree802

router1（config-vlan-20）#spanning-tree802eth1/1admin-pt2pt-mac

router1（config-vlan-20）#spanning-tree802eth1/3admin-pt2pt-mac

router1（config-vlan-20）#spanning-tree802eth1/4admin-pt2pt-mac

router1（config-vlan-20）#vlan30

router1（config-vlan-30）#spanning-tree802

router1（config-vlan-30）#spanning-tree802eth1/1admi