[123doc] - btl-mang-may-tinh-bkhn-lap-trinh-mo-phong-hoat-dong-cua-giao-thuc-spanning-tree-cho-bridges

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ======o0o====== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN MẠNG MÁY TÍNH Đề Tài : Lập Trình Mơ Phỏng Hoạt Động Của Giao Thức Spanning Tree Cho Bridges Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Quang Vinh Sinh Viên 5/2019 MSSV LỜI NÓI ĐẦU Một mạng mạnh mẽ thiết kế khơng đem lại tính hiệu cho việc truyền gói frame, mà cịn phải xem xét làm để khôi phục hoạt động mạng cách nhanh chóng mạng xảy lỗi Trong môi trường lớp 3, giao thức định tuyến sử dụng đường dự phịng đến mạng đích để đường bị lỗi nhanh chóng tận dụng đường thứ Định tuyến lớp cho phép nhiều đường đến đích để trì tình trạng hoạt động mạng cho phép cân tải qua nhiều đường Trong môi trường lớp (switching bridging), không sử dụng giao thức định tuyến không cho phép đường dự phịng, thay bridge cung cấp việc truyền liệu mạng cổng switch Giao thức Spanning Tree cung cấp liên kết dự phòng để mạng chuyển mạch lớp khơi phục từ lỗi mà khơng cần có can thiệp kịp thời STP định nghĩa chuẩn IEEE 802.1D MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO I Tổng quan giao thức Spanning Tree 1.1 Spanning Tree phải sử dụng nó? 1.1.1 Vòng lặp broadcast 1.1.2 Việc sai lệch bảng bridge 1.2 Hai khái niệm STP .10 1.2.1 Bridge ID (BID) 10 1.2.2 Chi phí đường 11 1.3 Các bước định STP 13 1.4 Sự hội tụ STP ban đầu (Initial STP Convergence) .14 1.4.1 Bước 1: Quyết định bridge gốc (Root Bridge) .15 1.4.2 Bước 2: Chọn cổng gốc (Root Port) 17 1.4.3 Bước 3: Quyết định cổng định (Designated Port) 19 1.5 Các trạng thái STP 21 1.6 Bộ định thời gian STP 24 1.7 Hai loại BPDU .26 1.7.1 BPDU cấu hình .26 1.7.2 TCN BPDU (Topology Change Notification BPDU) 27 1.8 Quá trình thay đổi cấu trúc mạng 27 II Mô giao thức Spanning Tree cho Bridges 32 2.1 Hạn chế chương trình 32 2.2 Đánh giá phần mềm 32 2.3 Kết chương trình thực tế .33 III Kết luận 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO Hình 1.1 1: Bridging loop mạng Hình 1.1 2: Khơng có STP, broadcast tạo Feedback loop .7 Hình 1.1 3: Định dạng DIXv2 Ethernet frame Hình 1.1 4: Frame unicast gây Bridging Loop làm sai lệnh bảng bridge 10 Hình 1.2 1: Hai trường BID 11 Hình 1.4 1: Mơ hình mạng sử dụng STP 14 Hình 1.4 2: Chọn Bridge Root 15 Hình 1.4 3: Các thành phần BPDU .16 Hình 1.4 4: chọn Root Port 18 Hình 1.4 5: chọn Designated Port 19 Hình 1.5 1: trạng thái cổng hoạt động chuyển trạng thái 22 Hình 1.5 2: Sơ đồ mạng với cổng định danh 23 Hình 1.6 1: Lỗi xảy liên kết Root Bridge Root Port Cat-C .25 Hình 1.8 1: TCN BPDU dùng để cập nhật bảng Bridge nhanh .27 Hình 1.8 2: Trình tự bước trình thay đổi cấu trúc mạng 29 Hình 2.3 1: Hình minh họa mơ STP cho Bridges 33 Hình 2.3.2: So sánh BID để tìm Root Bridge ………………………………… 34 Hình 2.3.3: Hình mơ cổng bị shut down………………………….35 CÁC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO Bảng 1.2 1: Danh sách chi phí .12 Bảng 1.4 1: Các thành phần STP mạng có 15 switch 146 đoạn mạng .20 Bảng 1.5 1: Các trạng thái STP 21 Bảng 1.5 2: Các trạng thái STP ký hiệu cổng 23 Bảng 1.6 1: STP Timer 24 Bảng 1.7 1: Các trường BPDU cấu hình 26 Bảng 1.8 1: Giá trị bảng Bridge trước có thay đổi cấu trúc mạng 28 Bảng 1.8 2: Giá trị bảng Bridge sau thay đổi cấu trúc mạng 30 Bảng 1.8 3: Trường cờ BPDU cấu hình .31 I Tổng quan giao thức Spanning Tree 1.1 Spanning Tree phải sử dụng nó? Spanning Tree Protocol (STP) giao thức ngăn chặn lặp vòng, cho phép bridge truyền thơng với để phát vịng lặp vật lý mạng Sau giao thức định rõ thuật tốn mà bridge tạo cấu trúc mạng logic chứa vòng lặp (loop-free) Nói cách khác STP tạo cấu trúc free- loop gồm nhánh nối tồn mạng lớp Vịng lặp xảy mạng với nhiều nguyên nhân Hầu hết nguyên nhân thơng thường kết việc cố gắng tính tốn để cung cấp khả dự phịng, trường hợp này, liên kết switch bị hỏng, liên kết switch khác tiếp tục hoạt động, nhiên vịng lặp xảy lỗi Hình 1.1.1 biểu diễn mạng chuyển mạch với vòng lặp cố ý dùng để cung cấp khả dự phịng Hình 1.1 1: Bridging loop mạng Hai nguyên nhân gây lặp vòng tai hại mạng chuyển mạch broadcast sai lệch bảng bridge 1.1.1 Vòng lặp broadcast Vòng lặp broadcast vòng lặp lớp kết hợp nguy hiểm Hình 1.1.2 biểu diễn broadcast tạo vịng lặp phản hồi (Feedback loop) Hình 1.1 2: Khơng có STP, broadcast tạo Feedback loop Giả sử rằng, khơng có switch chạy STP:  Bước 1: host A gửi frame địa broadcast (FF-FF-FF-FFFF- FF)  Bước 2: Frame đến hai Cat-1 Cat-2 qua cổng 1/1  Bước 3: Cat-1 đưa frame qua cổng 1/2  Bước 4: Frame truyền đến tất nút đoạn mạng Ethernet kể cổng 1/2 Cat-2  Bước 5: Cat-2 đưa frame đến cổng 1/1  Bước 6: Một lần nữa, frame xuất cổng 1/1 Cat-1  Bước 7: Cat-1 gửi frame đến cổng 1/2 lần hai Như tạo thành vòng lặp Chú ý: frame tràn qua đoạn mạng Ethernet tạo thành vòng lặp theo hướng ngược lại, vòng lặp feedback xảy hai hướng Một kết luận quan trọng hình 1.1.2 vịng lặp bridge nguy hiểm nhiều so với vòng lặp định tuyến Hình 1.1.3 mơ tả định dạng DIXv2 Ethernet frame Hình 1.1 3: Định dạng DIXv2 Ethernet frame DIXv2 Ethernet Frame chứa địa MAC, trường Type CRC Trong IP header chứa trường time-to-live (TTL) thiết lập host gốc giảm qua router Gói bị loại bỏ TTL = 0, điều cho phép router ngăn chặn datagram bị “run-away” Khơng giống IP, Ethernet khơng có trường TTL, sau frame bắt đầu bị lặp mạng tiếp tục ngắt bridge ngắt kiên kết Trong mạng phức tạp mạng mơ tả hình 1.1.1, hình 1.1.2 gây vịng lặp feedback nhanh theo tỉ lệ số mũ Vì frame tràn qua nhiều cổng switch, tổng số frame tăng nhanh nhiều Ngoài cần phải ý đến bão broadcast người dùng host A B hình 1.1.2 Broadcast xử lý CPU tất thiết bị mạng Trong trường hợp này, PC cố xử lý bão broadcast Nếu ta ngắt số kết nối, trở lại hoạt động bình thường Tuy nhiên, ta kết nối trở lại broadcast sử dụng 100% CPU Nếu ta không xử lý điều mà tiếp tục sử dụng mạng, tạo vòng lặp vật lý mạng 1.1.2 Việc sai lệch bảng bridge Nhiều nhà quản trị switch/bridge nhận thức vấn đề bão broadcast, nhiên ta phải biết chí unicast frame truyền mạng mà chứa vịng lặp Hình 1.1.4 mơ tả điều Bước 1: Host A muốn gửi gói unicast đến host B, nhiên host B rời khỏi mạng, với bảng bridge switch khơng có địa host B Bước 2: Giả sử hai switch không chạy STP, frame đến cổng 1/1 hai switch Bước 3: Vì host B bị down, nên Cat-1 khơng có địa MAC (BBBB- BB- BB-BB-BB) bảng bridge, tràn frame qua cổng Bước 4: Cat-2 nhận frame cổng 1/2 Có vấn đề xảy ra: Bước 5: Cat-2 tràn frame khơng học địa MAC BB-BB- BBBB-BB-BB, điều tạo feedback loop làm down mạng Bước 6: Cat-2 ý rằng, nhận frame cổng 1/2 với địa MAC AA-AA-AA-AA-AA-AA Nó thay đổi địa MAC host A bảng bridge dẫn đến sai cổng ... Cat-A có BID mặc định 32.768 địa MAC AA-AA- AA-AA-AA-AA Cat-B (32.768, BB-BB-BB-BB-BB-BB) Cat-C (32.768, CC-CC-CC-CC-CC-CC) Vì ba bridge sử dụng Bridge Priority 32.678 nên địa MAC thấp AA-AA-AA-AA-AA-AA... Cat-1 khơng có địa MAC (BBBB- BB- BB-BB-BB) bảng bridge, tràn frame qua cổng Bước 4: Cat-2 nhận frame cổng 1/2 Có vấn đề xảy ra: Bước 5: Cat-2 tràn frame khơng học địa MAC BB-BB- BBBB-BB-BB,... Bridge gốc, B C có chi phí 19, nên ta lấy yếu tố BID để định BID B (32.768.BB- BB-BB-BB-BB-BB) C (32.768.CC-CC-CC-CC-CC-CC), cổng 1/2 B Cổng định cho đoạn Ví dụ mạng chứa 15 switch có 146 đoạn mạng