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  • 实验一 交换机工作原理 目录如下实验一 交换机工作原理【实验目的】【实验要求】【实验环境】1、操作系统:Linux操作系统,要求内核...4、实验网络拓扑:交换机工作原理实验网络拓扑如图1所示:【实验步骤】步骤1:创

    实验一 交换机工作原理

    【实验目的】

    1、熟悉Linux虚拟网络环境;
    2、熟悉Linux中network namespace的基本操作;
    3、熟悉Linux中虚拟以太网设备Tap和veth pair的基本操作;
    4、熟悉Linux中Bridge设备的基本操作;
    5、熟悉Linux中网络分析软件Wireshark的基本操作;
    6、观察交换机(Bridge)的工作过程,分析并掌握交换机的工作原理;
    7、观察交换机中交换表的变化,分析并掌握交换机的自学习功能和原理;
    8、观察Wireshark截获的以太网数据帧,分析并理解以太网的帧格式。

    【实验要求】

    1、根据实验需要,搭建实验环境;建立或修改虚拟实验网络;
    2、按照实验步骤,认真完成实验;采取截图、拍照等形式记录实验结果;
    3、依据课本和课堂讲解,详细分析实验结果、验证理论知识;
    4、认真完成实验报告,按时提交实验指导老师。

    【实验环境】

    1、操作系统:Linux操作系统,要求内核支持Tun模块、Vlan模块等,本实验在CentOS7操作系统中测试通过;

    2、操作权限:部分操作需具有root权限;

    3、应用软件:需安装命令行工具:tunctl、vconfig等;需安装编辑工具gedit或其它文本编辑工具;需安装网络分析软件Wireshark及其依赖软件;其它常用必备的应用软件;

    4、实验网络拓扑:交换机工作原理实验网络拓扑如图1所示:

    在这里插入图片描述

    利用Linux命令或编辑执行脚本,构建虚拟实验网络如图2所示:
    在这里插入图片描述

    5、参考脚本:构建如图所示虚拟实验网络,可参考如下脚本:
    #!/bin/sh

    #创建veth pair
    ip link add tap1 type veth peer name tap1_peer
    ip link add tap2 type veth peer name tap2_peer
    ip link add tap3 type veth peer name tap3_peer
    ip link add tap4 type veth peer name tap4_peer
    #创建namespace
    ip netns add ns1
    ip netns add ns2
    ip netns add ns3
    ip netns add ns4
    #把tap迁移到namespace
    ip link set tap1 netns ns1
    ip link set tap2 netns ns2
    ip link set tap3 netns ns3
    ip link set tap4 netns ns4
    #创建Bridge
    brctl addbr br1
    #把相应tap添加到Bridge中
    brctl addif br1 tap1_peer
    brctl addif br1 tap2_peer
    brctl addif br1 tap3_peer
    brctl addif br1 tap4_peer
    #配置相应tap的IP地址
    ip netns exec ns1 ip addr add local 192.168.50.1/24 dev tap1
    ip netns exec ns2 ip addr add local 192.168.50.2/24 dev tap2
    ip netns exec ns3 ip addr add local 192.168.50.3/24 dev tap3
    ip netns exec ns4 ip addr add local 192.168.50.4/24 dev tap4
    #将Bridge及所有tap状态设置为up
    ip link set br1 up
    ip link set tap1_peer up
    ip link set tap2_peer up
    ip link set tap3_peer up
    ip link set tap4_peer up
    ip netns exec ns1 ip link set tap1 up
    ip netns exec ns2 ip link set tap2 up
    ip netns exec ns3 ip link set tap3 up
    ip netns exec ns4 ip link set tap4 up

    【实验步骤】


    具体命令可以参考本人的过程截图(实验结果部分)


    步骤1:创建虚拟实验网络,验证网络拓扑

    执行“实验环境”一节中提供的参考脚本,或利用Linux命令直接创建虚拟实验网络。创建好的网络应满足“实验环境”一节中的网络拓扑的要求。

    通过执行Linux命令brctl show查看交换机当前连接的接口状态,通过在指定NS内执行ifconfig –a命令查看当前NS内的网络接口配置,可以验证当前网络拓扑。查询到的交换机和NS内部网络接口的配置应该与“实验环境”一节中的网络拓扑图一致。

    步骤2:在ns1的ARP缓存表为空的情况下,从ns1内ping192.168.50.2,测试网络连通性,观察ping之前和ping之后交换机交换表的变化,并用Wireshark抓包分析交换机的工作过程。

    在ns1内,执行命令arp –a查看缓存表;根据结果,执行命令arp –d ip 清除缓存表。
    示例:

    在ns1、ns2、ns3、ns4中后台启动wireshark,并开始监听4个网络接口tap1、tap2、tap3、tap4
    在相应的NS内,执行命令wireshark &,可以从后台启动网络监听软件Wireshark。

    执行命令brctl showmacs查看交换机当前的交换表,并观察交换表的构成,记录交换表的条目。

    在ns1 内执行ping命令,测试到ns2中的192.168.50.2是否可达。

    查看执行ping之后的交换表,比较与之前的交换表的变化。
    观察Wireshark在各接口的抓包结果,分析交换机的工作过程。

    步骤3:等待一段时间,当交换表老化时间过后,确认交换机的交换表仅剩下本地接口,确认ns1的ARP缓存表中包含192.168.50.2到MAC地址的映射,再次从ns1内ping192.168.50.2,用Wireshark抓包分析交换机的工作过程,并与步骤2的工作过程做对比和分析。

    执行命令brctl showmacs查看交换机当前的交换表,确认交换表中仅包含本地接口。
    在ns1中执行arp –a命令,确认包含192.168.50.2的条目。
    在ns1中执行ping命令,测试到192.168.50.2的连通性。
    用Wireshark从各接口抓包,分析此过程。

    【实验结果及分析】

    一.操作环境准备部分

    由于之前已经使用过linux系统,实验并未采用指导老师所发的cent7系统,而是使用自行下载的系统。遇见两个问题:
    1:虚拟机上的系统如何连接互联网,并下载实验相关软件。自行百度后,通过修改相关配置后成功。
    2:在tunctl软件无法通过linux中yum -y intall tunctl命令直接下载。解决办法:在老师知道直接下载相关包,移入linux系统安装。

    在这里插入图片描述

    二、bash脚本的编写,通过网络资料即可学会,较简单。

    注意先进行su操作获取root权限,脚本中的很多命令需要root权限才能进行。下图为未取得root权限时报错。
    在这里插入图片描述

    三、创建虚拟实验网络,验证网络拓扑。

    运行相关脚本,可以较简单的完成。实验结果如下:

    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    四、在ns1的ARP缓存表为空的情况下,从ns1内ping192.168.50.2,测试网络连通性,观察ping之前和ping之后交换机交换表的变化,并用Wireshark抓包分析交换机的工作过程。

    在这里插入图片描述

    Wireshark 抓包结果如下图:

    在这里插入图片描述

    等待一段时间,当交换表老化时间过后,确认交换机的交换表仅剩下本地接口,确认ns1的ARP缓存表中包含192.168.50.2到MAC地址的映射,再次从ns1内ping192.168.50.2,用Wireshark抓包分析交换机的工作过程,并与步骤2的工作过程做对比和分析。
    图如下:
    在这里插入图片描述

    分析:

    1.观察了交换表老化时间过后,交换机的接口仅剩下本地接口的这个过程,对于整个过程有了理解。
    2.第一次ping时,可以观察到,ns1把自己的IP地址与mac地址的映射写入ARP缓存,在ns2收到ns1的ARP分组,就把ns1的地址映射写入自己的缓存。
    同时能观察到ns2的apr缓存中有ns1,即192.168.50.1的mac地址
    3.第二次ping的时候,因为再ns1中的ARP缓存表中有192,168,50,2的mac地址,不再需要向所有端口广播,其他ns3和ns4的接口就不再有第一次ping时抓到的ARP协议包,即询问192.168.50.2的mac地址。
    4.观察到第二次ping时,ns1和ns2都互相交换的了mac地址,因为都在其ARP缓存内,不再向网络内广播。ns3和ns4上都没有数据包被截到。

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  • 交换机工作原理实验分析

    千次阅读 2021-12-22 19:25:08
    交换机工作原理: 当交换机拥有一张mac地址表,通过查询mac地址表进行数据帧的转发; 当交换机收到数据帧时,会率先学习源mac地址,然后再查询mac地址表进行数据帧转发; 交换机工作模式: 泛洪 泛洪的前提: ...

    交换机的工作原理:

    • 当交换机拥有一张mac地址表,通过查询mac地址表进行数据帧的转发;
    • 当交换机收到数据帧时,会率先学习源mac地址,然后再查询mac地址表进行数据帧转发;

    交换机工作模式:

    • 泛洪   泛洪的前提:
    1. 当交换机收到一个广播帧或未知的单播帧会泛洪;
    2. 接口所处同一vlan;
    3. 接口是up状态;
    4. 除去自身接受接口;
    • 转发:根据mac地址进行转发

    • 丢弃:收到损坏的数据帧,直接丢弃

    vlan是虚拟局域网,可以隔离二层广播,划分的方法有三个:

    • 基于接口
    • 基于ip
    • 基于mac

     接口类型access

    • pc连接交换接入链路;
    • 接口类型要用access

    接口类型trunk

    • 交换机与交换机之间是干道链路
    • 接口类型要用trunk

    交换机对数据帧交换的过程:

     

    • 学习:交换机在进行数据转发时,交换机对发送端的MAC地址和端口进行记录,这个过程就叫做学习。
    • PC1 想要传输数据帧到 PC2,交换机从 E0/0/1 口接收到数据帧,查看其源MAC地址并将与其对应的E0/0/1口记录进MAC地址表。

     

    • 泛洪(Flooding):交换机收到需转发的数据帧,但是MAC地址表中无目标端的MAC地址条目,则会将此数据帧发送给所有端口(除源端口)

    •  由于PC1 ping PC2  PC2会向 PC1 回报 所以交换机 MAC地址表会获得 PC2 的MAC地址

    •  转发:交换机需转发的数据帧目的地址是已知的(MAC地址表中存在了的),则会将数据帧发送给对应目的地址的端口。
    • 当交换机MAC地址表中存在 PC2 的MAC表项时,会直接将数据帧直接转发给特定端口E0/0/2。
    • 过滤:当进行转发时,除特定端口外的其他端口不转发。上图交换机对端口E0/0/3、E0/0/4没有进行转发,是因为进行了过滤。
    • 老化:当交换机学习到某个源MAC地址时会给这个条目一个时间戳(类似于有效时间,这个时间可自行设置,默认五分钟),每当收到此MAC地址发送的数据帧时,时间戳会被更新,若超过时间仍为收到从此MAC地址的数据帧,交换机则会将此条MAC条目移除。

    MAC地址表主要记录着连接设备的MAC地址与交换机端口的映射关系,在进行数据转发时进行查询。

    使用命令以下命令进行查询:

    display  mac-address

    在MAC地址表中:

    • MAC Address项:表示主机MAC地址
    • VLAN项:表示此设备处于哪个VLAN,交换机连接设备默认为VLAN1(VLAN虚拟局域网:一组逻辑上的设备和用户的集合,不受物理位置限制)
    •  Port项:交换机端口
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  • 计算机网络实验 实验交换机工作原理坑点总结相关bash脚本内容如下:Linux中的简单指令具体实验步骤 坑点总结 一、wireshark工具的使用 ip nents exec + 主机名+ wireshark & 命令//举例: ip netns exec ns1...

    计算机网络实验 实验一 交换机工作原理

    坑点总结

    • 一、wireshark工具的使用
      ip nents exec + 主机名+ wireshark & 命令
     	//举例:
     	ip netns exec ns1 wireshark & 
     	 //改命令为监控ns1主机,随后弹出的界面中,
     	 //选择监控改主机下的哪一个接口	
    

    如下图所示:
    在弹出的界面中,选择接口后单机Start即可.(下图为举例命令后的弹出)
    监控的是ns1主机的tap1接口。
    ![](https://img-blog.csdnimg.cn/20210404220240426.png

    相关bash脚本内容如下:

    #!/bin/sh
    
    #创建veth pair
    ip link add tap1 type veth peer name tap1_peer
    ip link add tap2 type veth peer name tap2_peer
    ip link add tap3 type veth peer name tap3_peer
    ip link add tap4 type veth peer name tap4_peer
    #创建namespace
    ip netns add ns1
    ip netns add ns2
    ip netns add ns3
    ip netns add ns4
    #把tap迁移到namespace
    ip link set tap1 netns ns1
    ip link set tap2 netns ns2
    ip link set tap3 netns ns3
    ip link set tap4 netns ns4
    #创建Bridge
    brctl addbr br1
    #把相应tap添加到Bridge中
    brctl addif br1 tap1_peer
    brctl addif br1 tap2_peer
    brctl addif br1 tap3_peer
    brctl addif br1 tap4_peer
    #配置相应tap的IP地址
    ip netns exec ns1 ip addr add local 192.168.50.1/24 dev tap1
    ip netns exec ns2 ip addr add local 192.168.50.2/24 dev tap2
    ip netns exec ns3 ip addr add local 192.168.50.3/24 dev tap3
    ip netns exec ns4 ip addr add local 192.168.50.4/24 dev tap4
    #将Bridge及所有tap状态设置为up
    ip link set br1 up
    ip link set tap1_peer up
    ip link set tap2_peer up
    ip link set tap3_peer up
    ip link set tap4_peer up
    ip netns exec ns1 ip link set tap1 up
    ip netns exec ns2 ip link set tap2 up
    ip netns exec ns3 ip link set tap3 up
    ip netns exec ns4 ip link set tap4 up
    
    

    Linux中的简单指令

    • 如何打开终端?(在哪里输入命令行指令)
      在图形桌面右击,选择打开终端,即可在终端中输入命令行

    • su指令 :获取管理员权限,之后的实验中会有很多指令需要管理员权限才能执行

    //linux中输入密码时不会有任何提示的,不会出现“*”号
    su
    
    • pwd指令: 过去当前终端所在位置,是绝对路径
    pwd
    
    • cd指令: 跳转到输入的路径
      举例:
    cd ./command/
    

    就是进入当前路径下的command文件夹中

    • 打开文件,命令行中打开文件为直接输入目前终端所在位置下的文件名字即可。
      PS: 按TAB键(大写键上面那个键),会自动补齐剩下的文件名字

    • gedit指令 打开gedit文本编辑器,图形界面的,编写bash脚本时使用

    具体实验步骤

    见实验报告,非常详细,一步步走就可以
    

    链接: 本人撰写的实验报告,供参考。切记不可以直接用MAC地址随机生成,每个人不一样.

    • 跟着实验报告一步步走既可以完成全部实验。记得截图~
    展开全文
  • 交换机工作原理分析

    2020-06-25 16:51:23
    交换机工作原理分析 3.1 问题 主机11给44发送数据帧,交换机如何转发? 3.2 方案 使用Ensp搭建实验环境,如图-5所示: 图-5 3.3 步骤 实现此案例需要按照如下步骤进行。 1)交换机SW1在接收到数据帧后,执行以下...

    交换机工作原理分析
    3.1 问题
    主机11给44发送数据帧,交换机如何转发?

    3.2 方案
    使用Ensp搭建实验环境,如图-5所示:
    在这里插入图片描述

    图-5

    3.3 步骤
    实现此案例需要按照如下步骤进行。

    1)交换机SW1在接收到数据帧后,执行以下操作:
    交换机SW1查找MAC地址表
    交换机SW1学习主机11的MAC地址
    交换机SW1向除接收端口外其他所有端口发送广播

    2)交换机SW2在接收到数据帧后,执行以下操作:
    交换机SW2查看MAC地址表
    交换机SW2学习源MAC地址和端口号
    交换机SW2向除接收端口以外的所有端口广播数据帧

    3)主机44处理完数据帧后,回复数据帧给主机11

    4)交换机SW2在接收到数据帧后,执行以下操作:
    交换机SW2学习源MAC地址和端口号
    交换机SW2查看MAC地址表,根据MAC地址表中的条目,单播转发数据到端口3

    5)交换机SW1在接收到数据帧后,执行以下操作:
    交换机SW1学习源MAC地址和端口号
    交换机SW1查看MAC地址表,根据MAC地址表中的条目,单播转发数据到端口1

    6)主机11收到数据帧

    展开全文
  • 这里写目录标题一、交换机工作原理二、交换机以太网接口的工作模式一级目录一级目录一级目录 一、交换机工作原理 基于源MAC地址学习。 基于目标MAC地址转发。 对于没有目标MAC地址表项的帧,向本VLAN的其他所有...
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    千次阅读 2014-06-24 10:45:50
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空空如也

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交换机工作原理实验