郑州大学计算机网络实验10 交换机工作原理与Vlan工作机制探索与分析

实验十：交换机工作原理与Vlan工作机制探索和分析

【实验目的】

1、理解交换机的逆向学习法；

2、掌握以太网帧格式和802.1q帧格式；

3、理解Vlan工作机制；

4、了解Linux下命令vconfig和brctl的使用方法。

【实验步骤与结果记录】

要求：根据实验指导书中的实验内容和步骤，认真完成实验。采取截图、拍照等形式记录自己的实验步骤和结果。（可根据需要加页）

步骤1：创建Vlan实验的虚拟网络拓扑

1.Vlan实验的虚拟网络拓扑如图所示

在Linux中，Vlan实验网络拓扑的实现如下图所示。

2.使用脚本10.1.sh，创建本实验的网络拓扑。

步骤2.：在交换机SWC和SWD中，查看bridge设备Vlan10的交换表

1.在交换机SWC上，执行如下命令，查看交换机SWC中Vlan10的交换表，并观察交换表的构成。

ip netns exec SWC brctl showmacs Vlan10

如果交换表中有 is local 的值是 no 的表项，等待一小段时间再次查看。当所有非本地表项超时（默认超时时间300s）清空后，继续后面的步骤。

2.在交换机SWD上，执行如下命令，查看交换机SWD中Vlan的交换表，并观察交换表的构成。

ip netns exec SWD brctl showmacs Vlan10

如果交换表中有 is local 的值是no 的表项，等待一小段时间再次查看。当所有非本地表项超时清空后，继续后边的步骤。

步骤3：在交换机SWC上启动Wireshark，在接口trunk上启动抓包。在主机ns51A上启动Wireshark，在接口tap51A上启动抓包。

1.执行如下命令，在交换机SWC上后台启动Wireshark。

ip netns exec SWC wireshark &

2.在Wireshark窗口中选择接口trunk，启动抓包。

3.执行如下命令，在主机ns51A上后台启动Wireshark。

ip netns exec ns51A wireshark &

4.在Wireshark窗口中选择接口tap51A，启动抓包。

步骤4：在主机ns51A、ns51C、ns52A、ns52B、ns53A和ns53B上开启UDP服务器，从主机ns51B上发送以太网广播。

1.打开一个终端窗口，利用Linux命令bash将本窗口模拟成主机ns51A的终端。

ip netns exec ns51A bash

2.在主机ns51A的模拟终端中，执行如下命令，在4499端口打开UDP服务程序。

nc -lvu 4499

   3.重复本步骤中1、2，在主机ns51C、ns52A、ns52B、ns53A和ns53B的4499端口打开UDP服务程序。

ip netns exec ns51C bash

ip netns exec ns52A bash

ip netns exec ns52B bash

ip netns exec ns53A bash

ip netns exec ns53B bash

4.新打开一个终端窗口，执行如下Linux命令，指明目的MAC地址为全1的广播地址，构造包含10字节数据的UDP用户数据报，从主机ns51B上发送以太网广播。

ip netns exec ns51B nping -c1 --udp  -p4499 -g50000 --data-length 10 --dest-mac ff:ff:ff:ff:ff:ff 192.168.51.255

5.观察各主机的模拟终端，记录哪些主机收到了该广播消息。

步骤5：在两个Wireshark窗口中停止抓包，保存抓包结果文件并分析本次通信，理解以太网帧格式，理解802.1q帧格式

步骤6：在交换机SWC和SWD中，再次查看bridge设备Vlan10的交换表，分析交换表中的项目，理解交换机的逆向学习法。

1.在交换机SWC上，执行如下命令，查看交换机SWC中Vlan10的交换表，并观察交换表的构成。

ip netns exec SWC brctl showmacs Vlan10

查看并记录交换表中 is local 的值是 no 的表项。

2.在交换机SWD上，执行如下命令，查看交换机SWD中Vlan10的交换表，并观察交换表的构成。

ip netns exec SWD brctl showmacs Vlan10

 查看并记录交换表中 is local 的值是 no 的表项。

3.执行如下命令，查看所有命名空间中的网络接口，查找6-(1)和6-(2)中学习到的是哪个接口的MAC地址。根据课堂知识，理解交换机的逆向学习法。

ip -all netns exec ifconfig -a

de:5e:a0:24:b4:b6

交换机的逆向学习法是从原地址开始学习的。

【问题与分析】

1.在步骤4中，哪些主机收到了ns51B发送的广播报文？哪些主机不能收到该广播报文。为什么？截图说明你的分析过程。

tap51A与tap51C接收到了消息，其他几台不能接收到消息。

2.从Wireshark在tap51A接口截获的数据帧中找出ns56B发送的广播报文，分析其帧结构，截图并填写表10.1。该帧的帧长是多少字节？如果有填充字段，填充了多少字节？截图说明你的分析过程。

表10.1 以太网帧格式分析
目的地址	ff:ff:ff:ff:ff:ff
源地址	de:5e:a0:24:b4:b6
类型	0x00000800
填充（字节数）	12（字节）

帧长为52

最小帧长64-帧长52=填充12

3.从Wireshark在trunk接口截获的数据帧中找出ns51B发送的广播报文，分析其帧结构，截图并填写表10.2。该帧的帧长是多少字节？如果有填充字段，填充了多少字节？截图说明你的分析过程。

表10.2 以太网帧格式分析
目的地址	ff:ff:ff:ff:ff:ff
源地址	de:5e:a0:24:b4:b6
标签协议标识TPID	8100
优先级码点PCP	0
丢弃适当性指示符DEI	0
VLan ID	10
类型	0x00000800
填充（字节数）	8（字节）

帧长为56

最小帧长64-帧长56=填充8

4.在步骤6中，交换机SWC和SWD学习到了哪台主机的MAC地址？为什么？截图说明你分析过程。

根据地址可以找到，学习到了主机ns51B的MAC地址

de:5e:a0:24:b4:b6