生成树之三：PVST 实验

PVST+实验
1、拓扑图
2、实验要求
1）按照vlan实验的要求配置VTP协议，在VTP server上创建vlan 10，vlan 20，vlan30，40，并在三层交换机上配置三层路由实现vlan间通信
2）将pc及分别划分到4个vlan内
3）配置pvst+，将vlan10，vlan30的主根配置在左端三层交换机上，vlan20，vlan40主根配置在右端三层交换机上。

4）查看各vlan的生成树，注意其在各台交换机上根端口及转发端口的情况。

5）验证各台pc机间连通性（同vlan内pc间及跨vlan的pc间）
6）根据第4步骤查看结果，人为断开vlan10及vlan30（或vlan20及vlan40）生成树中链路（跟桥与下层交换机间未被阻塞的链路，可以通过关闭端口的方式来实现）
7）查看vlan生成树的变化情况，重新测试pc间连通性。

并记录结果
8）将二层交换机与左端三层交换机的所有连接断开，查看生成树并测试pc间连通性。

记录结果。

3、思考题
说明你在实验过程中三层路由如何配置的（配置在那台交换机上），执行步骤6和步骤8后，网络连通性如何？如出现不能连通的情况，思考造成这种结果的原因？应该如何解决这个问题。

二层交换：生成树STP基本概念与实验如果你把两台傻瓜式交换机之间连两根网线，那么这俩交换机就会出现环路从而产生广播风暴。

可能你会觉得好笑，但实际工作中，我却碰到了，一些不懂网络的装修包工头，就会这样做。

====================================================================生成树就是为了让交换网络中防环而出现的。

生成树最原始的版本是802.1d，也就是STP（Spanning Tree Protocol），但这个版本的标准是所有VLAN共用一个生成树，所以也叫CST（Common Spanning Tree）思科在此基础上增强了一下，发布了PVST+（Per Vlan Spanning Tree）802.1d的下一个版本是802.1w，也就是RSTP（Rapid STP），但还是共用生成树，搞不懂IEEE不长点记性。

于是思科又搞了一下，发布了PVRST+IEEE又基于思科的MISTP的方案，发布了802.1s（MSTP），这个就屌爆了，之后再说为何这么屌，凡是大一点的交换网络都用MSTP。

=====================================================================STP的基础要学习更高级的RSTP/MST，还是需要STP的基础，尽管现在已经很少用到STP。

STP的工作流程1. 在整个交换网段里选择一台做根桥，这根桥就是整棵树的根部，所有其他交换机就选一条到这个根桥的最短路径，其余的路径阻塞掉。

所有交换机中桥优先级最低的成为根桥。

2. 选择所有非根桥交换机的根端口，就是那条最短路径的接口。

如果有超过1条等价路径，则选择对端指定端口优先级最低的本地端口（有点绕口，通过实验来说明）3. 选择各网段的指定端口。

这个网段其实就是指一根链接，其中一头一定是指定端口，另外一头可能是根端口，也可能是非指定端口。

实验五快速生成树配置实验目标理解生成树协议工作原理；掌握快速生成树协议RSTP基本配置方法；实验背景学校为了开展计算机教学和网络办公，建立的一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互联组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，作为网络管理员，你要用2条链路将交换机互连，现要求在交换机上做适当配置，是网络避免环路。

技术原理生成树协议（spanning-tree）,作用是在交换网络中提供冗余备份链路，并且解决交换网络中的环路问题；生成树协议是利用SPA算法，在存在交换机环路的网络中生成一个没有环路的属性网络，运用该算法将交换网络的冗余备份链路从逻辑上断开，当主链路出现故障时，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。

生成树协议版本：STP、RSTP（快速生成树协议）、MSTP（多生成树协议）。

生成树协议的特点收敛时间长。

从主要链路出现故障到切换至备份链路需要50秒时间。

快速生成树在生成树协议的基础上增加了两种端口角色，替换端口或备份端口，分别作为根端口和指定端口。

当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口不需要经过50秒的收敛时间，可以直接切换到替换端口或备份端口，从而实现RSTP协议小于1秒的快速收敛。

实验步骤新建packet tracer拓扑图默认情况下STP协议是启用的。

通过两台交换机之间传送BPDU协议数据单元。

选出跟交换机、根端口等，以便确定端口的转发状态。

图中标记为黄色的端口处于block堵塞状态。

设置RSTP。

查看交换机show spanning-tree状态，了解跟交换机和根端口情况。

通过更改交换机生成树的优先级spanning-tree vlan 10 priority 4096可以变化跟交换机的角色。

测试。

当主链路处于down状态时候，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。

实验设备Switch_2960 2台；PC 2台；直连线（各设备互联）PC1IP: 192.168.1.2Submask: 255.255.255.0Gateway: 192.168.1.1PC2IP: 192.168.1.3Submask: 255.255.255.0Gateway: 192.168.1.1S1enshow spanning-treeconf thostname S1int fa 0/10switchport access vlan 10exitint rang fa 0/1 - 2switchport mode trunkexitspanning-tree mode rapid-pvst endS2enconf thostname S2int fa 0/10switchport access vlan 10 exitint range fa 0/1 - 2 switchport mode turnkexitspanning-tree mode rapid-pvst endshow spanning-treePC1ipconfigping -t 192.168.1.3S2enconf tint fa 0/1shut（查看PC1的ping情况是否正常）。

生成树协议
一．实验要求：
1．了解交换机中使用生成树的意义；
2．掌握STP的工作原理；
3．熟悉STP在园区网的部署；
4．掌握生成树协议的基本配置。

二．实验设备：
3台交换机
三．实验步骤：
1. 实验拓扑图：
将3台交换机通过制定的端口如图连接。

2. 配置trunk链路使交换机互联
注：配置trunk链路后,交换机Switch0默认的阻塞端口为：fa0/2，如拓扑图中所示3. 配置VTP，在Switch0下配置VTP服务模式，其他2台交换机配置Vtp客户模式VTP客户模式：
VTP服务模式：
4. 在交换机Switch0中划分3个VLAN，其他2台交换机会自动更新
5. 在交换机Switch0中通过配置生成树协议将VLAN2设置优先级
同理，在交换机1和2中分别设置VLAN3和VLAN4为优先。

6.在特权模式下，分别在3台交换机上通过命令：show spanning-tree 查看各自VLAN下的端口连通情况
四．实验结果：
在交换机0下查看得知：
在VLAN2中，端口fa0/1，fa0/2都是是畅通的。

在VLAN3中，端口fa0/1畅通，端口fa0/2阻塞。

在VLAN4中，端口fa0/1阻塞，端口fa0/2畅通。

在交换机1和2中查看3个VLAN结果一样，都是畅通的，因为未配置生成树协议时，这2个交换机的连接端口都是连通的，只有交换机0的端口fa0/2是阻塞的。

《网络原理与技术实验》实验报告实验名称：利用三层交换机实现VLAN间路由，快速生成树配置评分：________班级：学号：姓名：利用三层交换机实现VLAN间路由实验目的：1.掌握交换机Tag VLAN的配置2.掌握三层交换机基本配置方法；3.掌握三层交换机VLAN路由的配置方法；4.通过三层交换机实现VLAN间相互通信；实验原理：三层交换机具备网络层的功能，实现VLAN相互访问的原理是：利用三层交换机的路由功能，通过识别数据包的IP地址，查找路由表进行选路转发，三层交换机利用直连路由可以实现不同VLAN 之间的相互访问。

三层交换机给接口配置IP地址。

采用SVI（交换虚拟接口）的方式实现VLAN 间互连。

SVI是指为交换机中的VLAN创建虚拟接口，并且配置IP地址。

实验拓扑图：实验步骤：新建packet tracer拓扑图（1）在二层交换机上配置VLAN2、VLAN3，分别将端口2、端口3划分给VLAN2、VLAN3。

（2）将二层交换机与三层交换机相连的端口fa 0/1都定义为tag Vlan模式。

（3）在三层交换机上配置VLAN2、VLAN3，此时验证二层交换机VLAN2、VLAN3下的主机之间不能相互通信。

（4）设置三层交换机VLAN间的通信，创建VLAN2,VLAN3的虚接口，并配置虚接口VLAN2、VLAN3的IP地址。

（5）查看三层交换机路由表。

（6）将二层交换机VLAN2、VLAN3下的主机默认网关分别设置为相应虚拟接口的IP地址。

PC1和PC2的配置：PC1exitinterface vlan 3ip address 192.168.2.1 255.255.255.0no shutdownendshow ip routeshow vlanPC3 Ping PC1Ping 192.168.1.2 可以ping通PC3 Ping PC2Ping 192.168.2.2 不可以ping通PC3 S2960S3560（7）验证二层交换机VLAN2,VALN3下的主机之间可以相互通信。

一、实验目标理解生成树协议工作原理；掌握快速生成树协议RSTP基本配置方法；二、实验背景学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互相连接组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，作为网络管理员，你要用2条链路将交换机互连，现要求在交换机上做适当的配置，使网络避免环路。

三、技术原理生成树协议(spanning-tree)，作用是在交换网络中提供冗余备份链路，并且解决交换网络中的环路问题；生成树协议是利用SPA算法，在存在交换环路的网络中生成一个没有环路的树形网络。

运用该算法将交换网络的冗余备份链路从逻辑上断开，当主链路出现故障时，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发；生成树协议版本：STP、RSTP(快速生成树)、MSTP(多生成树协议)；生成树协议的特点是收敛时间长，从主要链路出现故障到切换至备份链路需要50秒的时间；快速生成树协议在生成树协议的基础上增加了两种端口角色：替换端口和备份端口，分别做为根端口和指定端口的冗余端口。

当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口不需要经过50秒的收敛时间，可以直接切换到替换端口或备份端口，从而实现RSTP协议小于1秒的快速收敛。

四、实验步骤实验拓扑默认情况下STP协议启用的，通过两台交换机之间传送BPDU协议数据单元，选出根交换机、根端口等，以便确定端口的转发状态。

上图中标记为橙色的端口处于block堵塞状态。

设置RSTP查看交换机show spanning-tree 状态，了解根交换机和根端口情况；通过更改交换机生成树的优先级spanning-tree vlan * priority 4096 可以变化根交换机的角色；S1:Switch>enSwitch#conf tEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#hostname S1S1(config)#endS1#%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by consoleS1#show spanning-tree //查看交换机spanning-tree 状态VLAN0001Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32769Address 0060.5C36.5620Cost 19Port 1(FastEthernet0/1)Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)Address 0060.7078.8BDEHello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------Fa0/10 Desg FWD 19 128.10 P2pFa0/1 Root FWD 19 128.1 P2pFa0/2 Altn BLK 19 128.2 P2pS1#conf tEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.S1(config)#interface fa0/10S1(config-if)#switchport access vlan 10 //将fa0/10划分到vlan 10% Access VLAN does not exist. Creating vlan 10S1(config-if)#exitS1(config)#interface range fa0/1 - 2 //设置fa0/1,fa0/2端口状态为trunk模式S1(config-if-range)#switchport mode trunk%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to upS1(config-if-range)#exitS1(config)#spanning-tree mode ? //设置spanning-tree 为RSTP模式pvst Per-Vlan spanning tree moderapid-pvst Per-Vlan rapid spanning tree modeS1(config)#spanning-tree mode rapid-pvstS1(config)#S2:Switch>enSwitch#show spanning-treeVLAN0001Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32769Address 0060.5C36.5620This bridge is the root //根交换机Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)Address 0060.5C36.5620Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------Fa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2pFa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2pFa0/10 Desg FWD 19 128.10 P2pSwitch#%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to upSwitch#Switch#conf tEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#hostname S2S2(config)#interface fa0/10S2(config-if)#switchport access vlan 10% Access VLAN does not exist. Creating vlan 10S2(config-if)#exitS2(config)#interface range fa0/1 - 2S2(config-if-range)#switchport mode trunkS2(config-if-range)#exitS2(config)#spanning-tree mode rapid-pvstS2(config)#五、测试当主链路处于down状态时，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。

一、实验目的1. 理解普里姆算法的基本原理和步骤。

2. 掌握使用C语言实现普里姆算法的方法。

3. 熟悉最小生成树的概念及其在实际应用中的重要性。

4. 通过实验验证普里姆算法的正确性和效率。

二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：C语言3. 开发环境：Visual Studio三、实验原理普里姆算法是一种贪心算法，用于在加权无向图中寻找最小生成树。

最小生成树是指一个无向图的所有顶点构成的树，其边权值之和最小。

普里姆算法的基本思想是从某个顶点开始，逐步增加边，直到包含所有顶点为止。

四、实验步骤1. 定义邻接矩阵：首先定义一个二维数组表示图的邻接矩阵，其中元素表示两个顶点之间的边权值。

2. 初始化数据结构：定义一个结构体表示顶点，包含顶点的编号和距离。

初始化一个数组存储所有顶点的结构体。

3. 选择起始顶点：选择一个顶点作为起始顶点，将其距离设置为0，其余顶点的距离设置为无穷大。

4. 遍历邻接矩阵：对于每个顶点，遍历其邻接矩阵，找到距离最小的边，将其加入最小生成树中，并更新相邻顶点的距离。

5. 重复步骤4：重复步骤4，直到所有顶点都被加入最小生成树中。

6. 输出结果：输出最小生成树的边和权值。

五、实验代码```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define MAXVEX 6#define INF 10000typedef struct {int adjvex; // 邻接顶点的位置int lowcost; // 与adjvex顶点相连的边的权值} MinNode;typedef struct {char vexs[MAXVEX]; // 顶点表MinNode adjmatrix[MAXVEX][MAXVEX]; // 邻接矩阵int numVertexes, numEdges; // 图中当前顶点的数量和边的数量} MGraph;void CreateMGraph(MGraph G) {int i, j, k, w;printf("请输入顶点数量和边数量：\n");scanf("%d %d", &G->numVertexes, &G->numEdges);printf("请输入顶点信息：\n");for (i = 0; i < G->numVertexes; i++) {scanf("%s", G->vexs[i]);}for (i = 0; i < G->numVertexes; i++) {G->adjmatrix[i][j].adjvex = 0;G->adjmatrix[i][j].lowcost = INF;}}for (k = 0; k < G->numEdges; k++) {printf("请输入边(%d)的两个顶点和权值：\n", k + 1); scanf("%d %d %d", &i, &j, &w);G->adjmatrix[i][j].adjvex = j;G->adjmatrix[i][j].lowcost = w;G->adjmatrix[j][i].adjvex = i;G->adjmatrix[j][i].lowcost = w;}}void Prim(MGraph G, int u) {int min, i, j, k;MinNode adjvex;int visited[MAXVEX] = {0}; // 标记顶点是否被访问过visited[u] = 1;printf("%c ", G.vexs[u]); // 输出起始顶点for (i = 1; i < G.numVertexes; i++) {min = INF;k = u;if (visited[j] == 0 && G.adjmatrix[k][j].lowcost < min) { min = G.adjmatrix[k][j].lowcost;adjvex = G.adjmatrix[k][j];k = j;}}printf("%c ", G.vexs[k]); // 输出当前顶点visited[k] = 1;G.adjmatrix[u][k].lowcost = INF;G.adjmatrix[k][u].lowcost = INF;}}int main() {MGraph G;int u;printf("请输入起始顶点编号：\n");scanf("%d", &u);CreateMGraph(&G);Prim(G, u);return 0;}```六、实验结果1. 输入顶点数量和边数量：6 82. 输入顶点信息：A B C D E F3. 输入边(1)的两个顶点和权值：0 1 14. 输入边(2)的两个顶点和权值：0 2 25. 输入边(3)的两个顶点和权值：1 2 36. 输入边(4)的两个顶点和权值：1 3 67. 输入边(5)的两个顶点和权值：2 3 48. 输入边(6)的两个顶点和权值：2 4 59. 输入边(7)的两个顶点和权值：3 4 710. 输入边(8)的两个顶点和权值：4 5 811. 输入起始顶点编号：0实验结果：A B C D E F七、实验总结通过本次实验，我们成功实现了普里姆算法，并验证了其在实际应用中的有效性。

实验一：配置快速生成树，实现:VLAN 1-5 F0/23 转发VLAN6-10 F0/24 转发方法一：同一根桥上的负载均衡，VLAN1-10的根桥均在Si ±o1. 将S35-1设为所有VLAN 的根桥。

S35-1 (config ) #span mode rapid-pvst#span vlan 1 - 10 priority 40962. 在S35-2上启动快速生成树。

S35・2 (config ) #span mode rapid-pvst#span vlan 1 - 10 priority 81923. 在S2950上将F0/23在VLAN6-10的开销设为100S2950(config )#span mode rapid-pvst#int f0/23#span vlan 6-10 cost 100方法二：不同根桥的负载均衡，VLAN1-5的根桥在S35-1上，VLAN6-10的根桥在S35-2上。

(实际匸程中的推荐做法)1. 将S35-1设为VLAN 1-5的主根桥,同时作为VLAN6-10的备用根桥。

S35-1 (config ) #span mode rapid-pvstvl an 1一5 vlan 6-10备很81921. 252#span vlan 1 - 5 priority 4096# span vlan 6-10 priority 81922. 在S35-2上启动快速生成树。

S35-2 (config ) #span mode rapid-pvst#span vlan 1 - 5 priority 8192# span vlan 6-10 priority 4096实验二：配置多生成树（负载均衡） 实现：VLAN 1-5 F0/23 转发VLAN6-10 F0/24 转发vlan. 1-5 vlan 6-10方法一：同一根桥上的负载均衡，MST1-2的根桥均在Sit 。