МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра вычислительной техники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Сети ЭВМ»

Тема: устранение петель в топологии локальной сети с использованием протокола STP

		Руденский И.М.
		Четвертак А.Р.
		Кирейкова С.А.
Студенты гр. 3316		Котов Н.А.
Преподаватель		Цыганюк Н.А.

Санкт-Петербург

2026

Цель работы

Целью работы является изучение методов предотвращения появления петель в топологии сети, формирование практических навыков работы с программным продуктом Cisco Packet Tracer путем проектирования отказоустойчивой локальной сети с использованием протоколов STP и RSTP.

Основные теоретические положения

Протокол Spanning Tree Protocol (STP) предназначен для логического блокирования избыточных связей в сети с кольцевой топологией с целью предотвращения петель и широковещательных штормов. Работа STP основана на обмене служебными кадрами BPDU, на основе которых все коммутаторы выбирают корневой мост (Root Bridge) с наименьшим идентификатором (приоритет + MAC-адрес). На каждом некорневом коммутаторе определяется корневой порт (Root Port) с наименьшей стоимостью пути до корня, а на каждом сегменте сети выбирается назначенный порт (Designated Port). Остальные избыточные порты переводятся в блокирующее состояние (Alternate/Blocking), что разрывает петлю физически, но оставляет резервные пути на случай отказа. В результате STP формирует логическую древовидную структуру без петель, где активные порты находятся в состоянии Forwarding, а заблокированные — в состоянии Blocking.

Экспериментальные результаты

1. Была построена сеть в соответствии с заданием (рис. 1).

Рисунок 1

2. В режиме симуляции была отслежена отправка BPDU (рис. 2-3).

Рисунок 2

Рисунок 3

3. Коммутатор 0 (MAC 0030.A388.BB96) – рис. 4

• Корневой? Нет (корень 0002.1761.7CDD)

• Fa0/1: Desg FWD

• Gi0/1: Desg FWD

• Gi0/2: Root FWD

Рисунок 4

4. Коммутатор 1 (MAC 0002.1761.7CDD) – рис. 5

• Корневой? ДА

• Gi0/2: Desg FWD

• Gi0/1: Desg FWD

• Fa0/1: Desg FWD

• Fa0/2: Desg FWD

Рисунок 5

5. Коммутатор 2 (MAC 00E0.F7D1.3304) – рис. 6

• Корневой? Нет

• Gi0/1: Altn BLK

• Gi0/2: Root FWD

• Fa0/1: Desg FWD

• Fa0/2: Desg FWD

• Fa0/3: Desg FWD

• Fa0/4: Desg FWD

• Fa0/5: Desg FWD

• Fa0/6: Desg FWD

• Fa0/7: Desg FWD

Рисунок 6

7. Коммутатор 3 (MAC 000D.BDBC.B0BE)

• Корневой? Нет

• Gi0/2: Root FWD

• Gi0/1: Desg FWD

• Fa0/1: Desg FWD

• Fa0/2: Desg FWD

Рисунок 7

Обработка результатов эксперимента

1. Была выполнена команда ping от компьютера, подключенного к коммутатору, порты которого находятся в статусе FWD, до компьютера, подключенного к корневому коммутатору (рис. 8).

Рисунок 8

2. Была проведена симуляция п.1 (рис. 9).

Рисунок 9

3. Была выполнена проверка настройки резервного маршрута. Сперва на коммутаторе 3 был отключен один из портов. На коммутаторе 2 был заблокирован порт (рис. 10).

Рисунок 10

4. Спустя несколько секунд после отключения порта на коммутаторе 3, порт gi0/1 на коммутаторе 2был переключён в режим LIS (рис. 11). Ещё спустя несколько секунд в режим LRN. И далее в режим FWD (рис. 12-13).

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

5. Команда ping от ПК, подключенного к коммутатору 3 до ПК, подключенного к корневому коммутатору, была успешно выполнена (рис. 14). На рис. 15 показано выполнение этой команды в режиме симуляции.

Рисунок 14

Рисунок 15

6. Далее отключенный порт был включен, замерено примерное время настройки маршрута. Получилось около 30 секунд, пока пинги пошли. Процесс отражён на рис. 16.

Рисунок 16

7. Пример настройки RSTP на одном из коммутаторов отражён на рис. 17, аналогичные команды были выполнены на всех коммутаторах.

Рисунок 17

8. После настройки был повторён эксперимент из п.6. Пинги пошли гораздо быстрее, примерно за 5-6 секунд, что во много раз быстрее, чем до настройки RSTP.

Вывод

В результате выполнения работы были изучены методы предотвращения появления петель в топологии сети, сформированы практические навыки работы с программным продуктом Cisco Packet Tracer путем проектирования отказоустойчивой локальной сети с использованием протоколов STP и RSTP.

Было выяснено, что при моделировании отказа активного канала (например, отключении корневого порта) ранее заблокированный порт (Alternate/Blocking) переходит в состояние Listening -> Learning -> Forwarding. Таким образом, коммутатор восстанавливает связность через резервный путь в кольцевой топологии, автоматически выбирая новый корневой порт.

В стандартном протоколе STP (802.1D) время восстановления связности после изменения топологии составило более 30 секунд, что связано с задержками на этапах Listening (15 сек) и Learning (15 сек). В протоколе RSTP (802.1w) время переключения на резервный маршрут составило около 5 секунд благодаря механизму быстрой сходимости (альтернативные порты переводятся в Forwarding без ожидания таймеров). Таким образом, RSTP обеспечивает значительно более быстрое восстановление сети при отказах, что критично для чувствительных к задержкам приложений.