基于VLAN的小型校園網(wǎng)設(shè)計(jì)-英文文獻(xiàn)翻譯譯文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)英文翻譯題 目 基于VLAN的小型校園網(wǎng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 通信與信息工程學(xué)院 專業(yè)及班級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù)0801班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 日 期 2012年4月13日 描述校園網(wǎng)VLAN誘導(dǎo)共享摘要： 許多企業(yè)、校園和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)在IP層下面都有復(fù)雜的二層虛擬局域網(wǎng)（VLAN），這些VLAN中二層和IP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的相互作用說明了IP層網(wǎng)絡(luò)和物理層基礎(chǔ)設(shè)備之間的依賴關(guān)系，這對(duì)于像對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量、能力的規(guī)劃及錯(cuò)誤診斷的網(wǎng)絡(luò)管理工作有意義。本文介紹了在一個(gè)大型校園網(wǎng)中這種依賴關(guān)系的程度和效果。我們先設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)公共可用的以太線路的方法，這個(gè)線路中說明了連接以太網(wǎng)交換機(jī)的二層

2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用這種方法，我們可以知道二層的圖譜結(jié)構(gòu)，并把它和IP拓?fù)浣Y(jié)合起來。我們知道幾乎70%的二層邊緣被10個(gè)或者更多的IP邊緣所共享，并且一個(gè)簡單的二層邊緣可能被多于34個(gè)不同的IP邊緣所共享。這種二層邊緣和IP路徑中交換機(jī)的共享是由于中繼復(fù)接各VLAN到相同的接入路由器上，或者是由于共享二層的基礎(chǔ)設(shè)施但有邏輯上獨(dú)立的IP子網(wǎng)和路由器的學(xué)校各部門的地理位置所造成的。我們測試這種共享對(duì)與故障診斷的精確性和特征的影響，例如，應(yīng)用對(duì)IP拓?fù)溥M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)斷層掃面技術(shù)來診斷由二層設(shè)備引起的僅僅54%的精準(zhǔn)度的故障和當(dāng)我們把斷層掃面技術(shù)用在交叉層時(shí)100%的精準(zhǔn)度進(jìn)行比較。分類和子網(wǎng)描述：C.2.3計(jì)算

3、機(jī)通信網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)管理一般術(shù)語：管理，測量，可靠性關(guān)鍵字：網(wǎng)絡(luò)診斷，網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)，VLAN（虛擬局域網(wǎng)），VLAN誘導(dǎo)依賴性1 簡介 VLAN使不同的局域網(wǎng)在一個(gè)固定的物理交換機(jī)和鏈路上并存。企業(yè)、校園和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)利用VLAN在物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲邪巡煌闹鳈C(jī)分在共同的管理或功能單元內(nèi)而不受地理位置的限制。例如，在一個(gè)校園網(wǎng)的配置中，把所有學(xué)生放在同一個(gè)VLAN中以便網(wǎng)絡(luò)管理員可以簡單的利用相同的策略把用戶分在同一個(gè)組中。VLAN為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在一個(gè)企業(yè)中提供靈活的管理辦法和安全政策，并且允許操作人員通過把不同主機(jī)劃分到不同的廣播域來實(shí)施某些程度的隔離。然而，這種靈活性卻帶來某些代價(jià)：在某些地

4、方不相交的IP層路徑被二層用作中繼，因此利用路徑的共享可能在其他方面帶來一些獨(dú)立的壞的性能（如：他們并沒有共享物理的基礎(chǔ)設(shè)施）。此外，這些二層路徑在IP層的不可見性使得利用常規(guī)的IP層工具診斷一些性能問題更加的困難。為了正確的設(shè)計(jì)和調(diào)試網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)操作者需要能在底層（如：二層交換機(jī)和中間設(shè)備）共享網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)路勁中提供可見性的工具?？上В?dāng)前對(duì)于共享的理解怎么樣去度量和描述它，以及它是怎么樣影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性、檢測和診斷的是很淺的。如果網(wǎng)絡(luò)操作者交叉層的依賴性中有很好的可見性，他們便能夠更好的設(shè)計(jì)他們的網(wǎng)絡(luò)，從而避免那些導(dǎo)致冗余的依賴，也能夠利用在高層中獨(dú)立出現(xiàn)的路徑上的公共的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更快的

5、診斷性能或問題。本文中，我們提出在交叉層分析，強(qiáng)調(diào)VLAN怎么創(chuàng)建共享以及IP層路徑的依賴性在其他方面也不相交的最初一步，而代替了直接處理在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)這個(gè)問題上的挑戰(zhàn)。我們提出一個(gè)初步的學(xué)習(xí)來描述這種存在于運(yùn)行在一個(gè)大型校園網(wǎng)VLAN中的IP子網(wǎng)的依賴性。我們描述了這種共享的原因以及在可靠性和網(wǎng)絡(luò)故障診斷中的意義。為了這個(gè)目標(biāo)，本文提出三個(gè)建議：l 以太線路，一個(gè)被動(dòng)的二層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)工具。以太線路用對(duì)網(wǎng)橋的被動(dòng)測量和網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)的地址解析協(xié)議表來推斷出VLAN（二層網(wǎng)絡(luò)）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我們已經(jīng)使得以太線路公共使用。l 大型校園網(wǎng)中VLAN誘導(dǎo)共享的實(shí)證分析和描述我們分析喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)穿越IP網(wǎng)絡(luò)分

6、段的VLAN誘導(dǎo)共享。利用網(wǎng)橋表進(jìn)入跨越1126個(gè)獨(dú)立的VLAN的1461個(gè)交換機(jī)對(duì)應(yīng)的大概29000個(gè)活動(dòng)的MAC地址，以及通過網(wǎng)絡(luò)中的79個(gè)不同子網(wǎng)的主機(jī)間的IP路由跟蹤來發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過對(duì)二層拓?fù)涞姆治?，我們發(fā)現(xiàn)多于85%的二層邊緣被至少6個(gè)不同的IP邊緣共享，并且一個(gè)二層邊緣會(huì)多于34個(gè)不同的IP邊緣共享。這些共享的大部分原因是出線復(fù)接子網(wǎng)通過VLAN中繼到達(dá)路由器。我們也發(fā)現(xiàn)一些IP子網(wǎng)不共享路由器但是共享二層基礎(chǔ)設(shè)備的例子，這些情況主要由于復(fù)合的校園中不同部門共享同一棟建筑以及二層基礎(chǔ)設(shè)備，但是他們又各有自己獨(dú)立的IP子網(wǎng)。l 通過基于斷層掃面的診斷分析這種共享的副作用以及交叉層

7、診斷算法的簡單分析。我們把二層相關(guān)性進(jìn)行量化，以便能退出網(wǎng)絡(luò)中斷層掃面算法的不精確程度，并證明交叉層方法可以通過兩個(gè)因素和四個(gè)特性因素改進(jìn)這種不精確度。 在第二節(jié)中，我們介紹了VLAN的背景和以太線路的概述。在第三節(jié)中，我們?cè)趩讨蝸喆髮W(xué)校園應(yīng)用了以太線路。在第四節(jié)中，我們分析了IP分段中的共享依賴性的程度和特征，表述了VLAN誘導(dǎo)的共享的類型。在第五節(jié)中，我們描述了交叉層故障定位方法來改進(jìn)推論中的精確性和特性。我們?cè)诘诹偷谄吖?jié)中回顧了相關(guān)的工作。2 二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) 這節(jié)主要對(duì)VLAN、以太線路和二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)推斷工具進(jìn)行了簡單的概述。2.1 VLAN的背景基于以太網(wǎng)的局域網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)型網(wǎng)橋

8、把網(wǎng)絡(luò)各個(gè)分段連接起來。這些網(wǎng)橋?qū)嵱靡粋€(gè)生成樹算法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些網(wǎng)橋通過偵聽主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)幀學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的位置，如果一個(gè)網(wǎng)橋偵聽到主機(jī)A通過端口x發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)幀，那么這個(gè)網(wǎng)橋今后就會(huì)把所有發(fā)給A的幀送到端口x。網(wǎng)橋在網(wǎng)橋表中維護(hù)這個(gè)信息，這個(gè)網(wǎng)橋表中所有的記錄都有主機(jī)的MAC地址以及主機(jī)接收數(shù)據(jù)幀的端口號(hào)。這個(gè)網(wǎng)橋表是動(dòng)態(tài)的，如果表中記錄沒有被主機(jī)的幀在超時(shí)時(shí)間內(nèi)刷新的話就失效了，然后調(diào)用那些MAC地址刷新了的主機(jī)活動(dòng)。在虛擬局域網(wǎng)中，一個(gè)單一的網(wǎng)橋可能被指定給一個(gè)或多個(gè)VLAN。網(wǎng)橋在每個(gè)VLAN中形成一個(gè)獨(dú)立的生成樹，這使得多重虛擬拓?fù)淠軌蛟诰W(wǎng)絡(luò)上共存。為了支持VLAN，

9、網(wǎng)橋表中的記錄包括了12bit的直接從數(shù)據(jù)幀中復(fù)制來的VLAN標(biāo)識(shí)符。網(wǎng)橋利用網(wǎng)橋表在每個(gè)VLAN內(nèi)部進(jìn)行交換，而不跨VLAN交換，通過連接到一個(gè)路由器進(jìn)行VLAN之間的通信?，F(xiàn)代路由器和交換路由器設(shè)備都支持VLAN接口，這些接口讓他們以多重虛擬接口的形式，在各個(gè)獨(dú)立的VLAN中出現(xiàn)。在企業(yè)、校園和數(shù)據(jù)中心中，VLAN都被用來把主機(jī)在拓?fù)渲邪垂芾碛蚧蛘逫P層中的功能單元中進(jìn)行分組，而不用考慮它們的物理位置。IP子網(wǎng)在本質(zhì)上是覆蓋二層基礎(chǔ)設(shè)備的，并且多重IP子網(wǎng)共享基礎(chǔ)二層設(shè)備。盡管所有的二層設(shè)備可能被一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)單元所擁有和操作，但對(duì)二層設(shè)備和IP子網(wǎng)的路徑之間的映像的維護(hù)可能因?yàn)榇笮『退俾?/p>

10、的配置上的變化而被質(zhì)疑，不像IP網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)間控制報(bào)文協(xié)議考慮到拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)，沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的算法可以用來發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。像CDP（思科發(fā)現(xiàn)協(xié)議）這樣的機(jī)制可以在二層上執(zhí)行路由跟蹤，但是它要求所有的交換機(jī)都要運(yùn)行CDP，然而這種情況因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的不同而是很少見的。這種需要發(fā)展了新的可以推斷出二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和它到IP網(wǎng)絡(luò)中被二層交換機(jī)所廣泛支持的接口的映射的系統(tǒng)。在接下來的章節(jié)中，我們描述以太線路，一個(gè)利用從實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）接口的交換機(jī)中獲得的網(wǎng)橋表記錄來發(fā)現(xiàn)二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工具。2.2 以太線路算法和工具 以太線路是一種在IP路徑上檢查網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)橋表記錄來推斷二層元素的被動(dòng)的二層拓?fù)浒l(fā)

11、現(xiàn)算法。以太線路依靠下一個(gè)簡單觀察來發(fā)現(xiàn)與每個(gè)IP路徑分段相應(yīng)的二層設(shè)備：應(yīng)為網(wǎng)橋在局域網(wǎng)中生成一個(gè)樹，在任何時(shí)候任何一對(duì)主機(jī)間僅有一條二層路徑，因此，在同一個(gè)VLAN中的兩臺(tái)主機(jī)之間的路徑上的網(wǎng)橋必須經(jīng)常在相同的接口上接收來自兩臺(tái)主機(jī)的幀。圖1表述了這種觀察法。這圖中的拓?fù)渲邪?0個(gè)交換機(jī)（標(biāo)記為A-L），生成樹中的物理連接用實(shí)線表示，被封鎖的路徑用虛線表示，我們假設(shè)有兩臺(tái)主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中，接收到主機(jī)發(fā)來的幀的端口用主機(jī)的標(biāo)識(shí)符來標(biāo)記交換機(jī)的端口。為了確定主機(jī)1和主機(jī)2之間的二層路徑，我們觀察主機(jī)1和主機(jī)2之間的路徑上在兩個(gè)不同端口上接收主機(jī)1和主機(jī)2的MAC地址的交換機(jī)，所有其他的交換機(jī)用

12、同一個(gè)端口接收MAC地址。以太線路能在IP路徑中確定一組交換機(jī)在所有IP路徑分組中作為組成交換機(jī)。以太線路也能確定一條路徑中所有交換機(jī)的指令和端口，但是這對(duì)于依賴性分析并不重要。因此，我們只描述確定二層交換機(jī)的集合和一條路徑的方法。下面將正式的描述這種方法。記號(hào)：我們參考網(wǎng)絡(luò)上所有交換機(jī)的網(wǎng)橋表記錄片段把主機(jī)x記作Tx，每個(gè)入口是一個(gè)三維的表（e.b,e.p,e.v），三元素指網(wǎng)橋、端口和各自的VLAN標(biāo)識(shí)符域。對(duì)于主機(jī)x和主機(jī)y，Txy指的是集合Tx和Ty的對(duì)稱差分。B（Tx）和V（Tx）指的是網(wǎng)橋集合和在記錄中獨(dú)立屬于Tx的VLAN的集合。確定路徑元素：為了確定兩個(gè)主機(jī)間IP路徑上的交換機(jī)

13、，以太線路首先用地址解析協(xié)議表來兩臺(tái)主機(jī)的MAC地址，然后考慮這兩個(gè)情況來確定二層路徑。情況1：主機(jī)在相同的VLAN和IP子網(wǎng)。以太線路從網(wǎng)橋表中確定包含這兩個(gè)主機(jī)的網(wǎng)橋表的記錄，在這些記錄中確定是屬于那些的VLAN標(biāo)識(shí)符，這里存在一組那個(gè)VLAN中在獨(dú)立端口上接收到兩臺(tái)主機(jī)的MAC地址的交換機(jī)。對(duì)于主機(jī)x和主機(jī)y，路徑中的元素被特別的作為一個(gè)三元組幾個(gè)而給出。如下：S（s，y）=（e.b,e.p,e.v）：eTxy，e.bB（Tx）B（Ty），e.vV（Tx）V（Ty） （1）等式1中的第一個(gè)約束條件是選擇除了相同的以外的所有屬于它們的主機(jī)的網(wǎng)橋、接口和VLAN組（也就是在相同的端口和VLA

14、N標(biāo)記時(shí)收到兩個(gè)主機(jī)的信的網(wǎng)橋）。第二個(gè)和第三個(gè)約束條件確保了以太線路包含了唯一收到來自相同VLAN的兩臺(tái)主機(jī)的幀的網(wǎng)橋。這有兩個(gè)子情形。盡管網(wǎng)絡(luò)管理員通常會(huì)把每個(gè)VLAN配置到相關(guān)的一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)中，但是也可能要用一個(gè)環(huán)路電纜連接兩個(gè)沒有中繼的端口來實(shí)現(xiàn)多重VLAN的連接，在這種情況下，生成樹會(huì)消失。如果兩臺(tái)主機(jī)在這樣的VLAN中，上層的算法因?yàn)橄У腣LAN在V（Tx）V（Ty）中出現(xiàn)而繼續(xù)正確的工作。第二個(gè)子情形發(fā)生在當(dāng)一個(gè)路徑中的一對(duì)網(wǎng)橋通過一個(gè)無源器件如集線器或者中繼器連接的時(shí)候，而以太線路不能識(shí)別出這樣的無源器件。如果兩臺(tái)主機(jī)在這樣的網(wǎng)段中，以太線路會(huì)在兩個(gè)主機(jī)間聲明一個(gè)虛路徑。在大

15、部分現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)部署中，每個(gè)主機(jī)直接連接到一個(gè)交換機(jī)的端口，并且如果有的話，這將在集線器或總線上有一個(gè)微弱的通信，因此，以太線路只有很小的可能會(huì)失敗。與這個(gè)小情形相類似，以太線路也可能不能知道網(wǎng)絡(luò)中的一些交換機(jī)的存在，也就不能從它們那里獲得網(wǎng)橋表了，如果這些交換機(jī)出現(xiàn)在路徑上，那么以太線路也不能檢測到它們。情況2：主機(jī)在不同的VLAN中。當(dāng)主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中不同的VLAN中時(shí)，以太線路可以根據(jù)這些主機(jī)間IP層的路由追蹤來確定這些主機(jī)間的二層路徑。以太線路首先為每個(gè)IP路徑分段推斷出二層路徑元素，然后連接它們來確定全部路徑上的元素。如果主機(jī)x和主機(jī)y之間的路由追蹤是h1hk，h1=x、hk=y，那么路徑上

16、的二層元素是： S（x，y）= S（hi，h（i+1） （2） i=1：k-1實(shí)施：我們用Python語言和一個(gè)MYSQL數(shù)據(jù)庫后端實(shí)現(xiàn)了以太線路，并且是它公開使用。當(dāng)前以太線路的實(shí)施主要依賴與從交換機(jī)獲得的網(wǎng)橋表、從路由器中獲得的地址解析協(xié)議表和網(wǎng)絡(luò)中個(gè)主機(jī)間的路由追蹤信息的不斷升級(jí)的數(shù)據(jù)庫，而想要獲得交換機(jī)中的網(wǎng)橋表和路由器中的地址解析協(xié)議表需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行管理授權(quán)，但是一旦這些中間數(shù)據(jù)庫操作這些表，推斷也將很被動(dòng)，并且也不必要求和這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互作用。最終，用戶將不要求管理授權(quán)給這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來獲得二層路徑。3 數(shù)據(jù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本節(jié)主要描述數(shù)據(jù)和用以太線路推斷二層路徑的過程。3.1 數(shù)據(jù)數(shù)

17、據(jù)的類型：我們依賴與全部來自喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)的三種數(shù)據(jù)來源，第一是所有交換機(jī)中獲得的網(wǎng)橋表記錄，利用SNMP（簡單管理協(xié)議）每四小時(shí)對(duì)這些交換機(jī)進(jìn)行檢測一次。第二是地址解析協(xié)議表，我們每小時(shí)都這些路由器進(jìn)行檢測一次，這些表把IP地址和MAC地址的映射提供給我們。第三是79個(gè)CPR節(jié)點(diǎn)和部署在校園網(wǎng)中不同子網(wǎng)中的主機(jī)間的IP路由追蹤。這些節(jié)點(diǎn)每五分鐘執(zhí)行一次兩兩之間的路由追蹤。從歷史的觀點(diǎn)上說，這些數(shù)據(jù)被收集來走位審計(jì)的目的，這就是為什么每個(gè)數(shù)據(jù)集合都有其不同的輪詢間隔。從CPR中得到的路由追蹤數(shù)據(jù)是被設(shè)計(jì)的唯一的用于主動(dòng)測量的。本文專注描述在一個(gè)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中的VLAN誘導(dǎo)依賴性，因此研究中需要緩

18、慢的更新速率。完整性和一致性：因?yàn)榈刂方馕鰠f(xié)議和網(wǎng)橋表記錄通常比各自的輪詢間隔要更頻繁的到期，所以一個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)片段不能包含所有的MAC地址和網(wǎng)橋表記錄，為了克服這個(gè)難題，我們保留沒有被當(dāng)前片段所覆蓋的簽一個(gè)片段。然而，從另兩個(gè)方面考慮，保存就得記錄卻增加了不一致性的風(fēng)險(xiǎn)，第一，由于失效、重新配置或者是主機(jī)移動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)中另一個(gè)不同的部分，會(huì)導(dǎo)致連續(xù)片段之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。同樣的，DHCP服務(wù)器的租期到期而使連續(xù)片段間的IP地址發(fā)生變動(dòng)。在本文中，為了減輕這種影響，我們僅僅檢測2008年3月25號(hào)這天的片段作文比較介紹，并且這天的網(wǎng)絡(luò)沒有報(bào)錯(cuò)和中止運(yùn)行。為了達(dá)到IP地址的一致性，我們將限制對(duì)

19、MAC地址的分析，這些MAC地址僅僅映射到交叉與在2008年3月25號(hào)這天的片段的一個(gè)簡單網(wǎng)絡(luò)IP地址。為了減輕由于主機(jī)在校園無線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)引起的不一致性，我們僅僅考慮有線網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)（無線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)校園網(wǎng)絡(luò)中單獨(dú)的大型VLAN網(wǎng)絡(luò)）。從交換機(jī)中獲取SNMP片段所花的時(shí)間會(huì)引起不一致性，所以我們只研究在網(wǎng)絡(luò)上能在一分鐘之內(nèi)下載到網(wǎng)橋表的那部分網(wǎng)絡(luò)。表2簡要說明了獲取和處理SNMP數(shù)據(jù)的潛在因素的分布。除了包含在從一個(gè)單一的交換機(jī)中獲取記錄中潛在因素外，在所有交換機(jī)中輪詢也包含了一個(gè)潛在因素，我們能在大概15分鐘之內(nèi)獲得一個(gè)片段。我們驗(yàn)證了使用當(dāng)在一個(gè)片段窗中IP層拓?fù)涫欠€(wěn)定的的時(shí)候的路由追蹤。

20、數(shù)據(jù)集的大?。簲?shù)據(jù)集包含了79個(gè)CPR節(jié)點(diǎn)之間的路由追蹤信息、114個(gè)交換機(jī)中的網(wǎng)橋表記錄、31個(gè)路由器中的地址解析協(xié)議表、29萬個(gè)獨(dú)立的MAC地址。本文只用CPR節(jié)點(diǎn)的MAC地址和路由接口進(jìn)行分析研究。3.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)推斷我們先用CPR節(jié)點(diǎn)間的IP路由追蹤信息來估量IP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我們可以總結(jié)出如果路由器以鄰居的身份接入CPR之間的任何路由追蹤，那么IP邊緣就會(huì)存在于這兩個(gè)IP路由器之間。我們利用路由器的信息、交換機(jī)的配置和接口IP地址的反向DNS記錄來除去屬于相同路由器上不同接口的IP地址的別名，因?yàn)槲覀兛梢垣@得所有的路由器和交換機(jī)，所以這是一個(gè)切實(shí)可行的辦法。我們用第二節(jié)中描述的以太線路算

21、法來推斷二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于那些在相同VLAN中的，也就它們之間沒有一個(gè)IP路由器的CPR節(jié)點(diǎn)，我們用以太線路算法的情況1，少于5%的CPR節(jié)點(diǎn)對(duì)共享一個(gè)子網(wǎng)。其余的CPR節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的路徑，我們用情況2。我們獲取與每一個(gè)IP單跳的的IP路徑一致的二層路徑，并連接起來以獲得所有的路徑來推斷出這些節(jié)點(diǎn)之間的二層路徑。我們使用那些出現(xiàn)在路由追蹤中的路由器的而不是除掉別名后的IP地址。這里注意一下：當(dāng)計(jì)算一個(gè)子網(wǎng)中的二層路徑是，以太線路需要兩個(gè)在同一個(gè)VLAN中的二層終端的MAC地址，不幸的是以太線路的ICMP的邏輯鏈路超時(shí)信息把路由器的返回端口的IP地址作為源地址，結(jié)果導(dǎo)致如果IP路徑不對(duì)稱，那么出現(xiàn)

22、在路由追蹤中相鄰的IP地址就不屬于同一個(gè)子網(wǎng)也就不是同一個(gè)VLAN了，這使得IP追蹤不在適合計(jì)算二層路徑，這樣的話我們就假設(shè)IP路徑是對(duì)稱的并且這個(gè)這個(gè)問題也不會(huì)再出現(xiàn)，如果這個(gè)假設(shè)不成立，我們可以從路由器的配置中獲得路由器上前向的端口上的IP地址，這種方法是可行的，因?yàn)槠髽I(yè)網(wǎng)絡(luò)的管理者有權(quán)實(shí)用這個(gè)信息。圖2表明了利用以太線路發(fā)現(xiàn)的喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)的二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而IP層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也與喬治亞大學(xué)辦公室信息技術(shù)組（負(fù)責(zé)喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)操作的組織）提供的實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)配置相一致，我們也親手驗(yàn)證了這些中的許多路徑、屬于不同部門的邊緣交換機(jī)以及連接到作為網(wǎng)關(guān)和訪問Internet的核心網(wǎng)絡(luò)路由器的中心交

23、換機(jī)。4 VLAN誘導(dǎo)共享在這節(jié)中，我們分析IP邊緣和路徑上共享基礎(chǔ)設(shè)施。有多少不同的IP邊緣穿過一個(gè)給定的二層邊緣？首先研究在IP表中所有的邊緣的共享特性。圖3（a）表明了穿過任何給定的二層邊緣的不同的IP邊緣的數(shù)目。圖3（a）中的實(shí)線表示85%的二層邊緣被至少6個(gè)不同的IP邊緣共享、50%的二層邊緣被17或者更多的IP邊緣共享。我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)被34個(gè)IP邊緣之間共享的二層邊緣包含了若干個(gè)子網(wǎng)中繼到核心網(wǎng)絡(luò)中相同的網(wǎng)關(guān)路由器。其次，我們研究不共享其他頂點(diǎn)上的一個(gè)路由器中的邊緣之間的VLAN誘導(dǎo)共享。圖3（a）中的虛線表示了這種分布。大約55%的二層邊緣至少被IP表中沒有公共節(jié)點(diǎn)的IP邊緣所共享

24、、4%的二層邊緣被17或者18個(gè)不同的IP邊緣所共享，這種情況發(fā)生在當(dāng)?shù)乩砩舷噜彽亩嘀刈泳W(wǎng)（VLAN）用一個(gè)公共交換機(jī)作為中繼連接到它們不同的網(wǎng)關(guān)路由器的時(shí)候，不同的部門共同在同一個(gè)建筑內(nèi)（喬治亞大學(xué)校園內(nèi)的實(shí)際安排）的時(shí)候這種設(shè)置是很普遍的：每個(gè)部門都有一個(gè)邏輯獨(dú)立的網(wǎng)關(guān)路由器，也許是為了部門里職員能夠進(jìn)行獨(dú)立的管理。這些結(jié)論對(duì)于網(wǎng)絡(luò)容量和可靠性的規(guī)劃有了重要的應(yīng)用。IP路徑和分段的不想交可能因?yàn)樗鼈児灿孟聦拥幕A(chǔ)設(shè)施而并不能獨(dú)立。結(jié)果，分段將會(huì)和性能和可靠性有關(guān)，下層網(wǎng)絡(luò)的擁擠和失效會(huì)同時(shí)影響這些不明顯相交的IP路徑。實(shí)際上，確定兩個(gè)IP路徑是否獨(dú)立通常需要檢測VLAN的配置。多少不相交的

25、IP層路徑共享一個(gè)給定網(wǎng)絡(luò)部件？圖3（b）表明了在CPR節(jié)點(diǎn)中穿過一個(gè)特殊的二層交換機(jī)、一個(gè)二層邊緣、一個(gè)IP路由器或者一個(gè)IP邊緣的IP層路徑的數(shù)目分分布情況。例如，表中表示了50%的二層交換機(jī)被至少40個(gè)IP層路徑所穿過，大約50%的3層路由器至少被120個(gè)IP層路徑所穿過。最不普遍的是網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)了二層元件比三層元件少點(diǎn)的共享。稍微普遍的是交換機(jī)和路由器有著相似的IP路徑穿過它們的數(shù)目，不論那種情況下，一個(gè)簡單的元件故障將會(huì)影響到數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)IP子網(wǎng)對(duì)的連通性。 這些特征中有兩種情況。第一，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)的數(shù)目顯然比路由器的數(shù)目多，當(dāng)一個(gè)IP路徑穿過比路由器多的交換機(jī)時(shí)，大量的交換機(jī)

26、最終在每個(gè)元件的基礎(chǔ)上誘導(dǎo)了較少的共享；第二，在網(wǎng)絡(luò)核心中，更頻繁的使用路由器和交換機(jī)，它們的中心自然的會(huì)誘導(dǎo)更多的共享。這與在核心中的路徑上二層和IP的共享有一點(diǎn)不同，因?yàn)楹诵闹械慕粨Q機(jī)構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立的IP子網(wǎng)。5 對(duì)于故障診斷的影響本節(jié)在基于斷層掃描技術(shù)的故障診斷上檢測了VLAN誘導(dǎo)共享所包含的影響。仿真。我們?cè)趫D2中所表示的喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)的拓?fù)鋱D中仿真了二層鏈路故障，并用二元斷層掃面技術(shù)來定位一個(gè)失效的IP路徑作為輸入的故障。給定一個(gè)或幾個(gè)失效的邊緣，這種方法利用找到在所有失效路徑中共享的邊緣的最小集合來解釋了這種故障，這個(gè)問題類似與找到最小的壓縮集合或者覆蓋問題集合。因?yàn)檎业阶钚〉膲?/p>

27、縮集合是一個(gè)多項(xiàng)式，所以我們用一個(gè)隨機(jī)的近似值算法，在這個(gè)算法中，我們找一個(gè)隨機(jī)的需求方案，并且在所有的重復(fù)中挑選一個(gè)最小的方案。這個(gè)算法當(dāng)n所有失效路徑中的總的邊緣數(shù)目時(shí)有一個(gè)近似值O（log n）。這個(gè)仿真按照一下方法進(jìn)行。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)邊緣，我們確定一個(gè)穿過失效的二層邊緣的CPR節(jié)點(diǎn)間的IP路徑。我們下面兩種不同的方法來制造一個(gè)失敗的定位來測量在虛擬網(wǎng)絡(luò)中隱藏的依賴性的影響。1、傳統(tǒng)方法。如同在常見的IP二元斷層掃描技術(shù)中，我們用出現(xiàn)在受影響的IP路徑中而不出現(xiàn)在不受影響的IP路徑中的IP邊緣來作為每個(gè)受影響的IP路徑的依賴性集合。2、交叉層方法。我們應(yīng)用以太線路的方法來確定與出現(xiàn)在

28、受影響的IP路徑中而不初相在任何不受影響的IP路徑中的一致的二層邊緣作為受影響的IP路徑的相關(guān)性的集合。在兩種情況中，我們都用了壓縮集算法來找到最小的與每個(gè)失效的IP路徑的依賴集相交的邊緣的公共集合。對(duì)于第一種方法，壓縮集中包含了IP邊緣集合，而對(duì)于第二種方法，包含了二層邊緣。為了對(duì)照，我們把前者變換為一致的二層邊緣并且比較兩種情況下的精確度和唯一性。我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)二層邊緣進(jìn)行比較這兩種方法。故障定位的精確性和唯一性。我們定義了定位的精確性是當(dāng)壓縮集包含了原來的失效的二層邊緣時(shí)，定義了唯一性是用壓縮集大小的逆矩陣。一個(gè)小的壓縮集反映了更高的唯一性。 精確度。對(duì)于有一個(gè)單獨(dú)的壓縮集的二層邊緣

29、失效，交叉層方法能達(dá)到100% 的精確性，而傳統(tǒng)的方法只能到達(dá)54%的精確性。唯一性。用交叉層方法來確定的唯一性能達(dá)到95%，那么就完全認(rèn)為是1：壓縮集是完全明確的而不包含附加的任何邊緣。平均的壓縮集大小是1.48個(gè)二層邊緣，或者67%的確定性。另一方面，用傳統(tǒng)的方法時(shí)能達(dá)到95%的唯一性也只能有11%（9個(gè)二層邊緣），平均27%-3.7個(gè)二層邊緣。在喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)中，把交叉層依賴性的信息應(yīng)用到改善精確性的兩個(gè)因素和唯一性的四個(gè)因素。僅用IP層信息來進(jìn)行診斷，會(huì)得到一個(gè)很差的唯一性，因?yàn)镮P分段比二層路徑分段更加的粗糙。僅用IP層信息會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)IP路徑分段通常有兩個(gè)或者更多的二層分段，并且

30、每一個(gè)這中分段都會(huì)以一個(gè)獨(dú)立的相似原因出現(xiàn)而降低了精確度。6 相關(guān)工作二層拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)。以太線路描述了與從網(wǎng)橋表記錄中被動(dòng)的推斷二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)緊密結(jié)合的技術(shù)。這種個(gè)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)算法能夠發(fā)現(xiàn)大數(shù)目的以太網(wǎng)連接，它用一個(gè)新的探測節(jié)點(diǎn)來誘騙它們把MAC地址注入到交換機(jī)的網(wǎng)橋表記錄中，然后觀察連通性的破壞。Breitbart用網(wǎng)橋表類似于以太線路的方法，但是因?yàn)橐蕴€路為VLAN工作并且用IP路由追蹤來生成多重子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而延展了前面的工作。Sebos用定位系數(shù)來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不見的共享冒險(xiǎn)連接組，與此相反，我們確定共享冒險(xiǎn)連接組是基于IP連接是否與下面二層基礎(chǔ)設(shè)施共享。思科發(fā)現(xiàn)協(xié)議（CDP）是一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行二層

31、路由追蹤的專屬協(xié)議，但是它要求網(wǎng)絡(luò)中的所有的交換機(jī)都要運(yùn)行CDP。交叉層診斷。Kompella主張用交叉層的可見性來規(guī)劃、維護(hù)和故障診斷，幾個(gè)先前的工作已經(jīng)用二元和概率共享冒險(xiǎn)組來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)診斷，這個(gè)工作第一個(gè)研究VLAN誘導(dǎo)依賴性及其含義的故障診斷。VLAN特征研究。Garimella 用一個(gè)校園網(wǎng)絡(luò)來研究VLAN，他們使得VLAN更加普遍、以不同類型的錯(cuò)誤配置有特點(diǎn)、并且描述了兩臺(tái)相鄰的主機(jī)的路由交換，但是不同的VLAN可能導(dǎo)致很大程度上長的三層路徑，與此相反，我們研究IP層和二層路徑之間的關(guān)系，和這種在冗余和診斷上的共享的負(fù)面影響，Rooney提出了基于交換線路的動(dòng)態(tài)VLAN。我們的研究能

32、夠得到一個(gè)相似的供應(yīng)策略來提高IP網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)能力（如配置VLAN是不相交的IP路徑在相同的二層基礎(chǔ)設(shè)備上不被路由）。7 總結(jié)及今后的工作本文研究了在一個(gè)校園網(wǎng)中的VLAN誘導(dǎo)共享。我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)施了一個(gè)以太線路，它是一個(gè)在VLAN中操作的被動(dòng)二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)工具。以太線路為相關(guān)的IP主機(jī)集合發(fā)現(xiàn)二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用以太線路，我們通過一天的課程推斷出擁有94個(gè)路由器、114個(gè)交換機(jī)和大約90000個(gè)獨(dú)立的MAC地址的喬治亞大學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)的二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我們發(fā)現(xiàn)表面上看起來獨(dú)立的IP路徑實(shí)際上并不是獨(dú)立的：一些二層邊緣被多于30個(gè)不同的IP鏈路共享、一些二層邊緣被多于18個(gè)節(jié)點(diǎn)不相交的IP邊緣共享。我們

33、測量了這些依賴性是怎樣引起傳統(tǒng)的IP層故障定位技術(shù)不考慮二層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤的推斷的。我們也表明了一個(gè)包含二層和IP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的交叉層斷層掃描分方法能以兩個(gè)因素和四個(gè)特性因素改善精確性。我們相信這個(gè)初步的研究將會(huì)促進(jìn)將來更徹底的測試校園網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中VLAN和IP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)系。例如，一個(gè)需要更進(jìn)一步關(guān)注的地方是怎么樣知道這些依賴關(guān)系可以幫助網(wǎng)絡(luò)的配置和規(guī)劃：意識(shí)到許多IP層路徑實(shí)際上共享共同的物理設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)操作者可以在IP層上不同地設(shè)置中繼VLAN和路由器網(wǎng)絡(luò)。同樣的，網(wǎng)絡(luò)操作者可以利用這種依賴關(guān)系在那些配置沒有部署之前來確定VLAN中繼策略（如網(wǎng)橋表的大小、地址解析協(xié)議表和信息容量

34、）的影響。按照冗余規(guī)劃，以太線路本身就可以拓展到不是生成樹的一部分但是可能會(huì)在故障的時(shí)候用到的節(jié)點(diǎn)和鏈路上。設(shè)計(jì)工具或者是修改協(xié)議，幫助操作者發(fā)現(xiàn)存在于故障場合的IP到二層的映射也可以改善網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和操作?！皬募拥匠恕痹u(píng)析靜安區(qū)教育學(xué)院特級(jí)教師 曹培英萬航渡路小學(xué)副校長 張敏萬航渡路小學(xué) 羅杰張：“從加到乘”這節(jié)課，羅杰老師上得比較輕松，感覺效果蠻好的。我們發(fā)現(xiàn)羅老師的教學(xué)設(shè)計(jì)很有特色，把教材用活了。你能不能介紹一下，這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)思路和教學(xué)活動(dòng)安排的意圖。羅：“從加到乘”是數(shù)學(xué)新教材第三冊(cè)第二單元中“乘法的引入”的第二課時(shí)。這節(jié)課的主要教學(xué)目標(biāo)是在上節(jié)課初步接觸了幾個(gè)幾，會(huì)寫連加算式的基礎(chǔ)

35、上，讓學(xué)生懂得同數(shù)連加用乘法簡便，會(huì)把同數(shù)連加的算式改寫成乘法算式。知道乘法算式怎么寫、怎么讀，以及乘法算式中各部分的名稱。這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)， 首先是進(jìn)一步加工教材內(nèi)容。 新課程理念強(qiáng)調(diào)不要一味地“教教材”，而是“用教材”?！俺朔ǖ囊搿边@部分教材是由游樂園、幾個(gè)幾和從加到乘三部分組成的。我將游樂園作為一個(gè)貫穿全課的情境，利用這個(gè)情境展開從加到乘的教學(xué)。為此，我適當(dāng)處理并拓展了教材內(nèi)容。在引入環(huán)節(jié)，借助課件讓學(xué)生觀察游樂園里劃船的項(xiàng)目，數(shù)幾個(gè)3來引出同數(shù)連加。教材中是6個(gè)3，但現(xiàn)在的學(xué)生計(jì)算水平還是比較容易算出答案的。于是，我一邊引導(dǎo)學(xué)生數(shù)數(shù)有幾個(gè)3，一邊把6個(gè)3拓展到了10個(gè)3來進(jìn)一步感知幾

36、個(gè)幾。這樣，當(dāng)學(xué)生要一口氣報(bào)出10個(gè)3連加的算式時(shí)，當(dāng)他們看到長長的板書時(shí)，明顯地感到同數(shù)連加太繁了，造成一種強(qiáng)烈的沖突，他們迫切地想去找到用何種方法使同數(shù)連加的算式簡便，為乘法的引入打好了基礎(chǔ)。其次是采用了自學(xué)的方法。 這節(jié)課中有關(guān)乘法的認(rèn)識(shí)、讀法、寫法和各部分的名稱，都是需要學(xué)生理解并掌握的。我是用了看書自學(xué)的方式，讓課本來告訴學(xué)生。雖然，他們只有二年級(jí)，但是通過新教材一年多的學(xué)習(xí)，完全有能力獨(dú)立看書理解。通過課堂實(shí)際反饋，學(xué)生也的確具備了基本的自學(xué)能力。還有就是讓學(xué)生嘗試把同數(shù)連加改寫成乘法。 學(xué)生看書自學(xué)后，他們是否真正理解了呢？這時(shí)，關(guān)鍵是讓學(xué)生交流，通過表達(dá)把這些知識(shí)內(nèi)化。反饋后再

37、通過進(jìn)一步應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生把引入部分幾個(gè)幾的同數(shù)連加算式，改寫成乘法算式。這個(gè)過程既是一種展現(xiàn)數(shù)學(xué)思維的互動(dòng)的過程，也是一種數(shù)學(xué)文化的滲透過程。這個(gè)過程始終緊扣課題，幫助學(xué)生更好地理解了加號(hào)和乘號(hào)、加法和乘法的關(guān)系。張：從實(shí)際教學(xué)效果看，你的設(shè)計(jì)思路和安排意圖，得到了較好的體現(xiàn)。請(qǐng)你再介紹一下這節(jié)課的練習(xí)設(shè)計(jì)是怎樣考慮的。特別是談?wù)勀阍谟煤?、用足教材方面的?jīng)驗(yàn)。羅：如果認(rèn)真鉆研教材，找到教材內(nèi)容之間的關(guān)系，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)新教材中有些內(nèi)容的設(shè)計(jì)是可以反復(fù)使用的。例如，我在鞏固練習(xí)層次中引導(dǎo)學(xué)生“找找還有什么內(nèi)容求總數(shù)也可以用同數(shù)連加來表示的？”學(xué)生回到游樂園這幅圖中找到了：有4個(gè)小朋友，每個(gè)小朋友手中

38、有5個(gè)氣球。4個(gè)5，4×5=20。后面，判斷是不是同數(shù)連加的香腸圖、饅頭圖的題目和最后把12個(gè)小圓點(diǎn)圈一圈，說說有幾個(gè)幾，并用乘法算式表示的這些題目，都是課本前面一課時(shí)幾個(gè)幾中的內(nèi)容。我充分利用課本資源，進(jìn)行了運(yùn)用和拓展。比如，由饅頭圖引出了3個(gè)0。張：這些練習(xí)設(shè)計(jì)都收到了很好的效果。我們還是請(qǐng)曹老師對(duì)這節(jié)課作一些更深入的分析。曹：“從加到乘”這節(jié)課的成功經(jīng)驗(yàn)，羅杰老師剛才自己總結(jié)了四點(diǎn)：第一，對(duì)教材進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぃ簿褪窃诶斫饬私滩木帉懸鈭D的基礎(chǔ)上，從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容作出進(jìn)一步的加工、處理。第二，采用了讓學(xué)生閱讀課本的方法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。第三，讓學(xué)生嘗試把同數(shù)連加改寫成乘法，以此檢驗(yàn)學(xué)生的閱讀成效，是不是真正看懂了。第四，充分利用課本資源，一題多用，一圖多用，而且用的比較自然，比較有效。這些都是其他老師可以借鑒的。我再談三點(diǎn)。首先，從教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成來看：這節(jié)課的主要目標(biāo)是初步認(rèn)識(shí)乘法，具體地說，就是初步理解乘法的含義，會(huì)寫、會(huì)讀乘法算式，以及知道乘法算式中各部分的名稱。其中最重要的是乘法的含義，包括對(duì)引進(jìn)乘法必要性的認(rèn)識(shí)，即為什么要引進(jìn)乘法。怎樣讓學(xué)生獲得這些認(rèn)識(shí)，當(dāng)然，最好是讓學(xué)生自己體會(huì)、感悟，而不是簡單的辦法就是教師講，學(xué)生聽。那么，怎樣才能讓學(xué)生自己