计算机网络实验一 交换网络组建

mingkai20042024-06-25 19:47

实验报告册模板及实验pkt文件下载：

2024实验报告纸-计算机网络-交换网络组建.doc

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利用三层交换机实现不同vlan的主机间互联互通.pkt

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一、实验内容

1. 常用网络命令的应用

2. 交换机基本配置

3. 虚拟局域网VLAN基本设置

4. 利用三层交换机实现不同VLAN间通信

二、实验目的和要求

1. 通过了解网络实验台的软硬件环境及命令行界面，掌握网络配置和查看配置信息的方法。

2. 通过熟悉常用的网络命令，掌握网络测试方法。

3. 通过配置交换机端口隔离，理解虚拟局域网VLAN的原理，掌握Port Vlan的配置方法。

4. 通过配置三层交换机的路由功能，实行VLAN间互相通信。

三、实验设备（软、硬件）

  • 二层交换机
  • 三层交换机
  • PC机
  • Packet Tracer仿真软件

四、实验设计方案（或实验综合知识）

案例：某市某单位在办公楼内组建局域网，使各业务部门的计算机能够互连互通，为避免广播风暴，同时也是出于为不同的业务部门划分不同的VLAN，请根据以上需求，组建交换局域网。

**  1. 组网需求分析**

**  2. 组网方案设计**

**  3. VLan及IP地址规划**

主机名 交换机名 端口 Vlan IP地址 子网掩码 网关地址
主机0 S2126-2 F0/1 10 192.168.10.1 255.255.255.0 192.168.10.254
主机1 S2126-2 F0/2 10 192.168.10.2 255.255.255.0 192.168.10.254
主机2 S2126-2 F0/3 20 192.168.20.1 255.255.255.0 192.168.20.254
主机3 S2126-1 F0/1 20 192.168.20.2 255.255.255.0 192.168.20.254
主机4 S2126-1 F0/2 30 192.168.30.1 255.255.255.0 192.168.30.254
二层交换机1 S3760-2 F0/1
二层交换机2 S3760-2 F0/2
三层交换机 S3760-2

五、实验原理

1. 二层交换技术

二层交换技术发展比较成熟，二层交换机属于数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

交换机的管理方式基本分为两种：带内管理和带外管理。通过交换机的Console口管理交换机属于带外管理，不占交换机的网络接口，其特点是需要使用配置线缆，近距离配置。

2. VLAN技术

VLAN（VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网）是指在一个物理网段内，进行逻辑的划分，划分成若干个虚拟局域网。VLAN最大的特性是不受物理位置的限制，可以进行灵活的划分。VLAN具备了一个物理网段所具备的特性。相同VLAN内的主机可以互相直接访问，不同VLAN间的主机之间互相访问必须经由路由设备进行转发。

Port Vlan是实现VLAN的方式之一，Port Vlan是利用交换机的端口进行VLAN的划分，一个端口只能属于一个VLAN。

3. 三层交换技术

三层交换机是在二层交换的基础上实现了三层的路由功能。三层交换机基于"一次路由，多次交换"的特性，在局域网环境中转发性能远远高于路由器。而且三层交换机同时具备二层的功能，能够和二层的交换机进行很好的数据转发。三层交换机的以太网接口要比一般的路由器多很多，更加适合多个局域网段之间的互联。

六、实验方法及步骤

(1) 简单局域网环境的搭建

第一部分流程如下：

(1)分配一个192.168.1.0/24的网段

(2)给3个主机分配IP地址依次为192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.3

(3)熟悉基本的命令，如ping命令、ipconfig命令、tracert命令

(4)实现同路由器下的主机连通性测试

1.1 特定网段 192.168.168.1.0/24

 192.168.1.0/24是一个IP地址和子网掩码的组合，用于标识一个特定的网络段。这种表示方法称为CIDR（无类别域间路由）表示法。

192.168.1.0 是网络的IP地址。 /24 表示子网掩码的位数。在这种情况下，子网掩码是 255.255.255.0。
192.168.1.0/24 表示的网络范围是：
网络地址：192.168.1.0
可用的IP地址：192.168.1.1 至 192.168.1.254
广播地址：192.168.1.255

1.2 给3台主机分配IP地址

主机名称 IP地址 子网掩码
主机0 192.168.1.1 255.255.255.0
主机1 192.168.1.2 255.255.255.0
主机2 192.168.1.3 255.255.255.0

1.3 ping命令 测试主机间的连通性

ping命令是一个网络诊断工具，用于测试主机之间的网络连接是否正常。它通过发送ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）回显请求消息到目标主机，并等待接收回显响应消息来工作。

当你执行ping命令时，它会做以下几件事：

1.发送一个或多个ICMP回显请求消息到指定的IP地址或域名。

2.等待目标主机收到请求并发送回一个ICMP回显响应消息。

3.显示往返时间（RTT，Round-Trip Time），即从发送请求到接收到响应所花费的时间。

4.显示发送和接收的包的数量，以及丢失的包的数量。

1.4 ipconfig命令 显示当前网络配置

ipconfig是一个Windows操作系统中的命令行工具，用于显示当前的网络配置信息，包括IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器等。

我们在主机 0 的命令提示符上调用 ipconfig命令，可以查看到主机 0 的网络配置信息

IP Address......................: 192.168.1.1
Subnet Mask.....................: 255.255.255.0
Default Gateway.................: 0.0.0.0

1.5 tracert命令 查看数据包从你的计算机到目标主机所经过的路由路径

tracert（在Windows中）或traceroute（在Unix/Linux和macOS中）命令是一个网络诊断工具，用于显示数据包从你的计算机到目标主机所经过的路由路径。这个命令通过发送一系列带有递增生存时间（TTL，Time To Live）值的数据包来工作。

当使用tracert或traceroute命令时，它会：

1.向目标主机发送一个TTL值为1的数据包。

2.第一个路由器（通常是你的本地ISP的路由器）收到这个数据包后，会将其转发一次，然后因为TTL值减为0而丢弃它，同时发送一个ICMP时间超过消息回给你的计算机。

3.你的计算机收到ICMP消息后，会记录下这个路由器的地址。

4.然后，tracert会发送一个TTL值为2的数据包，第二个路由器会将其转发一次，再次因为TTL值减为0而丢弃它，并发送ICMP消息。

5.这个过程会一直重复，直到数据包到达目标主机或达到最大TTL值。

我们在主机0的命令提示符中输入命令tracert 192.168.1.2，来查看数据包从主机0到主机2所经过的路由路径。

PC0>tracert 192.168.1.2
Tracing route to 192.168.1.2 over a maximum of 30 hops: 
  1   83 ms     49 ms     52 ms     192.168.1.2
Trace complete.

根据获得的tracert命令的输出结果，我们可以得出以下信息：

名称 分析
目标主机 正在追踪到IP地址192.168.1.2的路由路径。
最大跳数 tracert命令设置了最大30跳，这意味着它将尝试追踪最多30个路由器或网络设备。
跳数和延迟 第1跳：显示了3次测量的往返时间（RTT），分别是83毫秒、49毫秒和52毫秒。这些时间表示数据包从您的计算机发送到192.168.1.2，然后从该地址返回的时间。
路由路径 输出结果只显示了一个跳数，这意味着数据包直接从您的计算机发送到了目标IP地址，没有经过其他中间路由器。
目标主机的响应 192.168.1.2能够响应ICMP回显请求，这表明您的计算机和目标主机之间的网络连接是通畅的。
网络延迟 网络延迟（或称为ping时间）相对较低，这通常意味着网络性能良好。
网络稳定性 由于3次测量的RTT值相差不大，可以认为网络连接相对稳定。
网络拓扑 由于只有一跳，这可能表明192.168.1.2与您的计算机位于同一局域网（LAN）内。
Trace完成 Trace complete.表示tracert命令已经完成其操作，没有更多的路由器或跳数需要追踪。

综上所述，这个输出结果表明主机0与IP地址：192.168.1.2之间有一个直接的、低延迟的、稳定的网络连接，且目标主机1能够正常响应网络请求。即，根据上面的返回结果，我们可以判定主机0和主机1在同一个局域网（LAN）内。

(2)交换机常用的配置命令行及命令行操作模式

2.1 交换机的命令行操作模式

用户模式              Switch>
特权模式              Switch#
全局配置模式      Switch(config)#
端口模式              Switch(config-if)#

2.2 交换机的常用配置命令行

模式切换指令
enable   进入特权模式（一般简写为en）
config t    进入全局配置模式
interface fa 0/1    进入交换机某个端口视图模式
exit    返回到上级模式
end    从全局以下模式返回到特权模式

快捷指令
帮助信息(如? 、co?、copy?)】
命令简写(如 en 的完整命令为 enable)
命令自动补全(Tab)
快捷键(ctrl+c中断测试,ctrl+z退回到特权视图)

reload   重启(在特权模式下)

hostname    X修改交换机名称(在全局配置模式下)

端口配置指令
speed,duplex    配置交换机端口参数
show version    查看交换机版本信息
show running-config   查看当前生效的配置信息
show startup-config    查看保存在NVRAM中的启动配置信息
show interface   查看端口信息
show mac-address-table    查看交换机的MAC地址

选择某个端口Switch(config)# interface  type mod/port
 (type：端口类型，通常有ethernet、Fastethernet、Gigabitethernet；
 mod：端口所在的模块；
 port：在该模块中的编号；）:Switch(config)# interface fa 0/1;

 选择多个端口Switch(config)#interface  type mod/startport-endport 
如：Switch(config)# interface interface fa 0/1-5  //选择端口 fa 0/1 ~ fa 0/5

 Switch(config-if)#speed [10/100/auto]    设置端口通信速度
 Switch(config-if)#duplex [half/full/auto]    设置端口单双工模式

若交换机设置为auto以外的具体速度，此时应注意保证通信双方也要有相同的设置值。

注意事项：在配置交换机时，要注意交换机端口的单双工模式的匹配，如果链路一端设置的是全双工，另一端是自动协商，则会造成响应差和高出错率，丢包现象会很严重。通常两端设置为相同的模式。

密码设置指令
设置进入特权模式的密码
 Switch(config)# enable password ****** 

通过console端口连接设备及Telnet远程登录时所需的密码；
  Switch(config)# line console 0   表示配置控制台线路，0是控制台的线路编号。
  Switch(config-line)# login  用于打开登录认证功能。
  Switch(config-line)# password 5ijsj   设置进入控制台访问的密码

更加详细的交换机命令行内容请见该文：Packet Tracer 思科模拟器入门教程 之二 交换机的基本配置与管理_管理交换机的思科教程-CSDN博客

(3)利用二层交换机实现同vlan间的通信

第二部分流程如下：

（1）虚拟局域网vlan的配置，规划两个vlan，分别是vlan10和vlan20。

  • vlan10：192.168.1.0/24（我们希望主机0、主机1、主机2和主机4工作在vlan10中）
  • vlan20：192.168.2.0/24（我们希望主机3和主机5工作在vlan20中）

（2）并将相应的接口指派到相应的vlan中去

  • 将交换机0与主机0/1/2相连的接口指派到对应的vlan10中;
  • 将交换机0与主机3相连的接口指派到对应的vlan20中;
  • 将交换机1与主机4相连的接口指派到对应的vlan10中;
  • 将交换机1与主机5相连的接口指派到对应的vlan20中;

（3）主机0/1/2和主机4的关系是：不同交换机、相同vlan中的主机;

（4）主机3和主机5的关系是：不同交换机、相同vlan中的主机。

1.3 将交换机0和交换机1之间相连的接口的工作模式设定为trunk模式

2.1 相同交换机、相同vlan中主机的互联互通

2.2 不同交换机、相同vlan中主机的互联互通

3.1 show vlan 命令查看当前vlan数据库情况

通过 show vlan 命令来查看当前接口的指派情况，我们可以看到交换机的 24 个接口默认都工作在了 vlan1 中。

3.2 vlan 配置中添加vlan10和vlan20

在交换机配置页 VLAN 数据库中，我们分别添加 VLAN10（命名为 PC0124） 和 VLAN20（命名为 PC35）

3.3 交换机的接口配置

我们可以看到主机与交换机相连的接口，如下表：

主机名称 对应接口
主机0 Fa0/1
主机1 Fa0/2
主机2 Fa0/3
主机3 Fa0/4

（1）我们依次将交换机0的接口1~3分别指派在vlan10中工作 ，将接口4指派在vlan20中工作。

（2）借助show vlan命令查看交换机0的配置后的vlan情况，我们可以看到现在的接口指派情况符合我们一开始的设定规划。

（3）同理，我们在交换机1的配置中同样添加vlan10和vlan20 ，并将接口1和接口2分别指派在vlan10和vlan20中工作 ，最后借助show vlan命令查看交换机1的配置后的vlan情况

（4）交换机0和交换机1之间相连的那个（交换机0的接口5，交换机1的接口2）的工作模式必须是 trunk 模式

命令行代码：switchport mode trunk

也可以手动在路由器的接口配置中手动选择trunk模式（如下图）

**  至此，所有的环境配置均已完成！！！**

3.4 验证同vlan中主机间的互联互通

3.4.1 相同交换机、相同vlan中主机的互联互通

主机0/1/2关系是：相同交换机、相同vlan中的主机

3.4.2 不同交换机、相同vlan中主机的互联互通

（1）主机0/1/2和主机4的关系是：不同交换机、相同vlan中的主机;

（2）主机3和主机5的关系是：不同交换机、相同vlan中的主机。

(4)利用三层交换机实现不同vlan间的通信

三层交换机：
三层交换机是所有vlan 的网关，每一个vlan的网关地址都要指派给三层交换机对应的虚拟接口
vlan10: ip address 192.168.1.254 255.255.255.0
vlan20: ip address 192.168.2.254 255.255.255.0

4.1 实现过程概述

对三层交换机进行的操作：
（1）trunk协议封装为dot1q ：switchport trunk encapsulation dot1q

（2）端口模式为trunk ： switchport mode trunk

（3）分别进入vlan10和vlan20的设置模式：inter vlan10(20)

（4）将每个vlan的网关地址指派给三层交换机对应的虚拟接口：

  • vlan10: ip address 192.168.1.254 255.255.255.0
  • vlan20: ip address 192.168.2.254 255.255.255.0

4.2 查看三层交换机的虚拟接口 Fa0/1和Fa0/2

这里，我们可以看到

三层交换机与交换机0连接的接口为：Fa0/1

与交换机1连接的接口为：Fa0/2

4.3 trunk协议封装为dot1q ：switchport trunk encapsulation dot1q

4.4 设置接口端口模式为trunk ： switchport mode trunk

4.5 将每个vlan的网关地址指派给三层交换机对应的虚拟接口

vlan10: ip address 192.168.1.254 255.255.255.0

vlan20: ip address 192.168.2.254 255.255.255.0

4.6 查看所有接口的IP地址及状态 show ip interface brief

4.7 验证不同vlan间的互联互通

七、实验常见故障及分析

在进行网络组建时，常常会碰到以下的故障现象，请思考如何进行故障诊断，并通过调试，解决网络的互联互通问题。

1.未划分vlan，一个交换机上的主机ping不通？

  • 检查物理连接 ：确保所有设备都正确连接到交换机，并且交换机的端口状态是up。
  • 检查IP配置 ：确认主机的IP地址 、子网掩码 和默认网关 是否配置正确，并且在同一子网内。
  • 检查交换机配置：查看交换机是否有端口隔离或者安全设置阻止了数据包的传输。

2.划分vlan后，同一交换机上同vlan的主机ping不通？

  • 检查VLAN配置：确认VLAN划分正确，并且主机都被分配到了正确的VLAN。
  • 检查端口配置：确保交换机端口被正确地分配到相应的VLAN。
  • 检查VLAN接口状态 ：确保VLAN接口处于激活状态。
  • 检查交换机模式：确认交换机工作在正确的模式下，例如，是否是Access模式或者Trunk模式。

3.划分vlan后，不同交换机上同vlan的主机ping不通？

  • 检查Trunk链接 ：确保连接两个交换机的端口配置为Trunk模式 ，并且允许相应的VLAN通过。
  • 检查VLAN透传：确认VLAN信息在交换机之间正确透传。
  • 检查路由配置：如果VLAN间通信需要通过路由器，确保路由器配置了正确的接口和路由规则。

4.接入三层交换机，划分vlan后，不同交换机上不同vlan的主机仍ping不通？

  • 检查三层交换机配置：确认三层交换机的VLAN接口配置正确，并且启用了路由功能。
  • 检查路由协议：如果使用动态路由协议，确保协议配置正确，并且所有设备都参与到路由协议中。

八、参考命令及资料

1 . 交换机命令行操作模式的进入

switch>enable !进入级特权模式

switch#

switch# configure terminal !进入全局配置模式

switch(config)#

switch(config)# interface fastethernet 0/5 !进入交换机F0/5的接口模式

switch(config-if)#

switch(config-if)# exit !退回到上一级操作模式

switch(config)#

switch(config-if)# end !直接退回到特权模式

switch#

switch# exit !退出配置状态

switch>

2 .交换机设备名称的配置。

switch(config)# hostname n-switch !配置交换机的设备名称为n-switch(n为学号)

n-switch(config)#

3 .查看交换机各项信息。

N-switch# show version !查看交换机的版本信息

N-switch# show mac-address-table !查看交换机的MAC地址表

N-switch#show running-config !查看交换机当前生效的配置信息

4. 二层交换机配置 指南

  • 在交换机上创建vlan

switch(config)# Vlan 10 !创建vlan 10

switch(config-vlan)# name xingzhendadui !将Vlan10命名为test10

switch(config-vlan)# exit

  • 将接口分配到VLAN

switch(config)# interface fastethernet 0/1

switch(config-if)# switchport access vlan 10 !将fastethernet 0/1端口加入vlan10中

switch(config-if)# exit

  • 设置交换机之间互联的接口(假设为0/24端口)为tag vlan 模式。

Switch(config)# interface fastethernet 0/24

Switch(config-if)# switchport mode trunk

Switch# show interfaces fastethernet 0/24 switchport

! 验证fastethemet 0/24端口已被设置为tag vlan模式

5 .三层交换机配置 指南

  • 在三层交换机上创建vlan

switch(config)# Vlan 10 !创建vlan 10

switch(config-vlan)# name xingzhendadui !将Vlan10命名为test10

switch(config-vlan)# exit

  • 将连接主机的交换机接口分配到VLAN

switch(config)# interface fastethernet 0/1

switch(config-if)# switchport access vlan 10 !将fastethernet 0/1端口加入vlan10中

switch(config-if)# exit

  • 设置交换机之间互联的接口(假设为0/24端口)为tag vlan 模式。

Switch(config)# interface fastethernet 0/24

Switch(config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q

Switch(config-if)# switchport mode trunk

Switch# show interfaces fastethernet 0/24 switchport

! 验证fastethemet 0/24端口已被设置为tag vlan模式

  • 设置三层交换机VLAN间通信

Switch (config)# interface vlan 10 !配置虚拟接口vlan 10

Switch (config-if)# ip address192.168.10.254 255.255.255.0

!配置虚拟接口vlan 10的地址为192.168.10.254

Switch (config-if)# no shutdown !开启端口

Switch (config-if)# exit

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