计算机网络：实验一局域网设计及仿真

CC-NX2026-01-17 8:39

Packet Tracer 使用

相信打开这篇播客的大家和在下一样第一次拿到实验的时候都是一头雾水，在此推荐B站上的教学视频，多看几篇取长补短，疗效可观。

  1. 模式层级是配置入口 ：必须先 enable → conf t → interface 才能修改配置
  2. 交换机 vs 路由器差异 ：
    • 交换机主要工作在二层，核心是 vlan 和 switchport 命令
    • 路由器主要工作在三层，核心是 ip address 和 ip route 命令
  3. Simulation 模式是调试利器：再复杂的网络，也能一步步看清数据包走向
  4. 配置验证 ：所有修改后，务必在特权模式下用 show ... 命令验证，并 write 保存

一、CLI 配置模式层级（通用）

无论是交换机还是路由器，CLI 都遵循从查看 →配置 →具体对象的层级结构。

模式名称 提示符 进入命令 用途
用户模式 Switch> 或 Router> 初始进入 基本查看命令，无法修改配置
特权模式 Switch# 或 Router# enable 完整查看权限，可进入配置模式
全局配置模式 Switch(config)# 或 Router(config)# configure terminal 修改全局参数（主机名、密码、路由协议等）
接口配置模式 Switch(config-if)# 或 Router(config-if)# interface g0/0 配置特定接口（IP、速率、描述）
线路配置模式 Switch(config-line)# 或 Router(config-line)# line console 0 配置控制台或远程登录线路
VLAN 配置模式 Switch(config-vlan)# vlan 10 交换机专用，创建/修改 VLAN
路由协议模式 Router(config-router)# router rip 路由器专用，配置动态路由协议

通用退出命令：

  • exit：返回上一级模式
  • end 或 Ctrl+Z：直接返回特权模式

二、路由器使用方法示例

目标：配置接口 IP 和静态路由

三、交换机使用方法示例

目标：创建 VLAN 并将端口划入 VLAN

四、Simulation（模拟）模式------集中观察工具

这是 Packet Tracer 特有的集中监控模式，可单步观察数据包跨设备转发过程。

使用方法：

  1. 切换模式 ：点击软件右下角 Simulation 按钮（Realtime | Simulation）
  2. 设置过滤器 ：在 Event List Filters 中只勾选 ICMP 或 HTTP 等需观察的协议
  3. 生成流量 ：在 PC 的命令窗口输入 ping 8.8.8.8
  4. 控制播放 ：
    • 点击 Auto Capture / Play 自动播放
    • 或点击 Capture / Forward 单步前进
  5. 查看数据包 ：点击工作区中漂浮的数据包信封，可查看 OSI 模型各层细节（源目 MAC、IP、端口等）

应用场景：

  • 验证 ARP 解析过程
  • 观察路由器如何根据路由表转发
  • 排查网络层或数据链路层故障

1.1实验目的

能够在Packet Tracer模拟软件中进行网络系统模拟仿真。

理解交换机的工作原理，掌握局域网的规划构建的基本方法。

掌握IP地址的结构(网络部分与主机部分的区分)及子网掩码的含义。

理解路由表的作用、基本结构以及路由器转发分组的机制。

1.2实验内容

利用网络仿真软件（如Packet Tracer等）进行网络规划设计，包括设计网络拓扑结构、网络设备选择、参数配置、数据分析等。具体实验内容如下：

（1）利用Packet Tracer软件模拟一个局域网，需求为：给定一个24位前缀长度的网络（如192.168.1.0/24），对其进行子网划分，要求能够保证局域网1和局域网2 至少120台机器。另外整个网络通过ISP路由器连接Internet网络（表示有多个网络）如图1-1所示。

（2）合理规划各网络及各设备的IP地址。

（3）验证交换机的工作原理。

（4）给出路由器R1和R2的路由表。

（5）设置路由表，使得局域网1、局域网2能相互连通并能正常访问DNS-serv和Internet网络资源。

图 1-1

通过本实验使学生学会使用网络仿真软件的一般方法，理解交换机的工作原理，掌握局域网的规划构建的基本方法，能够借助网络仿真软件进行计算机网络系统模拟仿真，满足网络工程项目建设的需要。

1.3基本要求

（1）课前准备：仔细阅读实验指导书，详细规划实验过程和步骤，设计实验数据记录表，对相关知识做好预习和准备。

（2）实验过程：按照实验指导书要求，完成实验内容，记录好实验过程、关键数据和实验结果。

（3）实验报告：根据实验情况及时撰写实验报告，实验报告应包含实验目的、实验内容、实验步骤、实验数据及分析，以及实验总结等内容。

1.4实验步骤

本次实验是一个常见局部网络互联的内容。可分成两个环节进行：

（1）局部网络的构建及交换机的工作原理。

（2）使用路由器把几个局部网络互联起来，并实现相互连通。

1.4.1局部网络模型的构建及交换机的工作原理

（1）单台交换机

在Packet Tracer软件中构建如图1-2所示的拓扑结构图。

合理规划各主机的IP地址，完成表1-1 中各主机及设备接口的相关信息。

同理依次给其它机器配置相应ip地址和默认网关等信息

表1-1 设备连接信息及参数记录表

设备或接口 连接交换机的端口（FastEthernet0/0） IP地址 MAC地址
PC1 FastEthernet0 /1 192.168.1.2/24 0005.5E5A.47B9
PC2 FastEthernet0 /2 192.168.1.3/24 0001.C7E3.6D97
PC3 FastEthernet0/3 192.168.1.4/24 00D0.58D9.D348
PC4 FastEthernet0/4 192.168.1.5/24 0001.9722.60A0

测试网络的连通性及交换机MAC地址映射表的变换情况

切换到"模拟器Simulation"模式，使用查看工具( )在交换机上单击，在弹出菜单中选择"MAC Table"查看交换机的MAC 表，此时MAC 表是空的，没有任何表项.

如果MAC地址表不为空，则使用命令手动清空。单击交换机，点击CLI选项卡，出现命令行界面后回车，输入enable命令进入特权模式，然后输入clear mac-address-table即可清除mac表。

此时交换表为空

切换到仿真"Simulation"模式下编辑过滤器（点击"Edit Filters"），选择要查看的协议，选中"ARP"和"ICMP "

设置过滤条件仅允许ICMP、ARP 协议报文

按照表1-2的结构测试个主机主机之间（按照表格中pc1与pc2的模式自行规划）的连通性，观察交换机转发表的变化情况，并记录相关数据。

注意：测试过程中要注意主机ARP表的状态，如果主机的ARP表中以及缓存过目的主机的"IP地址---MAC地址"信息，则主机封装的是一个单播的数据帧。如果主机的ARP中无目的主机的"IP地址---MAC地址"的信息，则主机会会以广播帧的方式发送ARP请求。要清空ARP表，进入主机命令行模式，输入arp -d即可清除ARP缓存表。

交换机

P2

其余PC

我们可以查看一下P2的ARP表

表 1-2 交换机工作原理及连通性测试表

| 源主机<-->目的主机 <-->:表示源主机和目的主机之间的通信 **-->:**表示源主机向目的主机发送数据

<--：表示目的主机向原主机响应（返回）数据 交换机MAC地址映射表变化情况 交换机收到数据帧的类型（单播、广播）及转发方式
MAC 地址 端口
PC1<-->PC2 PC1-->PC2 0005.5E5A.47B9 Fa0/1 广播帧
PC1<--PC2 0001.C7E3.6D97 Fa0/2 单播帧
PC1<-->PC3 PC1-->PC3 PC1记录已存在 Fa0/1（已存在） 广播帧
PC1<--PC3 00D0.58D9.D348 Fa0/3 单播帧
PC2<-->PC3 PC2-->PC3 PC2记录已存在 Fa0/2（已存在） 单播帧
PC2<--PC3 PC3记录已存在 Fa0/3（已存在） 单播帧

从工具栏中选择"Add Simple PDU"工具( )，然后依次点击PC1、PC2，表示PC0 ping PC1（也可以切换到模拟器simulation模式下，然后打开PC机的命令行界面，输入ping 目标ip地址），但是此时PC1还没有PC2的ARP 表项。ARP 协议在ICMP 报文之前发送，用于学习目的IP地址对应的MAC 地址，只有学习到目的IP 地址对应的MAC 地址之后，协议栈才能正确的在IP 报文之前封装以太网帧头。所以此时PC1 首先发送一个ARP Request 报文。点击"Capture / Forward"按钮，可以一步一步观察ping 命令执行过程。

PC1 发送一个ARP Request 报文给交换机，交换机接收到PC1 的ARP Request 报文之后，将依据"基于接收帧的源MAC 地址学习"原则，添加一条MAC 表项。

PC2 回复ARP Reply 报文，交换机接收到该帧之后，将学习到PC2 的MAC 地址，并添加到MAC 表。

（3）多台交换机互联结构

在Packet Tracer软件中构建多台交换机互联的网络结构

按照结构测试个主机主机之间的连通性，观察交换机转发表的变化情况，并记录相关数据。

交换机工作原理及连通性测试表

| 源主机<-->目的主机 <-->:表示源主机和目的主机之间的通信 **-->:**表示源主机向目的主机发送数据

<--：表示目的主机向原主机响应（返回）数据 交换机MAC地址映射表变化情况 交换机收到数据帧的类型（单播、广播）及转发方式
Switch1 Switch2 Switch3
Mac地址 端口 Mac地址 端口 Mac地址 端口
PC1<->PC2 PC1->PC2 0090.0CD9.295D Fa0/1 0090.0CD9.295D Fa0/1 广播
PC1<-PC2 0000.BADC.6DA2 Fa0/2 0000.BADC.6DA2 Fa0/1 单播
PC3<->PC4 PC3->PC4 0001.C77E.E1A5 Fa0/3 0001.C77E.E1A5 Fa0/1 广播
PC3<-PC4 0001.C930.BB57 Fa0/4 0001.C930.BB57 Fa0/1 单播
PC5<->PC6 PC5->PC6 0000.0C86.9077 Fa0/1 0000.0C86.9077 Fa0/2 广播
PC5<-PC6 0060.5C2E.D566 Fa0/2 0060.5C2E.D566 Fa0/2 单播
PC7<->PC8 PC7->PC8 0000.D3E7.2E1B Fa0/3 0000.D3E7.2E1B Fa0/2 广播
PC7<-PC8 0009.7C31.69D8 Fa0/4 0009.7C31.69D8 Fa0/2 单播
PC1<->PC5 PC1->PC5 0090.0CD9.295D Fa0/1 0090.0CD9.295D Fa0/1 广播
PC1<-PC5 0000.0C86.9077 Fa0/1 0000.0C86.9077 Fa0/2 单播
PC2<->PC6 PC2->PC6 0000.BADC.6DA2 Fa0/2 0000.BADC.6DA2 Fa0/1 广播
PC2<-PC6 0060.5C2E.D566 Fa0/2 0060.5C2E.D566 Fa0/2 单播
PC3<->PC7 PC3->PC7 0001.C77E.E1A5 Fa0/3 0001.C77E.E1A5 Fa0/1 广播
PC3<-PC7 0000.D3E7.2E1B Fa0/3 0000.D3E7.2E1B Fa0/2 单播
PC4<->PC8 PC4->PC8 0001.C930.BB57 Fa0/4 0001.C930.BB57 Fa0/1 广播
PC4<-PC8 0009.7C31.69D8 Fa0/4 0009.7C31.69D8 Fa0/2 单播

**问题：**通过实验结果可以验证交换机的工作原理是？

  1. 学习

    实验：PC1 发送数据帧 → 交换机把 PC1 的 MAC 记入地址表

  2. 转发

    实验 ：PC1 → PC2 通信，只从 F0/2 转发，其他端口收不到

1.4.2 网络互联

（1）构建网络结构并规划网络参数

利用Packet Tracer软件模拟一个局域网，需求为：给定一个24位前缀长度的网络（如192.168.1.0/24），对其进行子网划分，要求能够保证局域网1和局域网2 至少120台机器。实现局域网1、2、3之间的互联，并都能访问互联网（表示有多个网络）。

合理规划各网络及各设备的IP地址，参照表1-6 的模式给出个主机、设备的连接信息及参数。

每一台PC 配置IP 地址以及掩码

设备或接口 连接的设备及端口号 IP地址 子网掩码 MAC地址
PC0 Switch0 fa0/1接口 192.100.1.10 255.255.255.128 0007.EC25.428E
Switch0 fa0/3 Router0 fa0/0接口 --- --- ---
Router0 fa0/0 Switch0 fa0/3 192.100.1.1 255.255.255.128 0040.0B92.9C01
PC1 Switch0 fa0/2接口 192.100.1.11 255.255.255.128 0001.42C8.EA7C
Router0 fa1/0 Router1 fa1/0 192.100.2.1 255.255.255.0 0007.EC63.7201
PC2 Switch1 fa0/1 192.100.1.140 255.255.255.128 00E0.A387.36C2
PC3 Switch1 fa0/2 192.100.1.141 255.255.255.128 0001.C948.6AB3
PC4 Switch2 fa0/1 192.100.3.10 255.255.255.0 0030.A30A.2A82
PC5 Switch2 fa0/2 192.100.3.11 255.255.255.0 0002.173E.ED47
PC6 Switch3 fa0/1 100.0.0.2 255.255.255.0 0060.2F24.3EB2
PC7 Switch3 fa0/2 100.0.0.3 255.255.255.0 0030.A3C5.E5D0
Router1 fa0/0 Switch2 fa0/3 192.100.3.1/24 255.255.255.0 0004.9A48.53D0
Router2 fa0/0 Switch3 fa0/3 100.0.0.1/24 255.255.255.0 0007.EC7D.9709
Router0 fa0/1 Switch1 fa0/3 192.100.1.129 255.255.255.128 0040.0B92.9C02
Router1 fa0/1 Router2 fa0/1 192.100.4.1/24 255.255.255.0 00E0.B0D3.6858
Router1 fa1/0 Router0 fa1/0 192.100.2.2/24 255.255.255.0 000B.BEA0.42A9
Router2 fa0/1 Router1 fa0/1 192.100.4.2/24 255.255.255.0 255.255.255.0

（2）网络路由

1）路由表（Routing Table）：存储在路由器的内存中，用于指示路由器如何将IP数据包转发至正确目的地的信息表。

  • destination ：目的地址（网络、主机）
  • mask（掩码）：目的网络中的子网掩码
  • nexthop（地址）：下一跳路由器的IP地址
  • interface（接口）：该路由的发送接口名

2）路由表的形成

  • 直连网段

配置IP地址，端口UP状态，形成直连路由。

**直连路由：**路由器接口所连接的子网的路由方式称为直连路由。

直连路由是由链路层协议发现的，该路径信息不需要网络管理员维护，也不需要路由器通过某种算法进行计算获得，只要该接口处于活动状态(Active)，路由器就会把通向该网段的路由信息填写到路由表中去，直连路由无法使路由器获取与其不直接相连的路由信息。

  • 非直连网段

需要静态路由或动态路由，将网段添加到路由表中。

**静态路由：**由管理员手工配置、维护路由表。

3）根据需求分析，写出各路由器的路由表（每个路由器的路由表单独给出），使得局域网1、2、3能相互连通并能正常访问互联网络资源。

（3）测试联通性

按照结构，测试不同网络之间的连通性，记录、分析相关数据。

| 源主机<-->目的主机 <-->:表示源主机和目的主机之间的通信 **-->:**表示源主机向目的主机发送数据

<--：表示目的主机向原主机响应（返回）数据 数据在各设备上的封装情况（各设备根据自己网络拓扑实际情况填写，这里可以省略经过交换机转发的情况，只填写主机和路由器对数据的封装情况）。
原（发送）主机 经过的路由器 经过的路由器
原Mac地址与原IP地址 目的Mac地址与目的IP地址 进入端口及原Mac地址与原IP地址、目的Mac地址与目的IP地址 转发（输出）端口及原Mac地址与原IP地址、目的Mac地址与目的IP地址 进入端口及原Mac地址与原IP地址、目的Mac地址与目的IP地址 转发（输出）端口及原Mac地址与原IP地址、目的Mac地址与目的IP地址
PC1<-->PC2 PC1-->PC2 源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11 目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.1.140 进入端口: fa0/0源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.1.140 转发端口: fa0/1源MAC: 0040.0B92.9C02源IP: 192.100.1.11目的MAC: 00E0.A387.36C2目的IP: 192.100.1.140 无 无
PC1<--PC2 源MAC: 00E0.A387.36C2源IP: 192.100.1.140 目的MAC: 0040.0B92.9C02目的IP: 192.100.1.11 进入端口: fa0/1源MAC: 00E0.A387.36C2源IP: 192.100.1.140目的MAC: 0040.0B92.9C02目的IP: 192.100.1.11 转发端口: fa0/0源MAC: 0040.0B92.9C01源IP: 192.100.1.140目的MAC: 0001.42C8.EA7C目的IP: 192.100.1.11 无 无
PC1<-->PC3 PC1-->PC3 源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11 目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.1.141 进入: fa0/0源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.1.141 转发: fa0/1源MAC: 0040.0B92.9C02源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0001.C948.6AB3目的IP: 192.100.1.141 N/A N/A
PC1<--PC3 源MAC: 0001.C948.6AB3源IP: 192.100.1.141 目的MAC: 0040.0B92.9C02目的IP: 192.100.1.11 进入: fa0/1源MAC: 0001.C948.6AB3源IP: 192.100.1.141目的MAC: 0040.0B92.9C02目的IP: 192.100.1.11 转发: fa0/0源MAC: 0040.0B92.9C01源IP: 192.100.1.141目的MAC: 0001.42C8.EA7C目的IP: 192.100.1.11 N/A N/A
PC1<-->PC5 PC1-->PC5 源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11 目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.3.11 进入: fa0/0源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.3.11 转发: fa1/0源MAC: 0040.0B92.9C01源IP: 192.100.1.11目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 192.100.3.11 进入: fa1/0源MAC: 0040.0B92.9C01源IP: 192.100.1.11目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 192.100.3.11 转发: fa0/0源MAC: 0004.9A48.53D0源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0002.173E.ED47目的IP: 192.100.3.11
PC1<--PC5 源MAC: 0002.173E.ED47源IP: 192.100.3.11 目的MAC: 0004.9A48.53D0目的IP: 192.100.1.11 进入: fa0/0源MAC: 0002.173E.ED47源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0004.9A48.53D0目的IP: 192.100.1.11 转发: fa1/0源MAC: 000B.BEA0.42A9源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.1.11 进入: fa1/0源MAC: 000B.BEA0.42A9源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 192.100.1.11 转发: fa0/0源MAC: 0040.0B92.9C01源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0001.42C8.EA7C目的IP: 192.100.1.11
PC3<-->PC5 PC3-->PC5 源MAC: 0001.C948.6AB3源IP: 192.100.1.141 目的MAC: 0040.0B92.9C02目的IP: 192.100.3.11 进入: fa0/1源MAC: 0001.C948.6AB3源IP: 192.100.1.141目的MAC: 0040.0B92.9C02目的IP: 192.100.3.11 转发: fa1/0源MAC: 0040.0B92.9C03源IP: 192.100.1.141目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 192.100.3.11 进入: fa1/0源MAC: 0040.0B92.9C03源IP: 192.100.1.141目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 192.100.3.11 转发: fa0/0源MAC: 0004.9A48.53D0源IP: 192.100.1.141目的MAC: 0002.173E.ED47目的IP: 192.100.3.11
PC5-->PC3 源MAC: 0002.173E.ED47源IP: 192.100.3.11 目的MAC: 0004.9A48.53D0目的IP: 192.100.1.141 进入: fa1/0源MAC: 0002.173E.ED47源IP: 192.100.3.11目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 192.100.1.141 转发: fa0/1源MAC: 0040.0B92.9C03源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0001.C948.6AB3目的IP: 192.100.1.141 进入: fa0/0源MAC: 0002.173E.ED47源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0004.9A48.53D0目的IP: 192.100.1.141 转发: fa1/0源MAC: 000B.BEA0.42A9源IP: 192.100.3.11目的MAC: 0040.0B92.9C03目的IP: 192.100.1.141
PC1<-->PC7 PC1-->PC7 源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11 目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 100.0.0.3 进入: fa0/0源MAC: 0001.42C8.EA7C源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0040.0B92.9C01目的IP: 100.0.0.3 转发: fa1/0源MAC: 0040.0B92.9C03源IP: 192.100.1.11目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 100.0.0.3 进入: fa1/0源MAC: 0040.0B92.9C03源IP: 192.100.1.11目的MAC: 000B.BEA0.42A9目的IP: 100.0.0.3 转发: fa0/1源MAC: 00E0.B0D3.6858源IP: 192.100.1.11目的MAC: 0007.EC7D.970A目的IP: 100.0.0.3
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