计算机网络——Cisco Packet Tracer 实验

计算机网络——Cisco Packet Tracer 实验

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本实验基于棋歌教学网完成

本部分实验共有 15 个，需使用 Cisco Packet Tracer 软件完成。
请大家先了解 VLSM、CIDR、RIP、OSPF、VLAN、STP、NAT 及 DHCP 等概念，以能够进行网络规划和配置。

一、直接连接两台 PC 构建 LAN

1. 将两台 PC 直接连接构成一个网络。注意：直接连接需使用交叉线。
2. 进行两台 PC 的基本网络配置，只需要配置 IP 地址即可，然后相互 ping 通即成功。
   

二、用交换机构建 LAN

构建如下拓扑结构的局域网：

各PC的基本网络配置如下表：

机器名	IP	子网掩码
PC0	192.168.1.1	255.255.255.0
PC1	192.168.1.2	255.255.255.0
PC2	192.168.2.1	255.255.255.0
PC3	192.168.2.2	255.255.255.0

✎ 问题

PC0 能否 ping 通 PC1、PC2、PC3 ？ PC3 能否 ping 通 PC0、PC1、PC2 ？为什么？ 将 4 台 PC
的掩码都改为 255.255.0.0 ，它们相互能 ping 通吗？为什么？ 使用二层交换机连接的网络需要配置网关吗？为什么？

1. 通过实验发现，PC0能够ping通PC1但是无法ping通PC2,PC3。
2. 而PC3只能ping通PC2，不能ping通PC0,PC1，原因是PC3与PC0和PC1不在同一个一个子网下所以无法ping通。
3. 将 4 台 PC 的掩码都改为 255.255.0.0后便可以能ping通，因为它们的IP地址与子网掩码相与得到的结果都是192.168.0.0，处于同一子网下。
4. 需要。网关用于在2个网络间建立传输连接，使不同网络上的主机间可以建立起跨越多个网络的级联的、点对点的传输连接。

三、交换机接口地址列表

二层交换机是一种即插即用的多接口设备，它对于收到的帧有 3 种处理方式：广播、转发和丢弃（请弄清楚何时进行何种操作）。那么，要转发成功，则交换机中必须要有接口地址列表即 MAC 表，该表是交换机通过学习自动得到的！

仍然构建上图的拓扑结构，并配置各计算机的 IP 在同一个一个子网，使用工具栏中的放大镜点击某交换机如左边的 Switch3，选择 MAC Table，可以看到最初交换机的 MAC 表是空的，也即它不知道该怎样转发帧（那么它将如何处理？），用 PC0 访问（ping）PC1 后，再查看该交换机的 MAC 表，现在有相应的记录，请思考如何得来。随着网络通信的增加，各交换机都将生成自己完整的 MAC 表，此时交换机的交换速度就是最快的！

ping前的MAC表：

ping后的MAC表：

思考：交换机刚开始的时候，MAC地址表是空的，主机之间谁也不知道谁的MAC地址，当主机A要和主机B通讯时，首先会发送一个ARP广播，想知道B的MAC地址，交换机收到该广播包，把主机A的MAC对应到MAC地址表里，与进入得端口匹配起来，然后转发该广播，主机B响应此广播包告诉主机A自己的MAC地址，交换机也同样纪录B的MAC地址与进入端口对应起来，MAC地址表便建立起来了。

📬 秘籍

你还可以使用 CPT 的 Simulation 模式即模拟方式进一步看清楚这个过程！

四、生成树协议（Spanning Tree Protocol）

交换机在目的地址未知或接收到广播帧时是要进行广播的。如果交换机之间存在回路/环路，那么就会产生广播循环风暴，从而严重影响网络性能。

而交换机中运行的 STP 协议能避免交换机之间发生广播循环风暴。

只使用交换机，构建如下拓扑：

这是初始时的状态。我们可以看到交换机之间有回路，这会造成广播帧循环传送即形成广播风暴，严重影响网络性能。

随后，交换机将自动通过生成树协议（STP）对多余的线路进行自动阻塞（Blocking），以形成一棵以 Switch4 为根（具体哪个是根交换机有相关的策略）的具有唯一路径树即生成树！

经过一段时间，随着 STP 协议成功构建了生成树后，Switch5 的两个接口当前物理上是连接的，但逻辑上是不通的，处于Blocking状态（桔色）如下图所示：

在网络运行期间，假设某个时候 Switch4 与 Switch5 之间的物理连接出现问题（将 Switch4 与 Switch5 的连线剪掉），则该生成树将自动发生变化。Switch5 上方先前 Blocking 的那个接口现在活动了（绿色），但下方那个接口仍处于 Blocking 状态（桔色）。如下图所示：

🗣 注意

交换机的 STP 协议即生成树协议始终自动保证交换机之间不会出现回路，从而形成广播风暴。

五、路由器配置初步

我们模拟重庆交通大学和重庆大学两个学校的连接，构建如下拓扑：

说明一

交通大学与重庆大学显然是两个不同的子网。在不同子网间通信需通过路由器。

路由器的每个接口下至少是一个子网，图中我们简单的规划了 3 个子网：

1. 左边路由器是交通大学的，其下使用交换机连接交通大学的网络，分配网络号 192.168.1.0/24，该路由器接口也是交通大学网络的网关，分配 IP 为 192.168.1.1
2. 右边路由器是重庆大学的，其下使用交换机连接重庆大学的网络，分配网络号 192.168.3.0/24，该路由器接口也是重庆大学网络的网关，分配 IP 为 192.168.3.1
3. 两个路由器之间使用广域网接口相连，也是一个子网，分配网络号 192.168.2.0/24

说明二

现实中，交通大学和重庆大学的连接是远程的。该连接要么通过路由器的光纤接口，要么通过广域网接口即所谓的 serial 口（如拓扑图所示）进行，一般不会通过双绞线连接（为什么？）。

因为双绞线的传输距离有限，每100米都需要重新将信号放大，部署成本较高。

下面我们以通过路由器的广域网口连接为例来进行相关配置。请注意：我们选用的路由器默认没有广域网模块（名称为 WIC-1T 等），需要关闭路由器后添加，然后再开机启动。

说明三

在模拟的广域网连接中需注意 DCE 和 DTE 端（连线时线路上有提示，带一个时钟标志的是 DCE 端。有关 DCE 和 DTE 的概念请查阅相关资料。），在 DCE 端需配置时钟频率 64000

说明四

路由器有多种命令行配置模式，每种模式对应不同的提示符及相应的权限。
请留意在正确的模式下输入配置相关的命令。

• User mode：用户模式
• Privileged mode：特权模式
• Global configuration mode：全局配置模式
• Interface mode：接口配置模式
• Subinterface mode：子接口配置模式

说明五

在现实中，对新的路由器，显然不能远程进行配置，我们必须在现场通过笔记本的串口与路由器的 console 接口连接并进行初次的配置（注意设置比特率为9600）后，才能通过网络远程进行配置。这也是上图左上画出笔记本连接的用意。

说明六

在路由器的 CLI 界面中，可看到路由器刚启动成功后，因为无任何配置，将会提示是否进行对话配置（Would you like to enter the initial configuration dialog?），因其步骤繁多，请选择 NO

交通大学路由器的初步配置可以如下：

🗣 注意

在我们的实验中可不进行如下的配置，但在现实中为了安全，以下的登录及特权密码等配置是必须的，否则每个人都可操作你的路由器或交换机！

拓扑图中路由器各接口配置数据如下：

接口名	IP	子网掩码
交通大学 Router2 以太网口	192.168.1.1	255.255.255.0
交通大学 Router2 广域网口	192.168.2.1	255.255.255.0
重庆大学 Router3 以太网口	192.168.3.1	255.255.255.0
重庆大学 Router3 广域网口	192.168.2.2	255.255.255.0

拓扑图中各 PC 配置数据如下：

节点名	IP	子网掩码	网关
交通大学 Router2 以太网口	192.168.1.1	255.255.255.0	192.168.1.1
交通大学 Router2 广域网口	192.168.2.1	255.255.255.0	192.168.1.1
重庆大学 Router3 以太网口	192.168.3.1	255.255.255.0	192.168.1.1
重庆大学 Router3 广域网口	192.168.2.2	255.255.255.0	192.168.1.1

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交通大学路由器基本配置如下：

重庆大学路由器基本配置如下：

可以看到已经配置成功。

至此，路由器基本的配置完成。按照上面 PC 配置表继续配置各个 PC 。

✎ 问题

现在交通大学内的各 PC 及网关相互能 ping 通，重庆大学也类似。但不能从交大的 PC ping 通重大的
PC，反之亦然，也即不能跨子网。为什么？
答：未配置静态路由，路由表尚未构建

六、静态路由

静态路由是非自适应性路由协议，是由网络管理人员手动配置的，不能够根据网络拓扑的变化而改变。 因此，静态路由简单高效，适用于结构非常简单的网络。

在当前这个简单的拓扑结构中我们可以使用静态路由，即直接告诉路由器到某网络该怎么走即可。

在前述路由器基本配置成功的情况下使用以下命令进行静态路由协议的配置：

交通大学路由器静态路由配置：

Router>en   // 从普通模式进入特权模式
Router#conf t   // 进入全局配置模式
Router(config)#ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.2   // 告诉交通大学路由器到 192.168.3.0 这个网络的下一跳是 192.168.2.2
Router(config)#exit   //退到特权模式
Router#show ip route    //查看路由表

重庆大学路由器静态路由配置：

Router>en   // 从普通模式进入特权模式
Router#conf t   // 进入全局配置模式
Router(config)#ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.2.1   // 告诉重庆大学路由器到 192.168.1.0 这个网络的下一跳是 192.168.2.1
Router(config)#exit   //退到特权模式
Router#show ip route    //查看路由表

查看路由表你可看到标记为 S 的一条路由，S 表示 Static 。

至此，这些 PC 能全部相互 ping 通！

注意：我们的拓扑只模拟了3个网络。在现实中，路由器连接的网络数量非常多，我们还需要配置一条缺省路由，否则其它网络皆不能到达！当然，我们的拓扑可以不考虑。
Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 … // 缺省全部转发给 …*.*这个IP

七、动态路由 RIP

动态路由协议采用自适应路由算法，能够根据网络拓扑的变化而重新计算机最佳路由。

RIP 的全称是 Routing Information Protocol，是距离矢量路由的代表（目前虽然淘汰，但可作为我们学习的对象）。使用 RIP 协议只需要告诉路由器直接相连有哪些网络即可，然后 RIP 根据算法自动构建出路由表。

因为我们模拟的网络非常简单，因此不能同时使用静态和动态路由，否则看不出效果，所以我们需要把刚才配置的静态路由先清除掉。

清除静态路由配置：
1.直接关闭路由器电源。相当于没有保存任何配置，然后各接口再按照前面基本配置所述重新配置 IP 等参数（推荐此方法，可以再熟悉一下接口的配置命令）；
2.使用 no 命令清除静态路由。在全局配置模式下，交通大学路由器使用：no ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.2，重庆大学路由器使用：no ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.2.1 。相当于使用 no 命令把刚才配置的静态路由命令给取消。

交通大学路由器 RIP 路由配置：

Router>en   // 从普通模式进入特权模式
Router#conf t   // 进入全局配置模式
Router(config)#router rip   // 启用 RIP 路由协议，注意是 router 命令
Router(config-router)#network 192.168.1.0   // 网络 192.168.1.0 与我直连
Router(config-router)#network 192.