计算机网络实验三

1、直接连接两台 PC 构建 LAN

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。

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。

2、用交换机构建 LAN

构建如下拓扑结构的局域网：

✎ 问题

1.PC0 能否 ping 通 PC1、PC2、PC3 ？

回答：PC0能ping通PC1，但不能ping通PC2、PC3.
2.PC3 能否 ping 通 PC0、PC1、PC2 ？为什么？

回答：PC3能ping通PC2，但不能ping通PC1、PC0，因为它与PC0,PC1不属于同一个子网。
3.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？

回答：互相之间可以ping通，因为处于同一个子网255.255.255.0中，所以可以互相ping通。
4.使用二层交换机连接的网络需要配置网关吗？为什么？

回答：需要，因为网关用于在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，这两个子网通过配置网关可以进行连接。

✎ 试一试

集线器 Hub 是工作在物理层的多接口设备，它与交换机的区别是什么？请在 CPT 软件中用 Hub 构建网络进行实际验证。

回答：1.从两者的工作原理来看，交换机和集线器是有很大差别的。首先，从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。
2.从工作方式来看，集线器采用一种“广播”模式，因此很容易产生“广播风暴”，当网络规模较大时性能会受到很大的影响。而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机能够在一定程度上隔离冲突域和有效抑制“广播风暴”的产生。
3.从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端国传送数据，其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工

3、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！

当一个交换机收到一个数据帧的时候，会查看自己的MAC表，如果MAC表中没有数据帧的源MAC和目的MAC，则会将源MAC加入MAC表，并且广播这个数据帧。
目的MAC收到这个帧后返回一个确认帧，交换机把这个帧转发给源MAC和记录目的MAC
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！

4、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：

5、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？）。

回答：双绞线一般传输距离较短，为100m，且中间需要连接交换机

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

✎ 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？

回答：广播消息只能在同一个虚拟子网中传播，而无法进行跨子网传播，而重交和重大服务器不在同一个子网中，出子网都需要通过鸽子的网关，所以不能互相ping通。

6、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：

重庆大学路由器静态路由配置：

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

7、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：
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）；
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：

)

重庆大学路由器 RIP 路由配置：

查看路由表你可看到标记为 R 的一条路由，R 表示 RIP 。

至此，这些 PC 也能全部相互 ping 通！

8、动态路由 OSPF

OSPF（Open Shortest Path First 开放式最短路径优先）是一个内部网关协议（Interior Gateway Protocol，简称 IGP）， 用于在单一自治系统（Autonomous System，AS）内决策路由。OSPF 性能优于 RIP，是当前域内路由广泛使用的路由协议。

同样的，我们需要把刚才配置的 RIP 路由先清除掉。

清除 RIP 路由配置：
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
使用 no 命令清除 RIP 路由。在全局配置模式下，各路由器都使用：no router rip 命令进行清除

交通大学路由器 OSPF 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 ospf 1 // 启用 OSPF 路由协议，进程号为1（可暂不理会进程号概念）
Router(config-router)#network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0 // 自治域0中的属于 192.168.1.0/24 网络的所有主机（反向掩码）参与 OSPF
Router(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0 // 自治域0中的属于 192.168.2.0/24 网络的所有主机（反向掩码）参与 OSPF
Router(config-router)#^z //直接退到特权模式
Router#show ip route //查看路由表

重庆大学路由器 OSPF 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 ospf 1 // 启用 OSPF 路由协议，进程号为1
Router(config-router)#network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0 // 自治域0中的属于 192.168.3.0/24 网络的所有主机（反向掩码）参与 OSPF
Router(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0 // 自治域0中的属于 192.168.2.0/24 网络的所有主机（反向掩码）参与 OSPF
Router(config-router)#^z //直接退到特权模式
Router#show ip route //查看路由表

查看路由表你可看到标记为 O 的一条路由，O 表示 OSPF 。

至此，这些 PC 能全部相互 ping 通！

9、基于端口的网络地址翻译 PAT

网络地址转换（NAT，Network Address Translation） 被各个 Internet 服务商即 ISP 广泛应用于它们的网络中，也包括 WiFi 网络。 原因很简单，NAT 不仅完美地解决了 lP 地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。
NAT 的实现方式一般有三种：
1.静态转换： Static NAT
2.动态转换： Dynamic NAT
3.端口多路复用： OverLoad
端口多路复用使用最多也最灵活。OverLoad 是指不仅改变发向 Internet 数据包的源 IP 地址，同时还改变其源端口，即进行了端口地址转换（PAT，Port Address Translation）。
采用端口多路复用方式，内部网络的所有主机均可共享一个合法外部 IP 地址实现对 Internet 的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。 同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自 Internet 的攻击。因此，目前网络中应用最多的就是端口多路复用方式。

我们仍然使用重庆交通大学和重庆大学两个学校的拓扑进行 PAT 实验。我们需要保证两个学校的路由已经配置成功，无论使用静态路由还是动态路由，以下我们给出完整的配置过程：设定这两个学校的路由器使用 OSPF 协议，模拟交通大学使用内部 IP 地址（192.168.1.0/24），模拟重庆大学使用外部 IP 地址（8.8.8.0/24），两个路由器之间使用外部 IP 地址（202.202.240.0/24），在交通大学的出口位置即广域网口实施 PAT。

改变原先拓扑中两个路由器的网络配置，如下图所示。


拓扑图中各pc配置数据如下：


此时，这些PC可以全部相互ping通。比如，用PC0 ping PC2可以成功，如图所示。

重庆大学路由器丢包配置如下图所示。

此时，再用PC0 ping PC2就不成功，显示目的主机不可到达信息。如图所示。

最后在交通大学路由器的广域网口实施PAT，如下图所示。

我们在交通大学路由器的出口上将内部/私有IP地址转换为外部/公开IP，从而包的源IP发生了改变，就不会被重庆大学路由器丢弃，因此网络连通。
现在，再用PC0 ping PC2则会成功，如图所示。

10、虚拟局域网 VLAN

在实际网络中，我们可以看到路由器一般位于网络的边界，而内部几乎全部使用交换机连接。

前面我们分析过，交换机连接的是同一个子网。 显然，在这样一个大型规模的子网中进行广播甚至产生广播风暴将严重影响网络性能甚至瘫痪。
另外我们也已经知道，其实学校是划分了 N 多个子网的，那么这些交换机连接的就绝不是一个子网。这样矛盾的事情该如何解释呢？我们实际上使用了支持 VLAN 的交换机，而前述的交换机只是普通的 2 层交换机（或者我们把它当作 2 层交换机在使用。

VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网。通过划分 VLAN，我们可以把一个物理网络划分为多个逻辑网段即多个子网。
划分 VLAN 后可以杜绝网络广播风暴，增强网络的安全性，便于进行统一管理等。

按照要求构建拓扑，如图所示。

交换机VLAN配置如下图所示。

至此，在该交换机上我们划分了3个VLAN（不包括缺省的VLAN1）。

此时用ping命令进行测试，发现只有在同一VLAN中的PC才能通信，且广播也局限于该VLAN。例如，用PC0 ping PC2，PC3 ping PC5，PC6 ping PC1都无法ping通，如图所示。

✎ 思考

Q：分析一下当前为何不同VLAN中的PC不能通信？网关在此起什么作用？我们的网关又在何处？如何发出广播测试？

A： ①VLAN可以分割网络，因此不能通信；
②VLAN只是数据链路层的协议，划分广播域，从而不需要考虑IP；
③网关是进行协议转换的，通信一定需要通过网关；
④若要发起广播测试，要引入三层设备。

11、虚拟局域网管理 VTP

前一个实验我们在交换机上进行了 VLAN 的规划和划分。但在实际应用中，我们绝不允许在这些支持VLAN的交换机上进行随意的 VLAN 划分，如此将造成管理混乱。VLAN的划分必须得到统一的规划和管理，这就需要 VTP 协议。

VTP（VLAN Trunk Protocol）即 VLAN 中继协议。VTP 通过 ISL 帧或 Cisco 私有 DTP 帧（可查阅相关资料了解）保持 VLAN 配置统一性，也被称为虚拟局域网干道协议，它是思科私有协议。 VTP 统一管理、增加、删除、调整VLAN，自动地将信息向网络中其它的交换机广播。

此外，VTP 减小了那些可能导致安全问题的配置，只要在 VTP Server 做相应设置，VTP Client 会自动学习 VTP Server 上的 VLAN 信息。

按照要求构建拓扑结构如图所示。

3560 VTP Server配置如下图所示。


2960A VTP Client配置如下图所示。

2960B VTP Client配置如下图所示。

PC配置如下图所示。

至此，VTP配置完成。同VLAN可以ping通，而不同VLAN则不行（即使在同一交换机下，如从PC0到PC1），且能够方便地统一规划和管理。ping结果如下图所示。

试一试
使用PC0 ping PC1的结果如何？使用PC0 ping PC2的结果如何？想想为什么？
A： 如上图所示，PC0 ping PC1结果无法ping通，PC0 ping PC2结果可以ping通。因为PC0与PC1在不同的VLAN下，而与PC2在同一VLAN下。

12、VLAN 间的通信

VTP 只是给我们划分和管理 VLAN 提供了方便，由上面的测试得知，目前我们仍然不能在 VLAN 间通信。

默认的VLAN间不允许进行通信，此时我们需要独臂路由器在VLAN间为其进行转发。由于我们使用的核心交换机3560是3层交换机，可以工作在网络层，也称路由交换机，即具有路由功能，能进行这种转发操作。

3560交换机配置如下图所示。

至此，各VLAN中的PC可以正常通信。ping结果如下图所示。

试一试
现在再使用PC0 ping PC1的结果如何？使用PC0 ping PC2的结果如何？
A： 如上图所示，现在都能ping通。

13、DHCP、DNS及Web服务器简单配置

按照要求构建拓扑结构及相关配置如下图所示。


DHCP配置：

DNS配置：

试一试
1、先查看各PC，看看是否获得网络配置
2、因为我们再DNS服务器中把谷歌和百度的IP都设为了19.89.6.4，即Server-PT，所以，如果打开PC0的浏览器，输入www.google.com或者www.baidu.com，我们都应该看到默认的Server-PT这个Web服务器的主页。
A1： 查看PC0和PC1，已获得网络配置，如下图所示。


A2： 打开PC0浏览器输入www.google.com和www.baidu.com，看到都是默认的Server-PT的主页，如图所示。

14、WLAN初步配置

按照要求构建拓扑结构，如图所示。

连接时，台式电脑和笔记本需要将开关关掉，将有线网卡删除，并将无线网卡添加，再打开开关。

构建完拓扑结构后，按照前述部分的步骤进行无线路由器的基本网络配置（IP、掩码、网关、DNS等）和无线路由器的无线访问部分配置如连接密码及加密类型等，并且要开启DHCP功能，让其自动为各主机分配网络配置，彼此进行通信练习。


此次实验内容均来自：棋歌教学