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计算机网络Cisco Packet Tracer实验

  • 实验简介
    • 实验准备
  • 实验内容展示
    • 直接连接两台 PC 构建 LAN
    • 用交换机构建 LAN
    • 交换机接口地址列表
    • 生成树协议(Spanning Tree Protocol)
    • 路由器配置初步
    • 静态路由
    • 动态路由 RIP
    • 动态路由 OSPF
    • 基于端口的网络地址翻译 PAT
    • 虚拟局域网 VLAN
    • 虚拟局域网管理 VTP
    • VLAN 间的通信
    • DHCP、DNS及Web服务器简单配置
    • WLAN初步配置
  • 实验心得体会

实验简介

本部分实验共有 15 个,需使用 Cisco Packet Tracer 软件完成。

实验准备

  • 在进行实验之前,需要了解 VLSM、CIDR、RIP、OSPF、VLAN、STP、NAT 及 DHCP 等概念,以能够进行网络规划和配置。

  • 除此以外,还需要了解Cisco Packet Tracer的使用.。

实验内容展示

直接连接两台 PC 构建 LAN

将两台PC(使用交叉线)直接连接构成一个网络,配置IP地址后ping通,如图所示。



用交换机构建 LAN

按照要求构建局域网,如图所示。

配置信息如下:

PC0 ping PC1、PC2、PC3结果如下图所示。


PC3 ping PC0、PC1、PC2结果如下图所示。



将4台PC的子网掩码都改为255.255.0.0,再去相互ping,结果如下图所示。

PC0可以ping通PC2,PC3也可以ping通PC1。

✎ 问题

  • Q1:PC0能否ping通PC1、PC2、PC3?

  • A: PC0可以ping通PC1,但无法ping通PC2、PC3。因为PC0和PC1在同一子网下,PC2和PC3在另一个子网下。同一子网下主机可以相互ping通,但两不同子网的主机无法ping通。

  • Q2:PC3能否ping通PC0、PC1、PC2?为什么?

  • A: PC3可以ping通PC2,但无法ping通PC0、PC1。理由同上。

  • Q3: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?

  • A: 修改后,它们可以相互ping通。因为子网掩码改为255.255.0.0后,4台主机都属于192.168.0.0/16这一子网,同一子网下任意两台主机都可以ping通。

  • Q4:使用二层交换机连接的网络需要配置网关吗?为什么?

  • A: 需要。如果要对二层交换机做telnet、ssh等管理就必须要设置网关。这样跨网段访问该二层交换机的时候,交换机才会知道如何转发数据包(在二层交换机中,配置网关尤为重要,因为其与相连的自治系统可以向核心系统通告可达信息)。

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。
通过simulation验证:
集线器Hub相当于是把端口连接起来的设备,工作在物理层,且通过广播方式转发数据,而交换机工作在数据链路层(有的多层交换机工作在网络层),端口收到帧之后,要查询地址列表,若同端口就丢弃,不同端口就转发,找不到则广播。

交换机接口地址列表

按要求构建拓扑结构,且配置计算机的IP在192.168.0.0/24这个网络中,分别是192.168.0.2,192.168.0.3,192.168.0.4和192.168.0.5。

拓扑结构如下图所示。

最初交换机的MAC表如图所示。

PC0去ping PC1:

再查看MAC表,出现相应记录。

由于MAC Table刚搭建好时还没有通信,所以初始表是空的,在有ping命令后,它将进行ARP广播,收到某端口的应答之后即可知道该帧的目的MAC,并将其存入表中。所以在PC0 ping通 PC1后,交换机的MAC表就会有与之相应的记录。

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。
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:

此为初始状态。可见交换机之间有回路,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对多余的线路进行自动阻塞,以形成一颗以Switch2为根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之后,Switch3的两个接口当前物理上是连接的,但逻辑上是不通的,处于阻塞状态如下图所示。

在网络运行期间,假设某时Switch2与Switch3之间的物理连接出了问题,则该生成树将自动发生变化。Switch3上方先前阻塞的那个接口现在不阻塞了,但下方的那个接口仍处于阻塞状态。如下图所示。

路由器配置初步

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:

遇到路由器之间无法连接的问题。解决方法如下:


打开路由器设置。

  1. 关掉开关;
  2. 把WIC-2T拖动到如图所示部分;
  3. 重新开启开关;
  4. 到Config界面勾上On,关掉路由器设置。

现在就可以连接了,如图所示。

左边路由分配网络号192.168.1.0/24,分配IP为192.168.1.1。
右边路由分配网络号192.168.3.0/24,分配IP为192.168.3.1.
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。
路由器配置完成后按照要求配置各PC的IP。

配置如下。



✎ 问题

  • Q: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?

  • A: 因为没有配置静态路由,路由表尚未构建。

静态路由

静态路由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。

在前述路由器基本配置成功的情况下在CLI界面使用命令进行静态路由协议的配置,如下图所示。




至此,这些PC可以全部相互ping通。

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。

首先清除静态路由配置:


配置动态路由RIP如下图所示。





至此,这些PC可以全部相互ping通。

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。

首先使用no router rip命令清除RIP路由配置。

配置动态路由OSPF如下图所示。




至此,这些PC可以全部相互ping通。

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。




配置OSPF路由,如下图所示。

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。

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。

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。

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。

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或者www.baidu,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和www.baidu,看到都是默认的Server-PT的主页,如图所示。


对网页稍作修改再访问。

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。

实验心得体会

在此实验中,我们通过使用Cisco Packet Tracer工具进行模拟训练与学习:构建不同的网络拓扑,查看数据包在网络中行进的详细处理过程,并观察网络实时运行情况…在此过程中,我对理论课上学到的知识进行了进一步的强化理解。

由于CPT功能强大,而且能够模拟数据包处理和网络运行情况以及查看各种端口和连接情况,我对交换机的接口地址列表和利用生成树解决广播风暴的过程有了更清晰的认知,并且对路由器和主机的基本网络配置操作与要点熟记于心,成功对路由算法进行区分与强化学习,也对PAT、VLAN、VTP、VLAN通信等进行了进一步学习。除此之外,对DHCP、DNS和Web Server的配置有了更深入的掌握理解。

本文标签: 计算机网络 教学网 Packet Cisco Tracer