《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教程-基于Packet Tracer》- 課件 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層

實(shí)驗(yàn)1：用集線(xiàn)器組建局域網(wǎng)第三章

數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）理解集線(xiàn)器的工作方式。（2）理解碰撞域。集線(xiàn)器工作方式集線(xiàn)器通常用來(lái)直接連接主機(jī)，從一個(gè)端口接收信號(hào)，并對(duì)信號(hào)經(jīng)過(guò)整形放大后將其從所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，是一個(gè)有源的設(shè)備。集線(xiàn)器工作在物理層，并不識(shí)別比特流里面的幀，也不進(jìn)行碰撞檢測(cè)，只做簡(jiǎn)單的物理層的轉(zhuǎn)發(fā)，如果信號(hào)發(fā)生碰撞，主機(jī)將無(wú)法收到正確的比特。集線(xiàn)器及其所連接的所有主機(jī)都屬于同一個(gè)碰撞域，不同于廣播域，碰撞域是指物理層信號(hào)的碰撞，是物理層的概念，因而集線(xiàn)器也是一個(gè)屬于物理層的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)可用一臺(tái)主機(jī)去ping另一臺(tái)主機(jī)，并在模擬狀態(tài)下觀察ICMP分組的軌跡，理解碰撞域。單個(gè)集線(xiàn)器組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)拓?fù)淙鐖D所示，主機(jī)IP應(yīng)配置在同一網(wǎng)段，在PT模擬模式下，由PC0pingPC2，只選中ICMP協(xié)議，觀察比特流的軌跡。使用集線(xiàn)器擴(kuò)展以太網(wǎng)從本實(shí)例中可以觀察到，從一臺(tái)主機(jī)所發(fā)出的數(shù)據(jù)包被集線(xiàn)器轉(zhuǎn)發(fā)到所有其它主機(jī)，即便是它們連接在不同的集線(xiàn)器上，這說(shuō)明所有主機(jī)都處在同一個(gè)碰撞域中。實(shí)驗(yàn)2：以太網(wǎng)二層交換機(jī)原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）理解二層交換機(jī)的原理及工作方式。（2）利用交換機(jī)組建小型交換式局域網(wǎng)。交換機(jī)原理及工作方式數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)腜DU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）為幀，不同于工作在物理層的集線(xiàn)器，交換機(jī)可以根據(jù)幀中的目的MAC地址進(jìn)行有選擇的轉(zhuǎn)發(fā)，而不是一味地向所有其他端口廣播，這依賴(lài)于交換機(jī)中的交換表。當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)幀時(shí)，會(huì)根據(jù)幀里面的目的MAC地址去查交換表，并根據(jù)結(jié)果將其從對(duì)應(yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，這使得網(wǎng)絡(luò)的性能得到極大的提升。鑒于交換機(jī)的這種轉(zhuǎn)發(fā)特性，使得端口間可以并行地通信，比如1端口和2端口通信時(shí)，并不影響3端口和4端口同時(shí)進(jìn)行通信。實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)可用一臺(tái)主機(jī)去ping另一臺(tái)主機(jī)，并在模擬狀態(tài)下觀察ICMP分組的軌跡，理解交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)步驟（1）了解交換機(jī)工作原理。在模擬模式下，只過(guò)濾ICMP協(xié)議，從PC0去pingPC1，然后單擊圖下角的三角按鈕，再單擊PC0出站包，觀察PC0中封裝的幀結(jié)構(gòu)，特別是源地址和目的地址。實(shí)驗(yàn)步驟（2）單擊到達(dá)Switch0中的幀，觀察進(jìn)站和出站的幀，可以發(fā)現(xiàn)其源MAC地址和目的MAC地址沒(méi)有改變，說(shuō)明盡管每個(gè)交換機(jī)端口都有各自的MAC地址，但進(jìn)出交換機(jī)端口并不會(huì)改變幀中的源和目的MAC地址。該幀被交換機(jī)從Fa0/2端口轉(zhuǎn)發(fā)到PC1，之所以沒(méi)有從Fa0/3端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，是因?yàn)榻粨Q機(jī)是根據(jù)交換表來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀的，這也是其和集線(xiàn)器的主要區(qū)別。實(shí)驗(yàn)步驟（3）查看交換機(jī)交換表。Switch#showmac-address-table//顯示交換機(jī)交換表MacAddressTable-------------------------------VlanMacAddress

Type

Ports----------------------------1

0030.a327.2363

DYNAMICFa0/2//交換表中的記錄1

00e0.8f17.8267

DYNAMICFa0/1實(shí)驗(yàn)步驟觀察PC1中的進(jìn)站和出站幀，可以看到其出站和進(jìn)站的MAC地址已經(jīng)相反了。實(shí)驗(yàn)3交換機(jī)中交換表的自學(xué)習(xí)功能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）理解二層交換機(jī)交換表的自學(xué)習(xí)功能。基本概念交換機(jī)可以即插即用，不需要人工配置交換表，交換表的建立是通過(guò)交換機(jī)自學(xué)習(xí)得到的。其主要思路為主機(jī)A封裝的幀從交換機(jī)的某個(gè)端口進(jìn)入，當(dāng)然，也可以從該端口到達(dá)主機(jī)A。這樣，當(dāng)交換機(jī)在收到一個(gè)幀時(shí)，可以將幀中的源MAC地址和對(duì)應(yīng)的進(jìn)入端口號(hào)記錄到交換表中，作為交換表中的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)目。若交換表中沒(méi)有目的MAC地址的記錄，則通過(guò)廣播方式去尋找，即向除該進(jìn)入端口外的所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)步驟（1）構(gòu)建拓?fù)?。?shí)驗(yàn)步驟（2）執(zhí)行ping命令，觀察分組。在模擬模式下，只過(guò)濾ARP和ICMP協(xié)議，從PC0pingPC3，單擊PC0處的ARP分組，該分組被封裝為以太網(wǎng)廣播幀（目的MAC地址為全1），這里暫不考慮ARP的原理，僅觀察ARP分組里的源和目的MAC地址。實(shí)驗(yàn)步驟（3）在交換機(jī)中添加交換表記錄。ARP分組到達(dá)交換機(jī)，此時(shí)查看交換機(jī)的交換表。ARP分組到達(dá)交換機(jī)Switch#showmac-address-tableMacAddressTableVlanMacAddressTypePorts----------------------------100e0.8f17.8267DYNAMICFa0/1實(shí)驗(yàn)時(shí)利用ping命令去訪(fǎng)問(wèn)另一臺(tái)主機(jī)，在ping包發(fā)出前，網(wǎng)絡(luò)會(huì)先運(yùn)行ARP協(xié)議來(lái)獲得對(duì)方主機(jī)的MAC地址。這樣，按照自學(xué)習(xí)算法，交換機(jī)會(huì)首先學(xué)習(xí)到ARP分組中的源MAC地址和對(duì)應(yīng)端口號(hào)，并記入交換表。實(shí)驗(yàn)步驟（4）ARP分組被交換機(jī)廣播出去，但需要注意，此廣播屬于ARP的廣播（目的MAC地址為全1），而非交換機(jī)找不到轉(zhuǎn)發(fā)表中的記錄所進(jìn)行的廣播。實(shí)驗(yàn)步驟（5）單擊PC3上ARP的應(yīng)答分組，觀察PC3的MAC地址(0060.5CE2.8EBA)。實(shí)驗(yàn)步驟（6）交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)ARP分組。ARP分組返回交換機(jī)，按照自學(xué)習(xí)算法，PC3的MAC地址將被記錄到交換表中。查看交換機(jī)的交換表：Switch#showmac-address-tableVlan MacAddress TypePorts10060.5ce2.8ebaDYNAMIC Fa0/4100e0.8f17.8267DYNAMIC Fa0/1實(shí)驗(yàn)步驟（7）觀察交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)直接將該分組由Fa0/1轉(zhuǎn)發(fā)出去，而不是向其他端口廣播，這正是依據(jù)交換表轉(zhuǎn)發(fā)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)步驟（8）清空交換機(jī)的MAC地址表，再次由PC0pingPC3。此時(shí)由于PC0的ARP緩存中保存有PC3的MAC地址，因此，PC0處封裝的目的MAC地址為PC3的MAC地址，當(dāng)幀到達(dá)交換機(jī)時(shí)，由于交換機(jī)地址表中沒(méi)有該目的地址的記錄，所以按照自學(xué)習(xí)算法將向所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。實(shí)驗(yàn)4：

交換機(jī)VLAN實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?10203（1）理解二層交換機(jī)的缺陷。（2）理解交換機(jī)的VLAN，掌握其應(yīng)用場(chǎng)合。（3）掌握二層交換機(jī)VLAN的基礎(chǔ)配置。VLAN基礎(chǔ)知識(shí)一個(gè)二層交換網(wǎng)絡(luò)屬于一個(gè)廣播域，廣播域也可以理解為一個(gè)廣播幀所能達(dá)到的范圍。在網(wǎng)絡(luò)中存在大量的廣播，許多協(xié)議及應(yīng)用通過(guò)廣播來(lái)完成某種功能，如MAC地址的查詢(xún)，ARP協(xié)議等，但過(guò)多的廣播包在網(wǎng)絡(luò)中會(huì)發(fā)生碰撞，一些廣播包會(huì)被重傳，這樣，越來(lái)越多的廣播包會(huì)最終將網(wǎng)絡(luò)資源耗盡，使得網(wǎng)絡(luò)性能下降，甚至造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。虛擬局域網(wǎng)（VLAN，VirtualLocalAreaNetwork）技術(shù)可以將一個(gè)較大的二層交換網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)較小的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)廣播域，且與具體物理位置沒(méi)有關(guān)系，這使得VLAN技術(shù)在局域網(wǎng)中被普遍使用，具體來(lái)說(shuō)，VLAN有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）控制廣播域。（2）增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。VLAN劃分的方式如下所列。VLAN基礎(chǔ)知識(shí)（1）基于端口的劃分。1（2）基于MAC地址、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類(lèi)型等劃分VLAN。2命令格式含義vlanvlan-id創(chuàng)建VLAN，例如：vlan10namevlan-name給VLAN命名switchportmodeaccess將該端口定義為access模式，應(yīng)用于端口模式下switchportaccessvlanvlan-id將端口劃分到特定VLAN，應(yīng)用于端口模式下showvlan顯示VLAN及端口信息showvlanidvlan-id顯示特定VLAN信息實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)可用一臺(tái)主機(jī)去ping另一臺(tái)主機(jī)，并在不同情況下觀察幀的軌跡，理解碰撞域。實(shí)驗(yàn)步驟（1）布置拓?fù)洹⒅鳈C(jī)IP地址均設(shè)置為192.168.1.0/24網(wǎng)段，在交換機(jī)中創(chuàng)建VLAN10和VLAN20，將Fa0/1、Fa0/2和Fa0/5端口劃入VLAN10，將Fa0/3、Fa0/4和Fa0/6劃入VLAN20，如圖3-22所示。PC0、PC1和PC4屬于VLAN10的廣播域，而PC2、PC3和PC5屬于VLAN20的廣播域，觀察VLAN的作用。實(shí)驗(yàn)步驟（2）配置交換機(jī)。（3）同一VLAN廣播幀。在模擬模式下，從PC0pingPC1，只過(guò)濾ARP分組和ICMP分組。其中第一個(gè)ARP分組是廣播幀，這里我們暫時(shí)只關(guān)注其廣播的屬性。由于該包從Fa0/1端口進(jìn)入，屬于VLAN10，因此它將在VLAN10中廣播。觀察VLAN10的廣播域，顯然，只有PC1、PC4可以收到這個(gè)幀，其中PC4丟棄該幀，而不屬于VLAN10的主機(jī)將收不到該廣播幀。實(shí)驗(yàn)步驟（4）同一VLAN單播幀。ARP廣播幀到達(dá)PC1后，PC1會(huì)向PC0回復(fù)一個(gè)單播幀，根據(jù)交換機(jī)的交換表自學(xué)習(xí)算法，PC0的MAC地址會(huì)被交換機(jī)學(xué)習(xí)到，所以單播幀將被直接轉(zhuǎn)發(fā)到PC0，而不會(huì)向其它端口轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)然，若轉(zhuǎn)發(fā)表中沒(méi)有該地址，則會(huì)在VLAN10中廣播該幀。實(shí)驗(yàn)步驟（5）不同VLAN單播幀。從PC0pingPC3，此時(shí)PC0與PC3屬于不同VLAN，交換機(jī)從Fa0/1端口收到ARP廣播幀后，會(huì)在VLAN10中廣播，PC1和PC4可以收到廣播幀，但都被丟棄，而PC3則收不到該廣播幀。實(shí)驗(yàn)5：交換機(jī)VLAN中繼實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1（1）理解VLAN中繼的概念。02（2）掌握以太網(wǎng)交換機(jī)的VLAN中繼配置。03（3）掌握VTP的配置。VLAN中繼基礎(chǔ)知識(shí)擁有VLAN10和VLAN20的交換機(jī)想要到達(dá)另一臺(tái)擁有相同VLAN的交換機(jī)時(shí)，需要他們?cè)谖锢砩线B接兩條鏈路，分別用來(lái)承載VLAN10和VLAN20的流量。中繼是一條支持多個(gè)VLAN的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，允許多個(gè)VLAN通過(guò)該鏈路到達(dá)另一端，比如可用一條中繼鏈路來(lái)代替上圖中的兩條鏈路。實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)可用一臺(tái)主機(jī)去ping另一臺(tái)主機(jī)，并在模擬狀態(tài)下觀察ICMP分組的軌跡，理解碰撞域。實(shí)驗(yàn)步驟（1）布置拓?fù)洹Ｍ負(fù)渲邪?臺(tái)交換機(jī)（S1、S2和S3）和6臺(tái)主機(jī)，將主機(jī)IP地址均設(shè)置為192.168.1.0/24網(wǎng)段，在交換機(jī)S2、S3中創(chuàng)建VLAN10和VLAN20，在S2中將Fa0/1、Fa0/2端口劃入VLAN10，將Fa0/3端口劃入VLAN20。在S3中將Fa0/1端口劃入VLAN10，將Fa0/2和Fa0/3端口劃入VLAN20。實(shí)驗(yàn)步驟（2）配置VTP、交換機(jī)VLAN及端口。設(shè)置S1為VTP服務(wù)器，設(shè)置VTP域名為myvtp，創(chuàng)建VLAN10和VLAN20。在S2中將Gig0/1端口（簡(jiǎn)寫(xiě)為g0/1）配置為trunk模式，設(shè)置VTP工作模式為客戶(hù)機(jī)，VTP域名為myvtp在S3中將Gig0/2端口配置為trunk模式，設(shè)置S3的VTP工作模式為客戶(hù)機(jī)，VTP域名為myvtp，交換機(jī)S1默認(rèn)將Gig0/1和Gig0/2端口和對(duì)方端口協(xié)商為trunk模式。實(shí)驗(yàn)步驟（3）VLAN10的廣播幀。由PC1pingPC3，首先在PC1處生成ARP廣播分組，該分組被封裝為以太網(wǎng)幀，觀察其模擬狀態(tài)下的轉(zhuǎn)發(fā)軌跡和不同設(shè)備上生成的出站及進(jìn)站幀。需要注意的是，雖然PC1被劃入VLAN10，但PC1處生成的只是一個(gè)普通的以太網(wǎng)幀，802.1Q的幀并非在這里被封裝。實(shí)驗(yàn)步驟S2的入站幀（不帶VLAN標(biāo)記）實(shí)驗(yàn)步驟S2的出站幀（插入VLAN標(biāo)記）實(shí)驗(yàn)步驟（4）VLAN10的單播幀。這里根據(jù)PC3返回的ARP單播幀來(lái)分析，觀察單播幀被轉(zhuǎn)發(fā)的情況。首先PC3生成指向PC1的MAC地址的以太網(wǎng)單播幀。由于單播幀從S3的VLAN10端口進(jìn)入，所以，各交換機(jī)都查找各自VLAN10的交換表，并按照交換表轉(zhuǎn)發(fā)。ARP單播幀被S3轉(zhuǎn)發(fā)到S1，接著被S1轉(zhuǎn)發(fā)到S2，最后被轉(zhuǎn)發(fā)到PC1。在此過(guò)程中，其他VLAN10和VLAN20主機(jī)都收不到該單播幀。生成指向PC1的MAC地址的以太網(wǎng)單播幀實(shí)驗(yàn)步驟（5）VLAN10向VLAN20發(fā)的單播幀。這里由PC1向PC4發(fā)單播幀，為了得到PC4的MAC地址，便于封裝PC1pingPC4的單播幀，這里將S3的Fa0/2端口先改為屬于VLAN10：執(zhí)行PC1pingPC4的命令，由于PC4現(xiàn)在屬于VLAN10，所以可以ping通，PC1將獲得PC4的MAC地址，該MAC地址被緩存在PC1的ARP緩存中，便于下次需要時(shí)封裝。這樣，在PC1處再次pingPC4時(shí)，就可以封裝為一個(gè)目的地址為PC4的單播幀。將S3的Fa0/2端口再改回屬于VLAN20，并清空交換表。再次執(zhí)行PC1pingPC4的命令，可以看到，PC1處已封裝了目的MAC地址為PC4地址的MAC幀。實(shí)驗(yàn)步驟在模擬狀態(tài)下觀察ICMP協(xié)議，由于交換機(jī)的交換表中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的記錄，所以該幀被交換機(jī)在VLAN10中廣播。顯然，所有收到該幀的主機(jī)都會(huì)將其丟棄，而PC4則無(wú)法收到該幀。已封裝了目的MAC地址為PC4地址的MAC幀實(shí)驗(yàn)步驟（6）驗(yàn)證中繼控制。在S2中執(zhí)行以下命令：S2(config)#intg0/1S2(config-if)#switchtrunkallowedvlanremove10//將VLAN10從trunk中移除，VLAN10的幀無(wú)法從g0/1口通過(guò)。此時(shí)，由PC1去pingPC3，結(jié)果是不通的。繼續(xù)執(zhí)行以下命令：S2(config-if)#switchtrunkallowedvlanadd10//將VLAN10添加到trunk中，VLAN10的幀可以從g0/1口通過(guò)。再由PC1去pingPC3，結(jié)果可以ping通。PC3收到該幀后將其丟棄實(shí)驗(yàn)6：

生成樹(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?10203（1）理解生成樹(shù)協(xié)議的目的和作用。（2）掌握配置生成樹(shù)協(xié)議。（3）掌握調(diào)整生成樹(shù)協(xié)議中交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)。生成樹(shù)基礎(chǔ)知識(shí)生成樹(shù)協(xié)議（spanning-tree）主要用來(lái)解決交換網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路問(wèn)題，使同一個(gè)廣播域中物理鏈路上形成的環(huán)路，在邏輯上無(wú)法形成環(huán)路，避免大量廣播風(fēng)暴的形成。另外，生成樹(shù)還可以為交換網(wǎng)絡(luò)提供冗余備份鏈路，該協(xié)議將交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余備份鏈路從邏輯上斷開(kāi)，當(dāng)主鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到備份鏈路，保證數(shù)據(jù)的正常轉(zhuǎn)發(fā)。生成樹(shù)協(xié)議版本：STP、RSTP（快速生成樹(shù)協(xié)議）、MSTP（多生成樹(shù)協(xié)議）。生成樹(shù)協(xié)議的缺點(diǎn)是收斂時(shí)間長(zhǎng)?？焖偕蓸?shù)在生成樹(shù)協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了兩種端口角色，替換端口或備份端口，分別作為根端口和指定端口。當(dāng)根端口或指定端口出現(xiàn)故障時(shí)，冗余端口可以直接切換到替換端口或備份端口上，從而實(shí)現(xiàn)RSTP協(xié)議小于1秒的快速收斂。實(shí)驗(yàn)流程觀察并分析STP的信息，并調(diào)整設(shè)備優(yōu)先級(jí)，使拓?fù)涓鼮楹侠?。?shí)驗(yàn)步驟（1）布置拓?fù)?。拓?fù)渲邪?臺(tái)交換機(jī)S0、S1和MS0，交換機(jī)所有端口均屬于VLAN1，在同一個(gè)廣播域中，由于在物理上形成了環(huán)路，Cisco交換機(jī)默認(rèn)是打開(kāi)STP的，在STP的作用下，MS0的Fa0/1端口被阻塞，不能進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。實(shí)驗(yàn)步驟在MS0中做如下配置，指定三層交換機(jī)為VLAN1的根橋。MS0(config)#spanning-treevlan1rootprimary也可以通過(guò)直接改變優(yōu)先級(jí)數(shù)字來(lái)達(dá)到目的。比如，在MS0中執(zhí)行如下命令也可將MS0改為根橋。MS0(config)#spanning-treevlan1priority4096（3）調(diào)整優(yōu)先級(jí)，使三層交換機(jī)MS0成為根橋。（2）查看交換機(jī)的STP信息。實(shí)驗(yàn)7：

以太通道配置實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）理解以太通道的目的和作用。（2）掌握以太通道的要求和條件。（3）掌握以太通道的配置。以太通道基礎(chǔ)知識(shí)以太通道（EthernetChannel）是交換機(jī)將多個(gè)物理端口聚合成一個(gè)邏輯端口，可將其理解為一個(gè)端口。通過(guò)端口聚合，可以提高交換機(jī)間的帶寬。例如，當(dāng)2個(gè)100M帶寬的端口聚合后，就可生成一個(gè)200M帶寬的邏輯端口。在某種情況下，當(dāng)