Lab2 使用二层交换机组网
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已超过建议完成时间，请务必在2024-12-29前提交该实验报告与数据
一、实验目的
- 掌握交换机的工作原理、管理配置方法
- 掌握VLAN的工作原理、配置方法
- 掌握跨交换机的VLAN Trunk配置方法
- 掌握多个交换机的冗余组网、负载平衡的配置方法
二、实验内容
- 使用网线连接PC，让PC彼此能够互相Ping通
- 配置和管理交换机：使用Console线连接交换机，运行Putty等终端软件，对交换机进行配置
- 通过Telnet远程管理交换机
- 配置镜像端口，用Wireshark软件抓取交换机各端口的数据
- 配置VLAN Access端口和VLAN Trunk端口
- 配置交换机的冗余备份
- 配置交换机的负载均衡
三、主要仪器设备
PC机、路由器、交换机、Console连接线、直联网络线、交叉网络线。
四、操作方法与实验步骤
IOS软件的基本操作
- 进入特权模式：
enable；该模式下才能查看重要信息，并可进入配置模式； - 进入配置模式：
configure terminal；在这个模式下才可以修改配置； - 进入到某个接口的配置模式：
interface 接口名 模块号/端口号，例如interface ethernet 0/1； - 命令可以不输全，只要能够被唯一识别；
- 输入？可以显示当前上下文环境下可用命令；
- 在命令后面输入？可以显示命令的参数提示；
- 输入命令的前一部分，再按
tab，可以自动完成完整的命令输入； - 按上箭头可以重复输入上次打过的命令；
- 鼠标左键选择需要截取的文本内容，鼠标右键粘贴复制好的文本的内容。
Part 1 单交换机
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用1台二层交换机和4台PC组成一个小型局域网
- 使用直联网络线，将每个PC机都连接到交换机的不同端口
- 使用Console线，连接到交换机的Console端口和控制台PC的串口，并在控制台PC上运行Putty等终端软件
- 观察交换机的每个端口状态指示，确认PC机都正确连接到了交换机的端口
- 查看当前哪些端口已连接，哪些端口未连接，连接的速率和模式，收发统计
- 在控制台输入命令查看当前设置了哪些VLAN，缺省所有的端口都属于同一个VLAN 1，如果有端口属于非默认VLAN，输入命令取消该VLAN
- 在每个PC机上互相用Ping来测试连通性，验证局域网已经建立
- 手工关闭某个端口，然后查看端口关闭后的效果，在对应的PC机上使用Ping测试连通性
- 给交换机配置一个IP地址，并在交换机上用Ping命令测试与PC间的连通性
- 在非控制台PC机上，通过telnet连接交换机，进行远程配置。
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设置交换机的镜像端口
- 确定某个PC（假设为PC1）连接的端口为镜像端口
- 在该PC机上运行包捕获软件，抓取数据包
- 在其他2个PC机上运行Ping，互相测试彼此的连通
- 查看是否能抓取到其他2个PC机之间的Ping响应包，正常情况下，由于交换机是根据MAC地址直接转发的，所以PC1是收不到其他PC之间的响应包
- 在交换机上将连接PC1的端口配置为镜像端口，被镜像的端口分别为另外2个PC连接的端口
- 在PC1上再次启动包捕获软件，抓取数据包
- 在其他PC机上运行Ping，测试彼此的连通性
- 查看是否能抓取到其他2个PC机之间的Ping响应包。镜像端口设置后，交换机将把被镜像的源端口收发数据复制一份给镜像目的端口。同时该端口的正常收发功能关闭。
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在交换机上设置VLAN
- 输入命令，在交换机上增加1个新的VLAN
- 将PC3和PC4加入新的VLAN
- 通过PING验证PC之间的连通性
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如果交换机上有密码，请按照下面的步骤清除密码：
- 用控制线连接PC和交换机的Console口，PC上运行Putty软件
- 断开交换机电源，然后按住交换机的mode键不放，重新打开交换机电源，直到mode灯闪烁十秒左右后再放开mode键
- 在Putty软件上观察交换机启动过程，直到出现
Switch:的提示符 - 输入
dir flash:查看是否存在config.txt文件，如果不能列出目录，输入命令flash_init，待flash加载成功后再输入命令rename flash: config.text flash: configX.text将配置文件改名 - 输入命令
reload或reset重新启动。
Part 2 多交换机
- 用2台交换设备和4台PC组成一个小型局域网，每个交换机都连接2台PC机；
- 在交换机上都设置2个VLAN，将每个交换机上的PC都分成2组，各属于1个VLAN；
- 将两个交换机连起来，设置互联端口为VLAN Trunk模式，并测试同一组VLAN跨交换机的联通性；普通模式的端口只允许一个VLAN的数据通过，VLAN Trunk模式允许多个VLAN数据同时通过一个端口。
- 用2条网线连接2个交换机，验证Spanning-tree的作用。交换机之间自动会运行Spanning-tree协议，避免产生转发回路。如果关闭Spanning-tree,存在物理回路的网络很容易产生广播风暴，从而导致网络瘫痪。
- Spanning-tree是按照VLAN进行管理的，不同VLAN的Spanning-tree可以有不同的设置，因此，可以利用这点实现在两个交换机上的负载平衡。测试2条网线均连接时，数据是否从2条网线分别传送，而当1条网线断开时，数据是否全部改从另外1条网线和传送。
五、实验数据记录和处理
以下实验记录均需结合屏幕截图，进行文字标注和描述，图片应大小合适、关键部分清晰可见，可直接在图片上进行标注，也可以单独用文本进行描述。
Part 1 单交换机
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在实验拓扑图上标记交换机的IP地址、PC的IP地址及所属VLAN、交换机的与PC的连接端口）
拓扑图参考，请替换成实际使用的：
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找一台有串口的PC机和一根串口控制线，将控制线的一头连接交换机的Console口，另一头连接PC机的串口。
在PC机上运行Putty软件，选择Serial方式，默认为9600, COM1。按两下回车，检查是否已经连上交换机。并输入
enable命令进入到特权模式。如果有密码，请参考4.清除密码步骤。输入命令
show version查看当前交换机型号信息并记录：设备型号、IOS软件版本、软件映像文件名、端口数量。 -
输入命令
show flash或dir flash: 查看当前文件系统的内容，并将展示结果截图截图参考：
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显示交换机的VLAN数据（命令
show vlan），并将展示结果截图所有的端口应该都属于VLAN 1，如果存在其他VLAN，请先通过命令
no vlan id删除截图参考：
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用直连网线（straight through）将PC按照前述拓扑结构连接到交换机。然后给各PC配置IP地址，并用Ping检查各PC之间的联通性，确保都能Ping通，否则请检查网线连接。
手工关闭某端口（命令：
shutdown)，输入命令查看该端口状态（命令：show interface端口号，如show interface e0/1），在其他PC上使用Ping命令检测连接在该端口的PC是否能够联通。请截图：命令输出、Ping结果
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重新打开该端口（命令：
no shutdown），输入命令查看交换机上端口状态。使用Ping命令检测连接在该端口的PC是否能够联通请截图：命令输出、Ping结果
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进入VLAN1接口配置模式（命令：
interface vlan 1），给VLAN 1配置IP地址即是给交换机配置管理IP地址（命令：ip address 地址 掩码）。测试PC是否能Ping通交换机的IP地址；如果不通，查看VLAN 1端口的状态是否是up，如果不是，则打开VLAN端口（no shutdown）。请截图：输入的命令
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输入以下命令：打开虚拟终端（命令
line vty 0 4），允许远程登录（命令：login），设置登密码（命令：password 密码）请截图：输入的命令
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在PC上运行Putty软件，选择telnet协议，输入交换机的IP地址，通过网络远程连接交换机，并输入密码。
请截图：连接成功结果
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在PC1上运行Wireshark，在另外2台（PC2、PC3）上互相持续的Ping（运行
ping IP地址 -t），观察在PC1上是否能抓取到PC2和PC3发出的ARP广播包以及ICMP响应包。如果不能抓取到PC2、PC3发送的ARP广播包，在PC2、PC3上先运行arp –d *删除所有主机的ARP缓存。正常情况下，ICMP响应包是不能被抓取到的。请截图：Wireshark抓包情况
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选择一个交换机端口配置为镜像端口（命令：
monitor session 1 destination interface 端口），将PC1的网线切换到该端口，将PC2和PC3所连端口配置为被镜像端口（命令：monitor session 1 source interface 端口）。继续运行Wireshark，观察在PC1上是否能抓取到PC2和PC3的ICMP响应包。请截图：输入的命令、Wireshark抓包情况
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关闭PC1端口的镜像功能（命令：
no monitor session 1 destination interface 端口)，否则该端口不能正常收发数据。请截图：输入的命令
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在交换机上增加VLAN 2（命令：
vlan database或config terminal，vlan 2），将PC3、PC4所连端口加入到VLAN 2（命令：interface 端口，switchport access vlan 2）。用Ping检查PC之间的联通性（同一VLAN的PC之间能够通，不同VLAN的PC之间不能通）。请截图：输入的命令、PC1→PC2、PC1→PC3、PC4→PC2、PC4→PC3间共4组连通性检测截图
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查看交换机上的运行配置（命令
show running-config），复制粘贴本节相关的文本。
Part 2 多交换机
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增加一台交换机（Switch2），将PC2、PC4连接到该交换机，并用一根交叉网线（Cross-over）将两个交换机连接起来。在拓扑图上记录各PC的IP地址、连接端口及所在VLAN：
拓扑图参考，请替换成实际使用的：
在Switch2上增加VLAN 2，将PC4所连端口加入到VLAN 2。用Ping检查不同交换机上属于同一VLAN的PC之间的联通性（即PC1与PC2应该通，PC3与PC4不能通）。然后显示2个交换机的VLAN数据（命令
show vlan)请截图：Switch1的vlan数据、Switch2的vlan数据、PC1→PC2、PC3→PC4间共2组连通性检测截图
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将交换机之间的互联端口配置为VLAN Trunk模式（命令：
switchport mode trunk，部分型号的设备可能要先设置封装协议，命令：switchport trunk encapsulation dot1q），再次用Ping检查属于同一VLAN但在不同交换机的PC之间的联通性（即PC1与PC2应该通，PC3与PC4也应该通）。请截图：输入的命令、PC1→PC2、PC3→PC4间共2组连通性检测截图
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再增加一根网线，把2个交换机的另外2个端口连接起来。并将这2个端口都配置成VLAN Trunk模式。稍等片刻，查看4个互联端口的状态（命令：
show spanning-tree），分别在2个VLAN中标出: 哪个交换机是根网桥？哪些端口处于转发状态（FWD），哪些端口处于阻塞状态（BLK）。Spanning-tree数据截图示例（请替换成实际显示的）：
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关闭2个VLAN的STP（命令：
no spanning-tree vlan ID），观察两个交换机的端口状态指示灯（急速闪动），并在PC上用Ping测试网络的延迟是否加大（甚至可能出现超时或丢包）。请截图：Ping结果
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重新打开2个VLAN的STP（命令：
spanning-tree vlan ID）, 观察两个交换机的端口状态指示灯（缓慢闪动），并在PC上用Ping测试网络的延迟是否恢复正常。请截图：Ping结果
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拔掉连接在2个处于FWD状态端口之间的网线，等待一会儿，查看4个互联端口的状态（命令：
show spaning-tree）（有些端口可能已经消失）。标出原BLK状态的端口是否变成了FWD状态。请截图：Spanning-tree数据截图（分交换机显示）
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配置2个交换机的互联端口优先级(默认优先级128)，使VLAN1的数据优先通过第1对互联端口传送（命令：
interface 端口,spanning-tree vlan 1 port-priority 16）。使VLAN2的数据优先通过第2对互联端口传送（命令：interface 端口,spanning-tree vlan 2 port-priority 16）。此处只记录2个交换机各自所使用的命令及参数即可。请截图：Switch1、Switch2上输入的命令
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拔掉剩下的1根连接互联端口的网线，稍后2根网线重新插上，等待一会儿，查看4个互联端口的状态，分别在2个VLAN中标出:各端口的优先级，哪些端口处于转发状态，哪些端口处于阻塞状态。
请截图：Spanning-tree数据截图（分交换机显示）
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拔掉其中1根连接互联端口的网线，查看4个互联端口中原先处于BLK状态的端口，是否变成了FWD状态（哪个VLAN发生了变化）
请截图：Spanning-tree数据截图（分交换机显示）
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记录2个交换机上的运行配置（命令:
show running-config），复制粘贴本节相关的文本（完整的内容请放在文件中，每个交换机一个文件，分别命名为S1.txt、S2.txt）。
六、实验结果与分析
根据你观察到的实验数据和对实验原理的理解，分别解答以下问题：
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端口状态显示为administratively down，意味着什么意思？
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在交换机配置为镜像端口前，为什么可以抓取到其他PC之间的ARP请求包，而不能抓取ARP响应包？
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PC属于哪个VLAN，是由PC自己可以配置的，还是由交换机决定的？
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同一个VLAN的PC，如果配置了不同长度的子网掩码，能够互相Ping通吗？
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为什么在划分为2个VLAN后，两组PC之间就不能进行IP通信了呢？
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交换机在VLAN Trunk模式下使用的封装协议是什么？
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未启用STP（Spanning Tree Protocol）协议时，交换机之间连接了多条网线后，为什么Ping测试的响应会延迟很大甚至超时？
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从插上网线后开始，交换机的端口状态出现了哪些变化？大约需要多少时间才能成为FWD状态？期间，连接在该端口的计算机是否能够Ping通？