Lab4 静态路由配置
实验资源
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
- 学习掌握路由器的工作原理和配置方法；
- 加深路由和交换功能的区别和联系；
- 理解路由表的原理，掌握子网划分原则；
- 理解静态路由的概念，掌握设置静态路由和默认路由的方法；
二、实验内容
- 分别采用静态地址分配、动态地址分配构建多种类型的局域网；
- 使用多个路由器连接多个局域网；
- 分别采用以太网、高速串口等方式连接路由器；
- 通过路由器连接真实网络并实现数据通信；
- 在路由器上配置NAT，实现私有网络和共有网络的互联；
- 在各路由器上配置静态路由，实现网络互联互通。
三、主要仪器设备
联网的PC机、路由器、交换机
四、操作方法与实验步骤
- 按拓扑图连接路由器、交换机和PC机；
- 设计好每个区域内PC和路由器接口的IP地址及掩码，其中：
- Zone1区域的IP子网为10.0.0.0/16；
- Zone2区域的IP子网为10.1.0.0/16；
- Guest区域使用DHCP动态地址分配，IP子网为172.16.0.0/24和172.16.1.0/24；
- Private区域需要经过NAT转换后再和其他区域通信，IP子网为192.168.0.0/24；
- External区域代表外部实际网络（即R2的f0/0接口连接的是外部真实网络，如校园网），使用GNS3模拟时，是通过Cloud-1这个特殊设备连接外部网络（具体请参考功能与设备使用介绍）。
- 为便于记忆，建议路由器之间的接口统一采用192.168.X.Y/24的形式，其中X为两个路由器的编号组合，如12代表R1和R2之间的子网，Y为路由器编号，如192.168.12.1分配给R1的s2/0接口，192.168.12.2分配给R2的s2/0接口。
- 按照上述设计给PC配置合适的IP地址及掩码；
- 按照上述设计给各路由器接口分配合适的IP地址、掩码并激活接口（命令参考下面）：
R1(config)# interface 接口名
R1(config-if)# ip address IP地址 掩码
R1(config-if)# no shutdown - 给PC配置默认路由器地址，测试跨路由器通信；
- 在R4路由器上配置DHCP服务，步骤如下：
- 配置路由器接口的IP地址；
- 定义第一个子网的DHCP地址池（命令：
ip dhcp pool 地址池编号）； - 定义DHCP网络地址（命令：
network IP地址 /子网掩码长度）； - 定义DHCP默认网关（命令：
default-router 默认路由器IP地址）； - 根据需要定义第二个子网的DHCP地址池；
- 启动DHCP服务（命令：
service dhcp）； - 在PC上运行
ip dhcp，获取IP地址，并查看获得的IP地址。
- 配置R1、R2路由器之间的串口的数据链路层协议为HDLC，并设置IP地址；
- 配置R2、R4路由器之间的串口的数据链路层协议为PPP，并设置IP地址；
- 在各路由器上配置静态路由，使得不相邻路由器之间能够相互通信（命令：
ip route 目标网络 子网掩码 下一跳地址）； - 在R5路由器上配置NAT服务，使得PC6、PC7以R5的f0/0接口的IP地址对外通信。配置步骤如下：
- 定义内部接口（命令：
interface fa0/1,ip nat inside)，假设fa0/1是连接内部网络的接口； - 定义外部接口（命令：
interface fa0/0，ip nat outside)，假设fa0/0是连接外部网络的接口； - 设置访问控制列表（命令：
access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.0.255)，允许网络（假设是192.168.0.0/24）向外访问； - 定义从内到外的访问需要进行源地址转换，使用路由器的外部接口地址作为转换后的外部地址（命令：
ip nat inside source list 1 interface fa0/0 overload)。
- 定义内部接口（命令：
- 配置R2的f0/0接口，使其能够与外部真实网络上的主机进行通信（请参考功能与设备介绍-增加网络云）；
- 使用Ping命令测试各个区域的PC之间的联通性，根据需要在相应的路由器上补充静态路由设置。
Ping 是一个双向过程，涉及请求主机向目标主机发送请求，随后目标主机返回 ICMP 响应，任一方向的通信出现故障，都会导致 Ping 操作失败
因此，当你遇到无法 Ping 通的情况时，建议检查双向路由配置，确保数据包能够顺利到达目标主机，并且目标主机的响应也能成功返回到源主机
你可以使用 traceroute 命令来帮助定位问题，通过观察数据包在哪个路由器处中断，然后在该路由器上分别 Ping 源主机和目标主机，以确定是哪一侧的路由配置存在问题，从而缩小排查范围
- Cisco IP路由故障排除文档集合
IP 路由 - 故障排除技术说明
故障排除技术说明五、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。
-
设计好每个PC、路由器各接口的IP地址及掩码，并标注在拓扑图上（后续全部按照这个图进行配置）。
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给PC1配置IP地址为10.0.0.X，给PC2配置IP地址为10.0.1.X，其中X为你的学号后2位或后3位（如果3位都为0，往前取，直到3位不全为0，后同不再说明），均使用24位长度的掩码（即255.255.255.0）。然后用Ping检查PC1、PC2之间的连通性（思考为什么不通）。
Ping结果截图:
-
将PC1、PC2的掩码长度均改为16位（即255.255.0.0）。然后用Ping检查PC1、PC2之间的连通性。
Ping结果截图:
-
给R1的两个接口f0/0、f1/0分别配置合适的IP地址，掩码长度均为16，并激活接口。然后查看路由表信息。
输入的配置命令：
示例：
R1#config t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
R1(config)#interface fa0/0
R1(config-if)#ip address [ip] 255.255.0.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface fa1/0
R1(config-if)#ip address [ip] 255.255.0.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#exit路由表信息截图:
-
给PC3配置IP地址10.1.0.X，其中X为你的学号后2位或后3位，掩码长度16位（即255.255.0.0）。然后用Ping检查PC1、PC3之间的连通性。
Ping结果截图:
-
如果上一步Ping的结果是不通，请给PC1、PC3配置合适的路由器地址（Gateway），并再次检查两者之间的连通性。
配置命令：
示例
PC-1> ip 10.0.0.1 255.255.0.0 [gateway]
Checking for duplicate address...
PC1 : 10.0.0.1 255.255.0.0 gateway [gateway]示例
PC-3> ip 10.1.0.1 255.255.0.0 [gateway]
Checking for duplicate address...
PC1 : 10.1.0.1 255.255.0.0 gateway [gateway]Ping结果截图：
-
给R4的f0/0、f0/1两个接口配置IP地址并激活接口。
配置命令：
示例
R4(config)#interface fa0/0
R4(config-if)#ip address [ip] 255.255.255.0
R4(config-if)#no shut
R4(config-if)#exit
R4(config)#interface fa0/1
R4(config-if)#ip address [ip] 255.255.255.0
R4(config-if)#no shut -
在R4上为第一个接口（f0/0）连接的子网配置DHCP服务。
配置命令：
示例
R4(config)#ip dhcp pool 1
R4(dhcp-config)#network 172.16.0.0 /24
R4(dhcp-config)#default-router 172.16.0.1 -
在PC4上使用DHCP动态分配地址，查看获得的IP地址。
配置命令及获得的IP地址截图：
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在R4上为第二个接口（f0/1）配置DHCP服务。
配置命令：
示例
R4(config)#ip dhcp pool 1
R4(dhcp-config)#network 172.16.1.0 /24
R4(dhcp-config)#default-router 172.16.1.1 -
在PC5上使用DHCP动态分配地址，查看获得的IP地址。
配置命令及获得的IP地址截图：
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用Ping命令测试PC4、PC5之间的连通性。
Ping结果截图:
-
显示R4上的已分配DHCP主机信息
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配置R1、R2路由器之间的串口，设置数据链路层协议为HDLC（命令：
encapsulation hdlc），在其中一台路由器上设置时钟速率（命令：clock rate 速率值），设置IP地址，激活接口，并测试两个路由器之间的连通性。配置命令：
Ping结果截图:
-
配置R4、R2路由器之间的串口，设置IP地址，设置数据链路层协议为PPP（命令：
encapsulation ppp），设置PPP认证模式为CHAP（命令：ppp authentication chap），为对方设置认证用户名和密码（命令：username R4 password 1234），用户名默认就是对方的路由器hostname（区分大小写），密码要设置成一样的。激活接口，查看串口状态并测试两个路由器之间的连通性。配置命令：
查看串口状态（LCP Open表明PPP的LCP已经协商完成，身份验证通过）：
Ping结果截图：
-
配置R1、R3路由器之间接口的IP地址，激活接口，并测试两个路由器之间的连通性。
记录:输入的命令，保留命令前提示符，如
R1(config)#/ Ping结果截图 -
配置R4、R3路由器之间接口的IP地址，激活接口，并测试两个路由器之间的连通性。
记录：输入的命令，保留命令前提示符，如
R1(config)#/ Ping结果截图 -
分别测试PC1与PC4、PC1与PC5、PC3与PC4、PC3与PC5之间的连通性。
记录：PC1→4 / PC1→5 / PC3→4 / PC3→5 Ping结果截图:
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查看各路由器的路由表信息（命令：
show ip route），分析上述不能Ping通的原因是缺少了哪些路由信息，为下一步添加路由做准备。记录：R1 / R2 / R3 / R4路由表信息截图:
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在各个路由器上为相应的目标网络（Zone1, Zone2, Guest zone所在子网）添加静态路由（优先选择以太网线路作为下一跳路径），以便上述三个区内的PC能够互相Ping通（不通请仔细分析是哪一台路由器缺少了路由）。记录最后的路由表信息。
记录：R1 / R2 / R3 / R4上输入的命令，保留命令前提示符，如
R1(config)#示例
R1#config t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
R1(config)#ip route [subnet] [mask] [next-hop]
R1(config)#ip route [subnet] [mask] [next-hop]记录：PC1→4 / PC1→5 / PC3→4 / PC3→5 Ping结果截图:
记录：R1 / R2 / R3 / R4路由表信息截图:
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在R1和R4上增加备用路由，选择串口线路作为下一跳的路径，并将路由距离设置成30（命令：
ip route 目标网络 子网掩码 下一跳地址 距离）。此时查看路由表，该新增路由信息并不会出现，但在主路由链路断开时（在R1、R4上关闭与R3连接的端口），该路由会被自动添加进路由表。通过实验验证一下。记录：配置命令：
-
R1：
示例
R1(config)#ip route 172.16.0.0 255.255.255.0 [ip] [mask-length] -
R4
A) R1-R3、R4-R3间链路断开前：
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R1路由表信息截图
-
R4路由表信息截图
-
PC1上的路由跟踪截图（命令：
trace 目标网络):
B) R1-R3、R4-R3间链路断开后：
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R1路由表信息截图:
-
R4路由表信息截图:
-
PC1上的路由跟踪截图:
提示如果不通，请检查R2上是否添加了相应的路由
C) R1-R3、R4-R3间链路重新打开后：
记录：R1 / R4路由表信息截图
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在R1上分别使用f1/0、s2/0接口的IP地址作为源地址，测试到R4的s2/1接口地址的连通性（命令：
ping 目标IP地址 source 源IP地址），如果有哪个不通，在各个路由器上增加相应的静态路由信息。记录：R1 f0/0 → R4 s2/1，R1 f0/1 → R4 s2/1，R1 f1/0 → R4 s2/1，R1 s2/0 → R4 s2/1间的Ping结果截图（Ping通后再截图）:
记录：在R1 / R2 / R3 / R4上补充静态路由的配置命令，保留命令前提示符，如
R1(config)# -
给R3的f0/0（R3-R5之间）接口配置IP地址，给R5各接口配置IP地址，激活接口，并测试两个路由器之间的连通性。
记录：R3 / R5上输入的配置命令，保留命令前提示符，如
R1(config)#/ Ping结果截图: -
给PC6、PC7配置IP地址及默认路由器地址（选R5作为默认路由器），其中PC6地址的主机部分为你的学号后2位或后3位（规则同前）。
记录：输入的命令，保留命令前提示符，如
R1(config)# -
在R5路由器上配置NAT服务，定义fa0/1接口为内部接口，定义fa0/0接口为外部接口。配置完成后同时在PC6、PC7上持续Ping路由器R3的fa0/0接口地址（命令：
ping ip地址 -t），Ping通后在R5上显示NAT信息（命令：show ip nat translation），可以看出内部的源IP地址被转换成了外部IP地址。实验报告模板中，内部/外部接口写反，请按实验文档要求，定义f0/1接口为内部接口，定义f0/0接口为外部接口配置命令：
示例
R5(config)#interface fa0/1
R5(config-if)#ip nat inside
R5(config-if)#exit
R5(config)#interface fa0/0
R5(config-if)#ip nat outside
R5(config-if)#exit
R5(config)#access-list 1 permit [ip] [mask]
R5(config)#ip nat inside source list 1 interface fa0/0 overloadNAT信息截图：
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在各路由器上增加静态路由信息，使得PC6能够与Zone1、Zone2、Guest Zone的PC机通信。
提示在R5上可以通过设置默认路由方式简化路由配置（命令：
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 默认路由器IP地址），而Private Zone对其他区域是不可见的，所以在外部路由器上是不需要为其添加路由的（只需要添加R3-R5之间的子网）。记录：R1 / R2 / R3 / R4 / R5上输入的配置命令，保留命令前提示符，如
R1(config)#记录：PC6→1 / 3 / 4 / 5 的Ping结果截图:
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默认情况下，Cloud-1的eth0接口工作在仅主机模式，IP地址是动态分配的，与电脑主机的某个虚拟网卡处于同一个子网。因此配置R2的f0/0接口IP地址时也采用动态分配方式（命令：
ip addess dhcp）。配置完成后查看R2获得的IP地址，然后在电脑主机上打开命令行，Ping一下R2的IP地址。记录：输入的命令，保留命令前提示符，如
R1(config)#记录：电脑主机与R2之间 Ping结果截图：
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在R2上配置NAT服务，并且在R1上添加电脑主机的子网路由，使得Zone 1的PC机也能与电脑主机通信。提示：定义f0/0接口为外部接口，s2/0为内部接口。
提示如果Zone 1的PC机无法与电脑主机通信，建议先检查R2能否Ping通Zone 1 PC机 / 电脑主机，判断问题在于路由配置还是虚拟网卡配置
如果电脑主机能够Ping通R2，但R2无法Ping通电脑主机，请检查是否关闭了防火墙（Windows安全中心-防火墙与网络保护-分别点击三种网络并关闭其防火墙）
R2配置命令：
R1配置命令：
电脑主机的IP地址:
PC1与电脑主机Ping结果截图（请关闭电脑上的防火墙）:
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找一个不需要认证、没有地址绑定限制的网络环境（首选实验室、机房，或者自己搭一个环境），首先配置电脑主机的IP地址和默认网关，以便让电脑主机能够正常连接真实网络，再找一台该网络可以Ping通的主机H。
接下来让R2的f0/0口改为连接Cloud-1的eth2接口（该接口采用桥接模式，如果没有eth2，请参照GNS指南添加一个），使用静态或动态方式给R2的f0/0口配置IP地址（采用动态分配时需要再次输入
ip address dhcp，以便路由器重新获取IP地址），设置R2的默认路由地址为真实网络上的默认网关，在R1上为主机H的子网配置路由（可以简化配置成默认路由），测试R2以及PC1能否Ping通该主机。提示该网络环境可以用手机热点模拟，电脑和另一台设备连接到该手机热点即可进行实验
如果Zone 1的PC机无法与电脑主机通信，建议先检查R2能否Ping通Zone 1 PC机 / 主机H，判断问题在于路由配置还是虚拟网卡配置
R2配置命令：
R1配置命令：
R2与真实网络主机H的Ping结果截图:
PC1与真实网络主机H的Ping结果截图:
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整理各路由器的当前运行配置，选择与本实验相关的内容记录在文本文件中，每个设备一个文件，分别命名为R1.txt、R2.txt等，随实验报告一起打包上传。
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：
- 路由器的接口为什么会出现：FastEthernet0/1 is up, line protocol is down的状态？
- 路由起什么作用？什么是静态路由？
- 需要为每个PC的IP地址添加路由，还是只需要为其网络地址添加路由？
- 添加静态路由时，下一跳地址是填写本路由器的端口地址，还是对方路由器的端口地址？或者是目的地网络的路由器端口地址？
- 什么是默认路由？添加默认路由的命令格式是什么？
- 在同一个局域网内的2台PC机，IP地址分别为10.0.0.x/24和10.0.1.x/24，都属于VLAN1，一开始不能互相Ping通，为什么把子网掩码长度从24位变成16位，就通了？
- 如果仅仅是为了让不同区域内的PC之间能够互相Ping通，在设置静态路由时，路由器之间互联的子网是否全部都要加入到所有路由器的路由表中？为什么？