数据链路层协议分析

实验目的

（1）理解数据链路层相关协议；

（2）熟悉并掌握交换机的基本配置；交换机与集线器的区别；交换机自学习算法；生成树协议STP功能；了解二层交换机与三层交换机的区别。

（3）熟悉并掌握交换机的虚拟局域网VLAN的划分方法。

实验平台

（1）Cisco Packet Tracer；

实验步骤

1、 使用思科模拟器（Cisco Packet Tracer）进行搭建交换机基础配置

1. 将终端和交换机从下方拖动到编辑视窗中并连线

2. 双击服务器，对服务器进行配置，打开“服务>DHCP”对默认网关、其实ip地址做出配置，之后点击保存

3. 对每个PC设备进行网络配置，在IP配置中，使用DHCP即可

4. 使用PC1对PC2做出ping请求，发现能够ping通，即不同主机之间能够进行ICMP协议通信。

2、 探索交换机与集线器的区别

1. 建立相同的集线器连接

2. 在交换机的子网中，在ICMP协议传送中（ping）一旦PC1与PC0建立连接后，PC1与PC0之间的通信并不会经过广播，而是之间逻辑上点到点进行通信

3. 而在集线器中无论是否建立过连接（ARP表）都是经过广播转发来实现通信

3、 使用思科模拟器（Cisco Packet Tracer）进行基本网络设备的拓扑与配置

1. 思路确立：先将内网进行搭建后再接Internet，内网将划分出4块Vlan，每一块VLAN拥有不同的网关进行区分

2. 首先我们摆出四台电脑

3. 创建一台二层交换机和多层交换机，并按照设想蓝图相连

4. 在二层交换机上创建VLAN2和VLAN4，并将FA0/1和FA0/2接口分别分配给两个VLAN

这个过程使用窗口或者命令行都行，命令行如下

\1. Switch>enable
\2. Switch#configure terminal
\3. Switch(config)#vlan 2    !创建VLAN2
\4. Switch(config-vlan)# name VLAN2   !命名VLAN2
\5. Switch(config-vlan)#vlan 4   !创建VLAN4
\6. Switch(config-vlan)# name VLAN4   !命名VLAN4
\7. Switch(config-vlan)#end
\8. Switch#configure terminal
\9. Switch(config)#interface FastEthernet0/1 !将FA0/1分配给VLAN2
\10. Switch(config-if)#switchport access vlan 2
\11. Switch(config)#interface FastEthernet0/2 !将FA0/2分配给VLAN4
\12. Switch(config-if)#switchport access vlan 4

5. 把二层交换机的0/24接口做成trunk模式

6. 在多层交换机上创建VLAN2,VLAN3,VLAN4，过程同上述

7. 为VLAN1,VLAN2,VLAN3,VLAN4配置虚拟接口IP地址

\1. Switch(config)#interface vlan 1  ！配置vlan1的虚拟接口IP
\2. Switch(config-if)#ip address 172.16.1.1 255.255.255.0
\3. Switch(config-if)#no shutdown
\4. Switch(config-if)#exit   ！开启接口
\6. Switch(config)#interface vlan 2    
\7. Switch(config-if)#ip address 172.16.2.1 255.255.255.0
\8. Switch(config-if)#no shutdown  
\9. Switch(config-if)#exit
\11. Switch(config)#interface vlan 3
\12. Switch(config-if)#ip address 172.16.3.1 255.255.255.0
\13. Switch(config-if)#no shutdown
\14. Switch(config-if)#exit
\16. Switch(config)#interface vlan 4
\17. Switch(config-if)#ip address 172.16.4.1 255.255.255.0
\18. Switch(config-if)#no shutdown
\19. Switch(config-if)#exit

8. 把多层交换机的0/24接口做成trunk模式

9. 开启三层路由器的路由功能，查看多层交换机路由表，路由表已经正常建立！

1. Switch(config)#ip routing
2. Switch#show ip route

· 测试连通性

· PC4 PING PC3 可以ping通：

至此客户端子网搭建成功！

10. 搭建外网，建立一个临时PC、服务器和两个路由器来表示外网（注意：**路由器与终端的物理连线应该使用交叉线而不应该是**直通线\）并配置PC和服务器的IP地址、网关与掩码

11. 配置路由器，路由器A（靠上）的FA1/0口配置172.16.1.2 255.255.0.0，SE2/0设置为192.168.1.1 255.255.255.0（可以使用图形化工具或者使用以下代码），配置路由器A的RIP路由协议，

\1. Router>enable
\2. Router#configure terminal
\3. !FA1/0口配置
\4. Router(config)#interface FastEthernet1/0 
\5. Router(config-if)#ip address 172.16.1.2 255.255.0.0
\6. Router(config-if)#no shutdown
\7. Router(config-if)#exit
\8. !SE2/0设置
\9. Router(config)#interface Serial2/0
\10. Router(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
\11. Router(config-if)#no shutdown
\12. Router(config-if)#exit

\1. Router(config)#router rip
\2. Router(config-router)#network 172.16.0.0 !定义关联网络172.16.0.0
\3. Router(config-router)#network 192.168.1.0 !定义关联网络192.168.1.0
\4. Router(config-router)#exit

路由器B（靠下）FA1/0口设置为10.1.10.2/24,SE2/0设置为192.168.1.2配置路由器A的RIP路由协议方法同上述代码

12. 结果：服务器和PC4（临时）可以互相ping通

13. 去除临时PC机，连接客户端子网和服务端子网

14. 配置多层交换机RIP路由协议，由于与多层交换机直连的只有172.16.0.0的聚合网段，因此只设置172.16.0.0即可

\1. Switch(config)#router rip
\2. Switch(config-router)#network 172.16.0.0

15. 检测：使用PC3对服务器进行HTTP访问

16. 将PC2、PC3分别换成由集线器、交换机构成的局域网

实验结果

结果为更直观展示见上述实验过程

实验结果与分析

1. Ethernet、IEEE802.3、PPP和HDLC都是数据链路层的协议及STP功能

Ethernet和IEEE802.3属于以太链路层协议

广域网中经常会使用串行链路来提供远距离的数据传输，高级数据链路控制HDLC（High-Level Data Link Control）和点对点协议PPP（ Point to Point Protocol）是两种典型的串口封装协议。

STP通过在网络中选择一些交换机作为根交换机（root switch），并计算出从各个交换机到根交换机的最短路径，从而保证数据包只在最短路径上传输，避免出现环路。

2. 交换机的基本配置：在主交换中设定好VLAN网段，分配到不同的端口，并将不同端口设置不同的网段IP，还可以通过trunk模式将一些VLAN在其他交换机中继续使用，此外在多层交换机中还需要设置RIP路由协议添加网段

3. 交换机和集线器的区别

集线器与交换机最大的区别如下，集线器不仅带来了安全风险，而且带来了不必要的流量，产生网络带宽的浪费，而交换机解决了这一问题

4. 交换机自学习算法大致如下：

\1) 当交换机接收到一个帧后，会解析该帧，提取出源MAC地址、进入的接口和时间等信息。

\2) 交换机在MAC地址表中查找是否有与源MAC地址相匹配的项目。如果没有找到匹配的项目，就执行下一步；如果找到了匹配的项目，则更新该项目的接口和时间信息。

\3) 在MAC地址表中增加一个新项目，其中包含源MAC地址、进入的接口和时间等信息。

\4) 如果接收到帧的目标MAC地址与交换机的某个接口绑定，则将该帧从相应的接口发送出去；否则，将该帧从所有未绑定的接口发送出去。

\5) 如果所有的接口都失败，则向所有未绑定的接口发送该帧。

\5. 二层交换机和三层交换机的区别

三层交换机工作在OSI模型的第3层（网络层），三层交换机结合了二层交换技术和三层转发功能，也就是说三层交换机在二层交换机的基础上增加了路由功能，可配置不同vlan的IP地址，vlan之间可通过三层路由实现不同vlan之间通讯。