计算机网络：思科实验【4-生成树协议STP及虚拟局域网VLAN】

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实验目的

1 加深对交换机生成树协议STP的理解。

2 了解如何划分VLAN以及VLAN的作用。

3 了解虚拟局域网VLAN的特性

实验环境

Cisco Packet Tracer模拟器

实验内容

交换机生成树协议STP

（1）第一步：构建网络拓扑：在逻辑工作空间上，拖动4台以太网交换机并将它们连接成环路，如图所示。

（2）第二步： 观察到交换机的连接线中许多都是呈现橙色，表示此时线路处于阻塞状态，鼠标来回切换实时模式与仿真模式，网络拓扑最终如图所示。观察到左上角的交换机右边的连接线为橙色，说明此条线路处于阻塞状态，这是因为交换机为了避免出现环路，即使该线路在物理意义上为环路，但是从逻辑意义上，环路并没有出现。

（3）第三步：再次构建网络拓扑。在逻辑工作空间上拖动两台主机分别与两台交换机相连接，如图所示。

（4）第四步：设置IP地址。鼠标左键单击要设置的设备，选择桌面，选择IP设置，如图所示

（5）验证主机之间的连通性。切换到实时模式。鼠标单击主机1，选择桌面，选择命令提示符，如图所示。

输入”ping 192。168.0.2”，结果如图所示。

收到主机2的回复代表主机之间连通性完好。鼠标单击主机2，选择桌面，选择命令提示符，如图所示。

输入”ping 192.168.0.1”，结果如图所示。收到主机1的回复代表主机之间连通性完好。

（6）第六步：尝试断开一台交换机的连接并再次验证主机的连通性。鼠标点击交换机6，选择配置，选择FastRthenet0/2，将接口状态切换为关，如图所示。

此时交换机6端口2的连接已关闭，呈现橙色状态，如图所示。

再次点击主机1，选择桌面，选择命令提示符，输入”ping 192.168.0.2”，结果如图所示。观察到4次ping请求都超时，说明主机之间没有连通性。

（7）第七步：观察到网络拓扑中，原本阻塞的端口已经恢复正常，如图所示。这是因为我们人为关闭了端口使线路不再连通，各交换机的通过生成树协议STP共同运作发现了这一点，于是将端口打开，使线路再次联通。

再次点击主机1，选择桌面，选择命令提示符，输入”ping 192.168.0.2”，结果如图所示。收到回复代表主机之间连通性完好。

（8）第八步：打开之前人为关闭的端口。鼠标点击交换机6，选择配置，选择FastEthenet0/2，将端口状态切换为开。如图所示。

观察网络拓扑，发现原本打开的线路再次被堵塞，如图所示。这是因为交换机在生成树协议STP的共同运作下，发现了人为打开的端口，此时已经存在环路，故交换机将一处线路关闭。

（9）第九步：关闭交换机的生成树协议。鼠标点击交换机4，选择命令行界面，如图所示。

按下回车，输入”enable”以进入特权模式，输入”config”以进入全局配置模式，再次按下回车，输入”no spanning-tree vlan 1”以关闭该局域网中该交换机的生成树协议，如图所示。

按照次方式关闭其他交换机的生成树协议。再次观察网络拓扑，发现交换机已经形成了一个逻辑环路，如图所示。

（10）第十步：在环路中发送广播帧。切换到仿真模式。鼠标选择复杂PDU，在目的IP地址中填入255.255.255.255，源IP地址填入主机IP（192.168.0.1），序号与时间均填为1，如图所示。

该广播帧首先被发送到交换机1，交换机1将它们广播，交换机2、3收到再次广播，交换机4收到再次广播并将它们发送给交换机2、3，如图所示。此时环路内的帧一直在循环，严重浪费网络资源。

（11）第十一步：验证主机之间的连通性。鼠标点击主机1，选择桌面，选择命令提示符，输入”ping 192.168.0.2”，结果如图所示。

请求超时说明主机并不连通。鼠标点击主机2，选择桌面，选择命令提示符，输入”ping 192.168.0.1”，结果如图所示。请求超时说明主机并不连通。这是因为环路中存在广播帧在循环转发，致使网络繁忙，正常通信受到影响。

虚拟局域网VLAN

（1）第一步：构建网络拓扑。在逻辑工作空间上，拖动六个终端设备和一个交换机，用连接线把设备连接起来。如图所示。

（2）第二步：设置IP地址。鼠标左键单击要设置的设备，选择桌面，选择IP设置，如图所示

（3）第三步：使用注释表明IP地址及端口号。为了后续实验效果更加直观，鼠标选择注释，如图所示。为每台主机表明IP地址，为交换机的每个接口标明端口号，如图所示。

（4）第四步：鼠标选择查看，点击交换机，选择”端口状态汇总表”，就可以查看各端口的详细信息，如图所示。可以看到，该交换机共有24个端口，其中有22个百兆端口、2个千兆端口，百兆端口中开启了六个；且所有的端口都属于同一个VLAN。

（5）第五步：验证属于同一个VLAN的六台主机属于同一个广播域。鼠标切换到仿真模式，在仿真面板中点击”全显/隐藏”隐藏所有协议，并点击过滤器只显示ICMP协议，如图所示。

鼠标选择复杂PDU让主机1发送一个广播PDU，目的IP地址应该填”255.255.255.255”，源IP地址填”192.168.0.1”，如图所示。

该广播PDU首先被发送到交换机，接着被广播发送到所有主机，如图所示。由此验证属于一个VLAN的主机属于同一个广播域。接着删除该事件。

（6）第六步：划分VLAN。选择交换机，选择配置，选择VLAN数据库，如图所示。

VLAN号填入”2”，VLAN名称填入”VLAN2”，点击”添加”，此时我们创建了一个VLAN。接着，选择FastEthenet0/1，设置该端口的VLAN为2，如图所示。FastEthenet0/2、FastEthenet0/3都如此设置。

（7）第七步：验证属于不同VLAN的主机属于不同的广播域。鼠标选择复杂PDU让主机1发送一个广播PDU，目的IP地址应该填”255.255.255.255”，源IP地址填”192.168.0.1”。该广播PDU首先被发送到交换机，接着，交换机将PDU发往主机2、3，如图所示。演示完毕后，将该事件删除。

（8）第八步：使用命令行界面划分VLAN。鼠标点击交换机，选择命令行界面，输入”end”结束此前的操作，输入”exit”退出并再次按回车进入，如图所示。

输入”enable”进入特权模式，输入”config terminal”进入终端界面，输入回车，输入”VLAN 3”创建一个编号为3的VLAN，输入”name vlan3”为该VLAN重新命名，输入”end”结束此次操作，输入”show vlan brief”查看所有的VLAN简短信息，结果如图所示。

接着我们将端口4、5、6划分到VLAN3中。输入”config terminal”进入终端配置模式，输入”interface range fastethernet 0/4 - 6”一次性选择三个端口，输入”switchport mode access”配置端口模式为”access”，输入”switchport access vlan 3”将端口划分到VLAN3，如图所示。

输入”end”结束此次操作，输入”show vlan brief”输出所有VLAN的简短信息，如图所示。观察到VLAN3中包含了端口4、5、6，说明此前的操作是成功的。

（9）第九步：验证属于不同VLAN的主机属于不同的广播域。鼠标选择复杂PDU让主机1发送一个广播PDU，目的IP地址应该填”255.255.255.255”，源IP地址填”192.168.0.1”，如图所示。

该广播PDU首先被发送到交换机，接着，交换机将PDU发往主机2、3，如图所示。重复操作使主机4发送广播PDU，该广播PDU首先被发送到交换机，接着，交换机将PDU发往主机5、6。演示完毕后，将该事件删除。

（10）第十步：验证不同VLAN的主机不可以进行通信。切换到实时模式，鼠标点击主机1，选择命令行界面，输入”ping 192.168.0.4”，结果如图所示。请求超时代表相互不可以通信。

（11）第十一步：重新构建网络拓扑，如图所示。

（12）第十二步：配置新主机的IP地址，如图所示。

（13）第十三步：按照前文所介绍的划分VLAN的方法，将主机7、8、9划分为VLAN2，将主机10、11、12划分为VLAN3。如图所示。

（14）第十四步：两个交换机的端口的类型此时都是ACCESS类型，此类型端口在接收到PDU后，会检查PDU的VLAN号，假如与自己的VLAN号匹配，则接收并转发，假如不匹配则丢弃。这显然不符合我们的要求。鼠标点击交换机1，选择配置，选择FastEthernet0/7，将模式切换为Trunk，如图所示。对于交换机2也进行类似的处理。对于Trunk模式，当PDU的VLAN号与自己的VLAN号匹配时，会将PDU的VLAN号去除并转发，当VLAN号与自己不匹配则会直接转发。

（15）第十五步：鼠标选择复杂PDU让主机1发送一个广播PDU，目的IP地址应该填”255.255.255.255”，源IP地址填”192.168.0.1”，如图44所示。该广播帧首先被发送到交换机1中，接着交换机将其发送到主机2、3及交换机2，如图所示。

交换机2再将其发送给主机7、8、9，如图所示。删除原来的事件。

（16）第十六步：鼠标选择复杂PDU让主机1发送一个广播PDU，目的IP地址应该填”255.255.255.255”，源IP地址填”192.168.0.4”。该广播帧首先被发送到交换机1中，接着交换机将其发送到主机5、6及交换机2，如图所示。

交换机2再将其发送给主机10、11、12，如图所示。删除原来的事件。

实验体会

1 交换机在生成树协议STP的作用下会自动的识别环路并自动的设置线路的堵塞情况，避免产生广播帧无限循环的情况。

2 VLAN网络之间不能进行普通通信，这一点可以保证网络信息安全。且便于管理数量巨大的主机。

总结

无边的丝线，网罗天地间， 信息律动，编织着未来的领域。

电子雄心，携手共舞， 万象交融，数码之花灿烂。

时空交错，虚实相连， 网络之舞，激荡心弦。

无言的交流，电波悠扬， 互联的奇迹，在指尖绽放。

计算的魔力，解锁智慧之门， 网络如诗，奏响科技的赞歌。

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