基于packet-tracer的计算机三层网络建模研究.doc

通信工程专业专业综合课程设计题 目 基于packet tracer的计算机网络建模研究学生姓名 岳 媛 学号 1113024003 所在院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通 信 工 程 专 业 1101 班 指导教师 王 战 备 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2015年 1 月 16 日通信工程专业课程设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程专业1101班 学生姓名 岳媛 一、课程设计题目 基于packet tracer的计算机网络建模研究 二、课程设计工作自 2014 年 12 月 22 日 起至 2015 年 1 月 16 日止三、课程设计进行地点: 物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 四、课程设计的内容要求： 1.学习packet tracer软件的安装及使用； 2.在该软件环境下建立三层计算机网络模型，组建此模型至少含2个vlan； 3.完成设备配置及网络功能测试； （1）同一vlan之间可以相互通信； （2）不同vlan之间不可以相互通信； （3）不同vlan之间可以相互通信。 4.完成实习报告（含原理、组成框图、原理图步骤等），并计算机打印。 指 导 教 师 王 战 备 系(教 研 室) 通 信 工 程 系 接受任务开始执行日期 2014年12月22日 学生签名 基于packet tracer的计算机网络建模研究岳媛（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1101班，陕西 汉中 723003）指导教师：王战备 摘 要 采用VTP路由方法基于Packet Tracer仿真软件组建跨路由器的虚拟VLAN网络，设计模拟三层计算机网络模型拓扑图，分析三层交换机的端口设置、IP地址分配以及二层交换机、终端设备的配置命令和路由表信息。对虚拟网络进行仿真测试，实现相同VLAN间以及不同VLAN之间的通信。并对所设计好的网络模型进行实验验证结果表明跨VLAN间通信的技术是可行的。关 键 词 局域网 网络 通信Based on the packet tracer computer network modeling researchYue Yuan(Grade09,Class1,Major of Communication Engineering，School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China)Tutor: Wang ZhanbeiAbstract Using VTP routing methods. Based on the Packet Tracer simulation software to form a virtual VLAN network across a router, three layer design simulation computer network topology model, analysis of the three layer switch port, IP address allocation and layer 2 switches, terminal equipment configuration commands and routing table information. Simulation test of virtual network, realizes the communication between the same VLAN, and the communication between different vlans. And on a personal computer Packet Tracer equipment experiment. The results showed that cross communication between VLAN technology is feasible. Key words Vlan Network communication不要删除行尾的分节符，此行不会被打印24- 通信工程专业综合课程设计 目 录摘要1Abstract.II1绪 论21.1 课题背景21.1.1三层计算机网络的功能要求21.1.2运行环境21.2设计原则22总体设计42.1总体方案42.2方案比较43设备介绍及配置63.1交换机63.1.1交换机的介绍63.1.2交换机的配置：73.2终端83.2.1PC机和服务器的介绍83.2.2客户机的配置：84设计过程144.1 设计框图144.3.检验17结 论19致 谢20参考文献21附 录221绪 论1.1 课题背景本次课程设计是基于通信原理的一次模拟性的软件设计。Cisco Packet Tracer软是本次设计的专用。计算机三层网络的建设是现代社会发展的必然趋势，建设局域网不仅能够更加合理有效地利用现有的各种资源，使之能够适合信息时代的要求。三层计算机网络的建设及其与Internet的互联，已经成为信息化建设的当务之急。在现代社会，随着网络的急速发展，终端与终端之间的信息交流与联系也变得十分频繁，而对于数据信息的处理与交换也越来越多，从而促使这个计算机普及的时代对于计算机之间的通信在诸多终端之间也变得越来越重要。本网络设计就是局域街道居民之间的通信联系。1.1.1三层计算机网络的功能要求（1）.两个服务器之间互为同一局域网，互相可以无限制通信；（2）.同一局域网之间可以互相通信；（3）.不同服务器之间的不同终端不可以通信。（4）不同vlan之间可以通信。1.1.2运行环境 适用于WIN2000/WIN XP/WIN 7等系统1.2设计原则三层计算机网络建设是一项比较简单的网络工程，各个vlan需要根据滋生的实际情况来制定网络设计原则。在建设过程中，其遵循以下网络设计原则：1，实用性和经济性由于局域网一次性投入资金大，居民变化快导致折旧快，应用环境比较顽劣，居民应用水平参差不齐，因此，在网络的建设过程中，系统建设应始终贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持实用，经济的原则。2，先进性和成熟性当前计算机网络技术发展较快，设备更新淘汰也很快。这就要求网络建设系统在设计时既要采用先进的概念，技术和方法，又要注意结构，设备，工具的相对成熟。只有采用当前负荷国际标准的成熟先进的及时和设备，才能确保网络能够适应捡来的既是发展的需要，保证在未来几年占主导地位。3，可靠性和稳定性在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构，技术措施，性能设备，系统管理，厂商技术支持及维修能力等方面入手，确保系统运行的了考星和稳定性，达到最大的平均无故障时间。4，安全性和保密性在形同设计中，既考虑信息资源的充分共享，更要注意信息的保护的隔离，新词系统应分别针对不同的应用和不同的网络环境，采取不同的措施，包括系统安全机制，数据存取的权限控制等。5，可扩展性的易维护性为了适应系统变化的要求，必须充分考虑以最简便的方法，最低的投资，实现系统的扩展和维护。把当前先进性，未来可扩展性和经济可行性结合起来，保护以往投资，实现较高的总体性能价格比。2总体设计2.1总体方案对于类似的三层计算机网络的设计，我们使用packet tracer这个软件进行结构模拟，实现模拟通信，而此设计是依托于各个终端之间的通信，我们建立的局域网，各个终端之间既保密而又互相通信，方便快捷。设计模块：此次设计包括三层核心交换机，二层交换机和终端设备，如pc机，服务器等。可以从外部接入核心交换机，也可以在同一局域网内构建一个基站来作为网络云设备，但一般情况下，可以采用从外界接入。因为构建基站，花费巨大，不符合实用性和可扩展性。路由器的选择就有很大的自由性，可以根据设计者的习性，也可以根据构建局域网的预算，总之，可以选用三层交换机来替代路由器。二层交换机的选择也是如此。终端设备一般选择pc机。一般家庭不会用到服务器和打印机，网络电视也比较奢侈，所以pc机当仁不让的成为了首选。2.2方案比较方案一： 图1 方案一的设计图方案二; 图2 方案二的设计图方案选择：在两种方案中，我选择了第一个。其实两者的设计理念如出一辙。按理说，方案二更简单，更安全，但出于再次接触此软件的我来说，不同vlan之间通信更有挑战。服务器，网络打印机的设计很难，有可能造成全网瘫痪，每一个设备都是最基础的，它们的配置方法已经熟练掌握，再者，每一台客户机上都应有类似于360的杀毒软件，即使没有防火墙，影响也不会很大。所以宗其所有，我选择了方案一。3设备介绍及配置在Cisco packet tracer软件的打开界面上，左下方有九个设备选择：路由器，交换机，集线器，无线设备，线缆，终端设备，仿真广域网，自定义设备，多用户连接。在此处，不仅介绍各个设备，还会介绍设备的配置。在此只介绍三层交换机，二层交换机和客户机。3.1交换机3.1.1交换机的介绍交换机（switch）是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以 HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。交换机分为二层交换机，三层交换机和四层交换机，但在本次设计中使用的是二层交换机和三层交换机，所以在此将着重介绍二层交换机和三层交换机。二层交换技术的发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。从二层交换机和三层交换机的工作原理可以推知以下三点：1) 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过NM，那么这交换机就可以实现线速交换2) 学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量3) 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC（Application specific Integrated Circuit， 专用集成电路）芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。以上三点也是评判二、三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。3.1.2交换机的配置：（1）:几种配置命令模式： switchenable 这种提示符表示是在用户命令模式，只能使用一些查看命令。switch# conf t 这种提示符表示是在特权命令模式。switch(config)# 这种提示符表示是全局配置模式switch(config-if)# 端口配置命令模式（2）检查、查看命令这些命令是查看当前配置状况，通常是以show(sh)为开始的命令。show version查看IOS的版本、show flash查看flash内存使用状况、show mac-address-table查看MAC地址列表。（3）配置IP默认网关 switch(config)#int vlan1 switch(config-if)#ip add 192.168.0.253 255.255.255.0 switch(config-if)#ip def 192.168.0.254（4）管理MAC地址表switch#show mac-address-table 显示MAC地址列表switch#clear mac-address-table dynamic 清除动态MAC地址列表 图3 显示MAC地址列表（5）配置端口安全switch(config-if)switchport port-security switch(config-if)switchport port-security maximum 4 3.2终端 3.2.1PC机和服务器的介绍PC机连接服务器的计算机。客户机使用服务器共享的文件、打印机和其他资源。 客户机又称为用户工作站，是用户与网络打交道的设备，一般由微机担任，每一个客户机都运行在它自己的、并为服务器所认可的操作系统环境中。客户机主要享受网络上提供的各种资源。这是网络软件运行的一种形式。通常，采用客户机服务器结构的系统，有一台或多台服务器以及大量的客户机。服务器配备大容量存储器并安装数据库系统，用于数据的存放和数据检索；客户端安装专用的软件，负责数据的输入、运算和输出。 服务器客户机和服务器都是独立的计算机。当一台连入网络的计算机向其他计算机提供各种网络服务(如数据、文件的共享等)时，它就被叫做服务器。而那些用于访问服务器资料的计算则被叫做客户机。严格说来，客户机服务器模型并不是从物理分布的角度来定义，它所体现的是一种网络数据访问的实现方式。采用这种结构的系统目前应用非常广泛。如宾馆、酒店的客房登记、结算系统，超市的POS系统，银行、邮电的网络系统等。3.2.2客户机的配置：(1) 在设备工具栏内先找到要添加设备的大类别，然后从该类别的设备中寻找添加自己想要的设备。在操作中，选择客户机，然后选择具体型号的思科客户机。如图4。图二为查看计算机并可以给计算机添加功能模块。图4 添加计算机（2）计算机的配置图5 计算机的配置图6 为pc配置IP地址（3）计算机所具有的程序，如图7图7 计算机所具有的程序（4）计算机以终端方式连接到网络设备进行配置，如图8图8 以终端设备连接到网络设备进行配置图9 在客户机上配置交换机（5）用ping来验证是否通顺图10 本网段内互ping图11 不同网段内pc互相ping（6）服务器的配置 图12 服务器S1的配置 图13 服务器S1的IP地址配置4设计过程4.1 设计框图在方案一和方案二中综合而来的设计理念，在Cisco Packet Tracer软件中构建了上图所示的设计方案。4.2 各设备的配置(1) 交换机的配置：单击交换机，在窗口中点击配置，点击所选接口，并将其开启。在宽带选择中，选择自动，在双工选择中，点击自动。点击命令，如路由器的命令一般，进入配置状态。以下是三个二层交换机的配置：SW1：SW1enable SW1#conf t SW1(config)#int vlan 1 SW1(config-if)#ip add 192.168.1.2 255.255.255.0 SW1(config-if)#no shuSW1(config-if)#exitSW1(config)#ip def 192.168.1.1SW1(config)#endSW2：SW1enable SW1#conf t SW1(config)#int vlan 1 SW1(config-if)#ip add 192.168.1.3 255.255.255.0 SW1(config-if)#no shuSW1(config-if)#exitSW1(config)#ip def 192.168.1.1SW1(config)#endSW3：SW1enable SW1#conf t SW1(config)#int vlan 2 SW1(config-if)#ip add 192.168.2.2 255.255.255.0 SW1(config-if)#no shuSW1(config-if)#exitSW1(config)#ip def 192.168.2.1SW1(config)#end下图是三层交换机的vlan情况（核心层）： 图14 核心层交换机的vlan情况下图是三层交换机的状态图（汇聚层） 图15 汇聚层交换机的不同vlan的情况（2）PC机的配置：PC名称 IP地址 子网掩码PC0192.168.1.20255.255.255.0PC1192.168.1.21255.255.255.0PC2192.168.1.422255.255.255.0Se1192.168.1.19255.255.255.0PC3192.168.1.23255.255.255.0PC4192.168.1.24255.255.255.0PC5192.168.1.17255.255.255.0Se2192.168.1.18255.255.255.0PC6192.168.2.6255.255.255.0PC7192.168.2.7255.255.255.0PC8192.168.2.8255.255.255.0Se3192.168.2.9255.255.255.0PC9192.168.10.10255.255.255.0PC10192.168.20.10255.255.255.0 表1 设计框图中所有终端的IPPC0的配置： R0enable R0#conf t R0(config)#int F0/1 R0(config-ip )#ip add 192.168.1.20 255.255.255.0 R0(config-ip )#no shu R0(config-ip )#exit R0(config)#ip def 192.168.1.2 R0(config)#end其余pc终端都如上命令依次配置4.3.检验下图为本网段内互ping 图16 此PC机互ping 图17 在同一vlan间互相通信 结论（1）：相同Vlan之间可以相互通信。 图18 Vlan2中的PC机ping Vlan1中的PC机 图19 Vlan1和Vlan2间通信结论（2）：在不同VLAN中，不同终端不可以相互通信。 图20 Vlan10和Vlan20之间的通信结论（3）：不同vlan之间的通信。由结论（1）（2）（3）由此可以看出，本次设计是成功的。千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。通信工程专业综合课程设计 结 论本课程设计是通信工程专业的一门核心骨干课，是本专业学生必须学习和掌握的基本专业课程。在本次的课程设计的设计过程中，由于是初次组建较完整的局域网，在知识，经验方面都存在着一些不足。当然，时间比较充裕，所以有足够的时间查询寂寥或者询问在这方面比较精通的相关人士。尽管该局域网存在着很多不足，但基本功能均能实现。虽然感觉略显简单，但是对于初学者来说，不失为一个成功的设计，尽管对此设计有所不满。通过本次试验，我所学的计算机网络技术方面的知识得到了巩固，以前学习理论知识的时候为没法进行实际操作而对理论感到困惑和不理解，经过这次试验，对所学的理论进行了糅合，同时也对不理解的知识有了深入的认识，比如vlan的划分和DNS域名解析有了深入的理解。 同时，在实验过程中也遇到了很多问题，比如路由表的建立和DNS设置，开始的时候我的主机DNS服务器没有正确填写，导致无法进行解析，通过与老师和同学的讨论终于找到了问题所在，得以解决。不要自己写，要利用word来自动生成。详情请看最后一页致 谢在这四周内，要感谢指导老师王战备，不仅给了我一些关于此软件的教程，还在我遇到一些实际问题时，指出我的错误，并引导着我改正。或许对于他来说，只是简简单单的几句，但对于我而言，却有所收获。还有就是和我同一小组的组员，相互鼓励又相互协作，共同进步。小组成员间的讨论,不仅含有相关知识,而且还渗透一些专业课的内容,温故知新。在此，感谢那些对我有帮助的人。参考文献1 利用Packet Tracer软件实现交换机工作原理的模拟J.电脑知识与技术.2009.102-1032 任晓鹏;李伟华.基于Packet Tracer构建虚拟网络实训平台.中国职业技术教育.2006.44-443 VLAN的三层交换配置在Packet Tracer的实现J.科技信息.2007.324-349 4李建东，郭梯云，邬国扬.移动通信.第四版.M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.附 录不同vlan间通信的配置：三层交换机的配置：SwitchenableSwitch#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#vlan 10Switch(config-vlan)#vlan 20Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#interface vlan 10%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan10, changed state to upSwitch(config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0Switch(config-if)#no shutdown Switch(config-if)#interface vlan 20%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan20, changed state to upSwitch(config-if)#ip address 192.168.20.1 255.255.255.0Switch(config-if)#no shutdown Switch(config-if)#exitSwitch(config)#interface fastEthernet 0/1Switch(config-if)#switchport mode trunkSwitch(config-if)#interface fastEthernet 0/1Switch(config-if)#switchport access vlan 10%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan10, changed state to upSwitch(config)#interface fastEthernet 0/2Switch(config-if)#switchport mode trunk Switch(config-if)#interface fastEthernet 0/2Switch(config-if)#switchport access vlan 20%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan20, changed state to upSwitch#看路由表Switch#show ip route Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR P - periodic downloaded static routeGateway of last resort is not setC 192.168.10.0/24 is directly connected, Vlan10C 192.168.20.0/24 is directly connected, Vlan20二层交换机的配置：SW21的配置SwitchenableSwitch#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#vlan 10Switch(config-vlan)#exitSwitch(co