高职计算机网络技术实验指导书

高职计算机网络技术实验指导书前言本实验指导书围绕高职计算机网络技术专业的核心技能培养目标，通过“基础搭建-协议分析-设备配置-安全防护”的递进式实验体系，帮助学生将理论知识转化为实操能力。实验内容贴合企业网络运维、系统集成的岗位需求，注重“做中学、学中悟”，为从事网络工程、网络安全等领域的工作奠定实践基础。第一章基础网络拓扑构建实验1.1实验目的掌握交换机、路由器、终端的物理连接逻辑，区分RJ45、Console等接口的功能。能用PacketTracer等工具搭建星型、总线型拓扑，理解拓扑结构对网络可靠性的影响。结合OSI模型，分析物理层（信号传输）、数据链路层（MAC地址、以太网帧）的工作机制。1.2实验环境硬件：二层交换机（如H3CS1200）、路由器（如Cisco2811）、PC终端、超五类网线、Console配置线。软件：CiscoPacketTracer（或eNSP）、Wireshark（可选，链路层抓包分析）。1.3实验原理物理层：负责电/光信号的传输，需关注网线线序（T568A/B）、接口速率（10/100/1000Mbps）对链路的影响。数据链路层：通过MAC地址标识设备，以太网帧（前导码、MAC地址、FCS校验）实现数据封装与差错检测。交换机基于MAC地址表转发数据，未知地址触发“泛洪”。拓扑类型：星型拓扑以交换机为中心，故障影响范围小；总线型依赖共享介质，单点故障可能导致全网瘫痪。1.4实验步骤1.4.1硬件拓扑搭建（实物环境）1.设备连接：PC网卡连交换机以太网口（如GigabitEthernet0/1）；若配置路由器，用Console线连PC串口与路由器Console口。2.链路测试：观察设备指示灯（如交换机端口Link/Act灯），常亮/闪烁表示链路连通；熄灭则检查网线、接口或更换网线。1.4.2仿真拓扑搭建（PacketTracer）1.设备拖放：打开PacketTracer，拖入交换机、PC、路由器，放置在工作区。2.链路连接：点击“Connections”，选择“CopperCross-Over”（PC-交换机）或“Console”（PC-路由器），连接对应接口。3.设备命名：右键设备→“Rename”，修改为“SW1”“PC1”等，便于管理。1.4.3连通性测试与分析1.PC配置：PC的“Desktop”→“IPConfiguration”中，设置IP（如192.168.1.2/24）、子网掩码（255.255.255.0），网关暂不设置（直连网络无需网关）。物理链路：PacketTracer中链路颜色（红色断开，绿色连通）。MAC地址表：交换机CLI中执行`showmac-address-table`，查看是否学习到PC的MAC。1.5思考与拓展1.星型拓扑中某支路网线断裂，仅影响该支路；总线型拓扑中总线断裂，哪部分设备通信中断？2.校园网为何用“星型+树形”混合拓扑？结合扩展性、故障排查难度分析。3.用PacketTracer搭建“星型+冗余链路”拓扑，观察STP如何避免环路（`showspanning-tree`查看状态）。第二章TCP/IP协议配置与验证实验2.1实验目的掌握Windows/Linux的IP、子网掩码、网关配置，理解IP地址的网络位与主机位划分。用`arp`、`ping`、`tracert`分析TCP/IP工作过程，验证ARP地址解析、ICMP差错控制原理。用Wireshark抓包，分析IP、ICMP包结构，验证TCP/IP分层模型的数据流。2.2实验环境硬件：PC终端（2台及以上）、二层交换机（同网段通信）。软件：Wireshark（协议分析）、命令提示符（Windows）/终端（Linux）。2.3实验原理IP与子网掩码：IP地址（如192.168.1.100）由网络位（前24位，子网掩码255.255.255.0）和主机位（后8位）组成，子网掩码区分两者。ARP协议：将IP转换为MAC。同网段通信时，设备发送ARP请求（广播），目标回复ARP响应（单播），更新本地ARP缓存（`arp-a`查看）。ICMP协议：`ping`基于ICMP回显请求/响应；`tracert`基于ICMP超时消息追踪路由。2.4实验步骤2.4.1IP地址配置（Windows）1.打开“网络连接”→“以太网属性”→“TCP/IPv4”，设置IP（如192.168.1.10）、子网掩码（255.255.255.0），网关按需填写（同网段可暂不填）。2.重复操作配置其他PC的IP（如192.168.1.20）。2.4.2ARP协议分析1.清空ARP缓存：命令提示符执行`arp-d*`（Windows）或`sudoarp-d`（Linux）。2.触发ARP请求：执行`ping192.168.1.20`，设备会发送ARP请求获取目标MAC。3.查看ARP缓存：执行`arp-a`，观察新生成的ARP条目（类型为“动态”）。4.ARP欺骗模拟：另一台PC执行`arp-s192.168.1.10____`（伪造网关MAC），再次`ping`外网，观察通信是否中断，思考防范方法（静态ARP绑定、ARP防火墙）。2.4.3Wireshark抓包分析ICMP1.打开Wireshark，选择“以太网”接口，点击“开始”捕获。2.执行`ping192.168.1.20-n4`，停止捕获。3.过滤ICMP包：在“Filter”栏输入`icmp`，回车。4.分析数据包：展开“EthernetII”，查看源/目的MAC是否与ARP缓存一致。展开“IP”，查看源/目的IP、TTL；展开“ICMP”，查看Type（8为请求，0为响应）、Code（0为回显）。2.5思考与拓展1.子网掩码255.255.0.0时，IP192.168.1.10与192.168.2.20是否同网段？通过“与运算”（IP&子网掩码）验证。2.为何`ping`第一次请求可能超时？结合ARP缓存“老化时间”（默认120秒）分析。3.用`tracert8.8.8.8`追踪路由，分析每一跳延迟与TTL变化，思考“***”的原因（防火墙拦截ICMP）。第三章交换机基本配置与VLAN实验3.1实验目的掌握交换机初始化配置（主机名、密码、端口描述），理解CLI操作模式（用户、特权、全局配置）。配置VLAN实现广播域隔离，掌握Access/Trunk端口配置，实现跨交换机VLAN通信。理解交换机MAC地址学习、端口安全机制，验证VLAN对广播域的影响。3.2实验环境硬件：二层交换机（2台，如Cisco2960）、PC终端、Console线、网线。软件：SecureCRT（或PuTTY）、PacketTracer。3.3实验原理交换机模式：用户模式（>`）：执行基础命令（如`showversion`）。特权模式（#`）：执行调试、查看配置（如`showrunning-config`）。全局配置模式（(config)#`）：修改系统配置（如`hostname`、`interface`）。VLAN：通过划分广播域减少广播风暴，每个VLAN有独立MAC地址表，默认端口属于VLAN1。Access/Trunk端口：Access：仅属一个VLAN，连终端，发送数据时打VLAN标签（内部生效）。Trunk：承载多VLAN流量，连交换机/路由器，发送数据时保留VLAN标签（802.1Q封装）。3.4实验步骤3.4.1交换机初始化（实物环境）1.Console登录：Console线连PC与交换机Console口，打开SecureCRT（串口：9600波特率、8数据位、1停止位、无校验），进入用户模式（`Switch>`）。2.特权模式：执行`enable`（默认无密码），进入特权模式（`Switch#`）。3.配置主机名：`configureterminal`→`hostnameSW1`，提示符变为`SW1(config)#`。4.特权密码：`enablesecretcisco`（加密存储，优先级高于password）。5.端口描述：`interfaceGigabitEthernet0/1`→`descriptionTo_PC1`，描述端口连接的设备。3.4.2VLAN与Access端口配置1.创建VLAN：全局配置模式下，`vlan10`→`nameSales`；`vlan20`→`nameFinance`。2.划分Access端口：`interfaceGigabitEthernet0/1`→`switchportmodeaccess`→`switchportaccessvlan10`。`interfaceGigabitEthernet0/2`→`switchportmodeaccess`→`switchportaccessvlan20`。`interfaceGigabitEthernet0/3`→`switchportmodeaccess`→`switchportaccessvlan10`。3.保存配置：特权模式下`writememory`（或`copyrunning-configstartup-config`）。3.4.3VLAN通信测试1.PC配置：PC1连G0/1（VLAN10），IP192.168.10.10/24；PC2连G0/2（VLAN20），IP192.168.20.20/24；PC3连G0/3（VLAN10），IP192.168.10.30/24。2.同VLAN通信：PC1`ping192.168.10.30`（通）；`ping192.168.20.20`（不通，不同VLAN广播域隔离）。3.查看VLAN信息：交换机特权模式下`showvlanbrief`（端口-VLAN关联）、`showmac-address-table`（VLAN划分的MAC地址）。3.4.4Trunk与跨交换机VLAN通信1.连接交换机：网线连SW1的G0/4与SW2的G0/4。2.配置Trunk端口：SW1：`interfaceGigabitEthernet0/4`→`switchportmodetrunk`→`switchporttrunkallowedvlan10,20`。SW2：同理配置G0/4为Trunk，允许VLAN10、20。3.跨交换机测试：PC4连SW2的G0/1（Access，VLAN10，IP192.168.10.40/24），PC1`ping192.168.10.40`（通，Trunk承载VLAN10流量）。3.5思考与拓展1.若SW1的G0/4误配为Access（非Trunk），跨交换机VLAN通信会怎样？结合Trunk“标签转发”原理分析。2.企业网络中，核心与接入交换机为何用“Trunk+冗余链路”？结合VLAN扩展性、链路可靠性分析。3.配置端口安全：SW1的G0/1执行`switchportport-security`→`switchportport-securitymac-addresssticky`，更换PC网卡，观察端口是否禁用（`showport-security`查看违规）。第四章路由器静态路由与动态路由实验4.1实验目的掌握路由器初始化（接口IP、路由协议），理解路由表构成（直连、静态、动态路由）。配置静态路由实现网段互联，理解RIP、OSPF动态路由原理，对比静态与动态路由的适用场景。用`showiproute`、`traceroute`分析路由表与转发路径，排查路由故障（环路、子网掩码不匹配）。4.2实验环境硬件：路由器（2台及以上，如Cisco1941）、交换机、PC终端、Console线、网线。软件：PacketTracer（仿真复杂拓扑）、GNS3（可选，真实IOS镜像）。4.3实验原理路由表：直连路由（C）：接口配置IP后自动生成，目标为接口网段。静态路由（S）：手动配置，需指定目标网络、下一跳/出接口。动态路由（R、O）：RIP（距离向量，跳数度量）、OSPF（链路状态，开销度量）自动学习。路由转发：最长匹配原则；无匹配路由则返回“目标不可达”。RIP：版本1（有类路由，无VLSM）、版本2（无类路由，支持VLSM），跳数上限15（16不可达），30秒更新。OSPF：链路状态算法，划分为区域，Hello包发现邻居，LSA同步拓扑，SPF计算最短路径。4.4实验步骤4.4.1路由器初始化与直连路由验证1.Console登录：Console线连PC与路由器Console口，进入用户模式（`Router>`）。2.配置接口IP：`enable`→`conf