计算机网络基础实验指导教程

计算机网络基础实验指导教程一、实验目的与意义计算机网络基础实验是理论知识与实践操作的桥梁，通过系列实验可掌握网络拓扑构建、协议工作机制、设备配置逻辑及故障排查方法，培养从“理论认知”到“工程实践”的能力，为网络工程、系统运维等方向的学习奠定实操基础。二、实验准备（一）软硬件环境1.操作系统：Windows10/11（推荐）、Ubuntu20.04+（适用于Linux网络工具实践）。2.网络设备/模拟器：真实设备：家用路由器（支持管理后台）、二层交换机（如华为S1700系列）、单臂路由（需路由器支持子接口）。模拟器：CiscoPacketTracer（可视化拓扑，适合基础配置）、GNS3（支持真实IOS镜像，适合进阶路由协议）、EVE-NG（企业级网络仿真）。3.工具软件：协议分析：Wireshark（抓包与协议解析）、tcpdump（Linux命令行抓包）。终端工具：SecureCRT、PuTTY（远程登录设备）、Xshell（多会话管理）。虚拟环境：VMwareWorkstation（搭建多机网络拓扑）、VirtualBox（轻量化虚拟环境）。（二）知识储备实验前需理解：OSI七层模型与TCP/IP四层模型的对应关系，重点掌握数据链路层（以太网、VLAN）、网络层（IP、路由）、传输层（TCP、UDP）的核心原理。子网划分方法（CIDR、VLSM）、IP地址分类与私有地址范围（10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16）。基础命令：`ping`（连通性）、`ipconfig`/`ifconfig`（IP配置）、`tracert`/`traceroute`（路由追踪）、`arp-a`（ARP缓存）。三、基础实验项目实验一：网络拓扑搭建与连通性测试实验目的掌握拓扑结构设计（星型、总线型）、设备连接逻辑（直通线、交叉线的历史与现状），并通过`ping`/`tracert`验证网络连通性。实验环境模拟器：CiscoPacketTracer（放置2台PC、1台交换机、1台路由器）。真实环境：2台物理主机（笔记本）、家用路由器（作交换机）、网线若干。实验步骤（以PacketTracer为例）1.拓扑搭建：拖拽“PC”“Switch”“Router”到工作区，用“CopperCross-Over”线连接PC与Switch（或路由器LAN口）；若设备支持Auto-MDIX，直通线也可正常工作。为PC配置IP地址：PC1设为`192.168.1.2/24`，网关`192.168.1.1`；PC2设为`192.168.1.3/24`，网关`192.168.1.1`。2.连通性测试：扩展：用`traceroute192.168.1.3`（Linux）或`tracert192.168.1.3`（Windows）追踪路径，验证单网段内的路由逻辑。实验二：协议分析与数据包捕获（Wireshark）实验目的理解TCP三次握手、UDP无连接特性、ICMP差错报告的工作过程，掌握Wireshark的“抓包-过滤-解析”流程。实验环境网络：PC连接到局域网（或虚拟机内的桥接网络）。实验步骤1.抓包准备：打开Wireshark，选择当前活动网卡（如“Wi-Fi”或“以太网”），点击“开始”。2.生成流量：3.过滤与解析：过滤规则：输入`tcp`过滤TCP包，找到“SYN”“SYN-ACK”“ACK”包（三次握手）；输入`icmp`过滤ICMP包，观察“EchoRequest”与“EchoReply”。解析细节：点击TCP包，展开“TransmissionControlProtocol”，查看“SequenceNumber”“AcknowledgmentNumber”的变化；点击ICMP包，查看“Type”“Code”字段（如Type=8为请求，Type=0为回复）。实验三：子网划分与IP地址配置实验目的掌握VLSM（可变长子网掩码）的设计逻辑，通过实例完成子网规划与设备IP配置。实验环境场景：某公司有3个部门，A部门20人，B部门15人，C部门5人，总网段为`192.168.10.0/24`，需划分子网。实验步骤1.子网规划：需求分析：A部门需20个可用IP（2^5-2=30≥20），故子网掩码`/27`（255.255.255.224）；B部门15人，`/28`（255.255.255.240，14个可用IP）；C部门5人，`/29`（255.255.255.248，6个可用IP）。网段分配：A部门：`192.168.10.0/27`（可用IP：1-30，网关设为1）。B部门：`192.168.10.32/28`（可用IP：33-46，网关设为33）。C部门：`192.168.10.48/29`（可用IP：49-54，网关设为49）。2.配置验证：在PacketTracer中放置3台PC，分别配置对应网段的IP、网关。用`ping`测试：PC_A（A部门）pingPC_B（B部门）应不通（跨子网需路由）；PC_Aping网关（192.168.10.1）应通（同子网）。实验四：静态路由与动态路由配置（Cisco模拟器）实验目的理解路由表生成逻辑，掌握静态路由（`iproute`）与RIP（简单动态路由）的配置方法。实验环境拓扑：2台路由器（R1、R2），2台PC（PC1连R1，PC2连R2），R1与R2用串口连接（需DCE/DTE线缆，R2设为DCE，提供时钟频率`clockrate____`）。实验步骤（静态路由）1.接口配置：R1的G0/0：`ipaddress192.168.1.1255.255.255.0`；串口S0/0/0：`ipaddress10.0.0.1255.255.255.252`。R2的G0/0：`ipaddress192.168.2.1255.255.255.0`；串口S0/0/1：`ipaddress10.0.0.2255.255.255.252`，并配置`clockrate____`（DCE端）。2.静态路由配置：R1：`iproute192.168.2.0255.255.255.010.0.0.2`（去往192.168.2.0的下一跳是R2的串口IP）。R2：`iproute192.168.1.0255.255.255.010.0.0.1`（去往192.168.1.0的下一跳是R1的串口IP）。3.验证：PC1（192.168.1.2）pingPC2（192.168.2.2），应返回“Replyfrom...”；用`showiproute`查看R1的路由表，确认静态路由条目（C：直连，S：静态）。四、进阶实验项目实验五：VLAN配置与Trunk链路（交换机）实验目的掌握VLAN隔离广播域、Trunk链路承载多VLAN流量的原理，完成跨交换机的VLAN通信。实验环境拓扑：2台交换机（S1、S2），2台PC（PC1、PC2）分别连S1的Fa0/1、S2的Fa0/2，S1与S2用Fa0/24端口连接（Trunk）。实验步骤1.VLAN创建：S1：`vlan10`（命名“Sales”）、`vlan20`（命名“IT”）；S2：同S1创建VLAN10、20（VLAN数据库需一致）。2.端口配置：S1的Fa0/1：`switchportmodeaccess`、`switchportaccessvlan10`（PC1属VLAN10）。S2的Fa0/2：`switchportmodeaccess`、`switchportaccessvlan20`（PC2属VLAN20）。S1与S2的Fa0/24：`switchportmodetrunk`、`switchporttrunkallowedvlan10,20`（允许VLAN10、20的流量）。3.验证：PC1（VLAN10）pingPC2（VLAN20）应不通（不同VLAN需路由）；若将PC2也划入VLAN10，ping应通（同VLAN广播域内）。实验六：NAT与端口映射（路由器）实验目的理解NAT（网络地址转换）的“私网→公网”地址转换逻辑，掌握端口映射（PortForwarding）实现内网服务发布。实验环境实验步骤1.NAT配置（PAT，端口复用）：R1：`ipnatinsidesourcelist1interfaceGigabitEthernet0/0overload`（list1匹配内网地址，G0/0为外网接口，overload开启PAT）。访问控制列表：`access-list1permit192.168.1.00.0.0.255`（允许内网所有地址转换）。接口方向：`interfaceGigabitEthernet0/0`→`ipnatoutside`；`interfaceGigabitEthernet0/1`→`ipnatinside`。2.端口映射（发布Web服务）：配置：`ipnatinsidesourcestatictcp192.168.1.280interfaceGigabitEthernet0/08080`（将内网PC的80端口映射到公网接口的8080端口）。3.验证：五、常见问题与排错思路（一）网络不通的排查步骤1.物理层：检查网线是否插紧、设备指示灯是否亮起（交换机端口“Link”灯、路由器接口状态）。2.数据链路层：用`showinterfaces`（交换机/路由器）查看端口是否“up/up”，是否有错误包（`inputerrors`/`outputerrors`）；用`arp-a`检查ARP缓存，确认目标IP的MAC地址是否正确。3.网络层：用`ping`测试网关（同子网）、下一跳（跨子网）；用`showiproute`（路由器）查看路由表，确认是否有到达目标的路由条目；检查IP地址、子网掩码、网关是否配置正确（避免“IP与掩码不匹配”“网关不在同一子网”）。（二）Wireshark抓包无数据原因：①未选对网卡（如Wi-Fi和以太网同时开启，需选正在使用的网卡）；②流量被防火墙拦截（关闭杀毒软件或防火墙，或配置例外规则）；③过滤规则错误（如输入`tc`而非`tcp`，需用“Expression”工具生成正确规则）。（三）路由配置后仍不通静态路由：检查“下一跳IP”是否可达（用`ping`测试下一跳），路由掩码是否正确（如目标网段是`192.168.2.0/24`，掩码需为`255.255.255.0`）。动态路由（如RIP）：检查`routerrip`下是否宣告了正确的网段（`network192.168.1.0`需与直连网段的主类网络一致，或用`version2`支持VLSM），邻居是否通过`showipprotocols`确认。六、实验报告撰写指南实验报告需体现“过程性”与“分析性”，核心结构建议：1.实验目的：简明阐述实验要解决的问题（如“验证TCP三次握手机制”“实现跨VLAN通信”）。2.实验环境：列出软硬件（如“CiscoPacketTracer8.0，Windows11”“华为S1700交换机，Ubuntu22.04”）、拓扑图（手绘或软件导出）。3.实验步骤：按“操作顺序+关键命令/截图”呈现（如“配置PC1的IP：`ipconfig/all`查看，手动设置为192.168.1.2/24”）。4.实验结果：用表格、截图、文字描述现象（如“ping192.168.1.3返回4个Reply，丢包率0%”“Wireshark捕获到SYN、SYN-ACK、ACK包，序号分别为____、____、____”）。5.问题与解决：记录实验中遇到的错误（如“VLAN间ping不通，发现未配置三层交换机的SVI接口”）及排查过程。6.总结与体会：提炼实验的核心收