【计算机网络】数据链路层实验

一：实验目的

1：学习WireShark软件的抓包操作，分析捕获的以太网的MAC帧结构。

2：学习网络中交换机互相连接、交换机连接计算机的拓扑结构，理解虚拟局域网（WLAN）的通信机制。

3：学习网络基础实验室网站的基本使用（本小组的接口为：http://192.168.0.3:8080/），例如对二层交换机、三层交换机进行配置。

4：理解链路集合的配置及其原理。

二：实验仪器设备及软件

硬件：RCMS-C服务器、网线、Windows 2019/2003操作系统的计算机等。

软件：资源监视器、记事本、WireShark、Chrome浏览器等。

三：实验方案

【实验实际连线图】

【实验的网络拓扑图】

实验3.1：4号计算机和6号计算机接入二层交换机，2号计算机和8号计算机接入三层交换机。二层交换机和三层交换机用一根网线进行连接。

实验3.2：4号计算机和6号计算机接入二层交换机，8号计算机接入三层交换机。2号计算机进入外网状态。设置4号计算机和8号计算机为VLAN 20局域网下，设置6号计算机为VLAN 10局域网下。二层交换机和三层交换机用一根网线进行连接。

实验3.3：4号计算机和6号计算机接入二层交换机，8号计算机和2号计算机接入三层交换机。2号计算机进入外网状态。设置所有计算机为VLAN 10局域网下。二层交换机和三层交换机用两根网线进行连接。

【具体方案】

1：S29C1是二层交换机，S57C1是三层交换机。内网网卡接口的编号对应计算机的编号。

2：4号和6号计算机从内网网卡接口连向二层交换机的5口和7口，2号和8号计算机从内网网卡接口连向三层交换机的1口和3口。

3：二层交换机和三层交换机通过47口进行连接，在实验3.3中还应该加入45口。

四：实验步骤

【实验3.1：熟悉以太网帧结构】

（1）内网互相执行ping

4号计算机ping6号计算机

4号计算机ping2号计算机

4号计算机ping8号计算机

4号计算机ping2号计算机时，WireShark抓包结果中的MAC帧

从Ethernet Ⅱ中，可以看到Src和Dst，分别对应源MAC地址和目标MAC地址。因此，源MAC地址是78:60:5b:43:92:43，目标MAC地址是e0:be:03:75:53:a9。

（2）访问外网网站

·4号计算机ping百度

指令为ping baidu.com

·4号计算机ping百度时，WireShark抓包结果中的MAC帧

该MAC帧为ARP协议的帧。从Ethernet Ⅱ中，可以看到源MAC地址是48:5f:08:b6:7d:3d，目标MAC地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff

该MAC帧为HTTP协议的帧。从Ethernet Ⅱ中，可以看到源MAC地址是48:5f:08:b6:7d:3d，目标MAC地址是78:60:5b:43:91:e3。

【实验3.2：跨交换机实现VLAN】

（1）配置三层交换机的主机名、划分VLAN端口等

·进入基础实验室网站，选择三层交换机，并输入用户名和密码

用户名为：en 14，密码为：student。

·连接二层交换机的端口是5口和7口，因此需要分配2个VLAN

配置二层交换机，令其主机名为L2-SW

在二层交换机划分VLAN 10和VLAN 20，并将其命名为销售（xiaoshou）和技术（jishu）

将吉比特网络中的5到6口划分到VLAN 10，同时7到8口划分到VLAN 20

设置二层交换机到三层交换机的链路为Trunk

查看二层交换机的VLAN

    可以看到7、8、47口为jishu名字下的VLAN中，1、2、5、6、47口为xiaoshou名字下的VLAN中，其他口默认为VLAN0001名字下的VLAN中。

（2）配置三层交换机的主机名、划分VLAN端口等

配置三层交换机，令其主机名为L3-SW

在二层交换机划分VLAN 10和VLAN 20，并将其命名为销售（xiaoshou）和技术（jishu）

将吉比特网络中的1到2口划分到VLAN 10

设置三层交换机到三层交换机的链路为Trunk

查看三层交换机的VLAN

可以看到47口为jishu名字下的VLAN中，1、2、47口为xiaoshou名字下的VLAN中，其他口默认为VLAN0001名字下的VLAN中。

（3）不同计算机之间互相ping

·4号计算机ping6号计算机

此时4号计算机在VLAN 10，6号计算机在VLAN 20，结果为无法ping通，说明在同一个交换机内但位于不同VLAN下的计算机无法互相访问。

4号计算机ping8号计算机

此时4号计算机在VLAN 10，6号计算机在VLAN 10，结果为可以ping通，说明通过多个交换机连接的同一个VLAN下的计算机可以互相访问。

（4）交换4号计算机和6号计算机在二层交换机上的连接接口，继续执行不同计算机之间互相ping

·4号计算机ping6号计算机

此时4号计算机在VLAN 20，6号计算机在VLAN 10，结果为无法ping通，说明在同一个交换机内但位于不同VLAN下的计算机无法互相访问。

·4号计算机ping8号计算机

此时4号计算机在VLAN 20，6号计算机在VLAN 10，结果为无法ping通，说明通过多个交换机连接的位于不同VLAN下的计算机无法互相访问。

【实验3.3：端口聚合】

（1）二层交换机的端口聚合配置

（2）三层交换机的端口聚合配置

（3）更改2、4、6、8号计算机对交换机的接线

    2号和8号计算机经过三层交换机，4号和6号计算机经过二层交换机，且均位于两个交换机下的VLAN 10接口。

（4）不同计算机之间互相ping

·4号计算机ping6号计算机

4号计算机ping8号计算机

4号计算机ping2号计算机

 综上所述，在端口聚合后，所有计算机在VLAN 10下可以互相进行通信。

（5）传输数据

 按照实验1的方式配置test文件夹、test.zip文件和test.bat文件，进行内网之间的传输。

test.bat文件的批处理程序指令，如下表所示。

传输文件的程序指令

REM TEST.bat

copy C:\test\test.zip \\LR\test

del C:\test\test.zip                                    

copy \\LR\test C:\test

del \\LR\test\test.zip

call test.bat

（6）从二层交换机处，查看端口状态

 由上图可以看出，端口聚合后，45口和47口的速度均为1000M。

（7）查看成员端口

45口的结果如下图，最大input速率为975539493bits/s，即121942436bytes/s，即116.29MB/s。最大output速率为975539514bits/s，同理也为百兆网速。

    47口的结果也可以进行类似的计算，此处不再赘述。

（8）查看聚合端口

（9）测速

6号计算机与8号计算机利用交换机之间的2根网线通信时

    47口处input的包速率为33624个/s， output的包速率为39710个/s。

    45口处input的包速率为44个/s， output的包速率为394个/s。

    聚合端口处input的包速率为44个/s， output的包速率为394个/s。

6号计算机与8号计算机利用交换机之间的1根网线通信时

    45口处input的包速率为36069个/s， output的包速率为41314个/s。

五：实验结果及分析

1：描述帧的结构，对比与书中完整的帧结构异同并解释原因

书中完整的帧结构如下图。其中包含首部字段、数据字段和尾部字段。

实际捕获的帧结构如下图。

帧的大小为60B，有4B的CRC计算。满足最小64B的要求。

    在实际的帧中，只包含目标MAC地址、源MAC地址、协议类型（此处为ARP）、填充（Padding）。

2：端口聚合实验表

测试项

端口聚合前

端口聚合后

端口速度（包/秒）

端口1：36069+41314

端口1：44+394
端口2：33624+39710

聚合端口理论最大传输速度（包/秒）

100000

200000

聚合端口实测最大传输速度（包/秒）

77377

59487

传输时间（秒）

2.884602

3.802301

聚合端口的流量平衡模式

依据源和目的地址（默认模式）

依据源和目的地址（默认模式）

六：实验总结及体会

1：在交换机中，Exit 命令是退回到上一级操作模式，Hostname 配置交换机的设备名称。

2：相同 VLAN 内的主机可以互相直接访问，不同 VLAN 间的主机之间互相访问必须经由路由设备进行转发。广播数据包只可以在本 VLAN 内进行传播，不能传输到其他 VLAN 中。

3：Trunk 接口在默认情况下支持所有 VLAN 的传输。VLAN1属于系统的默认 VLAN，不可以被删除。

4：链路聚合会在成员端口中起分流作用，即通过将多个物理端口汇聚在一起形成一个逻辑端口，以实现出/入流量吞吐量在各成员端口的负荷分担。

5：在配置端口时，百兆网为fastEthernet，千兆网为GigabitEthernet，注意config时的选择情况。如果不知道自己的网络属于哪一种，应该采取show interface方式进行查看。

6：在实验3.3中，两根网线连接交换机和一根网线连接交换机的情况，在传输速度方面基本没有差别。

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