计算机网络——局域网网络结构以及 VLAN 划分

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前言

二层分组交换实验——VLAN划分实验
正文内容将包括实验目的，实验原理，实验部分

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提示：以下是本篇文章正文内容，可供参考

一、实验目的

1.了解局域网中的基本概念及基本命令；
2.了解 Vlan 的概念及作用；
3.了解交换机的 Vlan 接口类型；
4.了解 Vlan 标签协议 802.1Q；
5.了解 Vlan 的实际应用；

二、实验原理

1.局域网中的基本概念

• 局域网的拓扑结构
  局域网常用的拓扑结构有星形网、环形网、总线网和数形网。

• 局域网中常用的传输媒质
  局域网中常用的传输媒质有双绞线、同轴电缆、光纤和无线信道。无论用何种媒质，局域网对信道的占用分为共享信道和独占信道来完成的。共享信道带宽的分配主要采用的是动态分配，独占信道带宽的分配通过划分 VLAN 实现。

• 共享信道的接入技术
  共享信道的接入技术主要分为两类:随机接入和受控接入

  • 受控接入又分为两大类：集中控制和分散控制。集中控制用到的主要技术为轮询方式；分散控制用到的主要技术为令牌方式。

  • 随机接入又分为两大类：载波监听多址接入和 ALOHA。

• 局域网的分层体系结构
  局域网的分层体系结构由 IEEE 的 802 委员会制定。局域网一般分为物理层、数据链路层、网络层以及高层。为了适应物理媒质的多样性，数据链路层又被分为 MAC、LLC 子层。

• 以太网—最常见的局域网
  IEEE 的 802.3 协议主要定义的是以太网标准。我们的工作网络也是在以太网环境里。媒质接入控制采用的是 CSMA/CD，物理媒体采用的是双绞线，网络的拓扑结构为星形网，所有的主机通过两台交换机联在一起。

• 网络操作系统
  常用的网络操作系统有 windows NT、WINDOWS 2000、NOVELL、 windows XP 等。包括 WINDOWS 98 也能提供常用的网络协议。我们的实验主要通过对 WINDOWS 98的网上邻居进行协议的配置。我们加载的协议见图一协议配置。IPconfig 命令可以设置和检查各种网络接口的配置值，可以利用它为每个接口设置 IP 地址、子网掩码和广播地址。PING 主要用来测试网络的连通性。它使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。

2.Vlan 概述

• VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的技术。划分 Vlan 的主要作用是隔离广播域。
  
  在共享式的以太网上，每个设备都处于一个广播域中。如果整个网络只有一个广播域，那么一旦发出广播信息，就会传遍整个网络，并且对网络中的主机带来额外的负担。因此，在设计LAN时，需要注意如何才能有效地分割广播域。

3.VLAN工作原理

• 单机Vlan的工作

上述单机VLAN下，只有在同一个VLAN下的主机能进行信息传递。跨交换机VLAN的工作如下：

• 报文类型

• 不带标签的报文 untag
  

• 带标签的报文 tag
  

• 端口类型

  • Access端口
    发送不带标签的报文；一般与pc、server相连时使用；
  • Trunk端口
    发送带标签的报文；一般用于交换机级联端口传递多组vlan信息时使用；

• 跨交换机VLAN的工作
  由于Trunk端口发送的是带标签的报文，因此在交换机级联的端口应该配置为Trunk，交换机与pc主机相连的端口设置为Access。如下图所示：
  

• VLAN小结

• 交换机接收报文时需要判断报文在哪个vlan中转发。根据收到的报文属性判断

  • tag报文——按照tag中vid标识转发
  • untag报文——按照接收端口所在vlan转发

• 交换机发送报文时需要判断是否携带vid标记。根据发送端口的vlan属性判断

  • access端口——发送untag报文
  • trunk端口——发送tag报文

三、实验部分

问题1：一个HUB的所有端口是属于同一个广播域吗？是属于同一个冲突域吗？交换机呢？

答：hub所有的端口都在同一个广播域和冲突域下;交换机不能分割广播域,其每个端口属于不同的冲突域;

问题2：能够在一条链路上承载多vlan的链路，叫什么链路？该链路上的数据和只能承载单个vlan的链路上的数据有什么不同？

答：能够在一条链路上承载多vlan的链路，叫trunk链路。他能在交换机和交换机或者交换机与路由之间进行多个vlan的数据传输。而只能承载单个vlan的链路的接口一般都是access口，这种接口能够传输何种vlan完全取决于管理员对交换机的配置， 但无论如何配置，该接口的链路都只能传输一种vlan。

问题3：使用仿真器，在六节点星型网络、树型网络、总线型网络里构造Vlan并测试。（下面例子以六节点星型网络为例，全部的仿真链接在文章末尾总结处）

其中仿真要求：（主机ip地址的命名规则：192.168.学号后两位.*）（Vlan号码的命名规则：学号后两位）

答：其中我的学号后两位为19。六节点星型网仿真过程如下，各PC的IP地址与局域网配置如图所示：

• PC0：
  

• PC1：
  

• PC2：
  

• PC3：
  

• 以Switch5(Switch4同理)为例：
  
  
  
  

• 最终结构以及VLAN测试结果如下：
  
  其中PC0与PC2是都是VLAN19，PC1与PC3都是VLAN20。可见只有相同VLAN下两个PC才可以成功的数据传输。

问题4：用二层网络设备能构造环形网络吗？

答：可以

问题5：比较几种拓扑结构下网络的优缺点

答：

• （1）星型网路拓扑结构的特点及优缺点

• 优点：1)控制简单；2)故障诊断和隔离容易；3)方便服务；

• 缺点：1)电缆长度和安装工作量可观；2)中央节点负担较重，形成瓶颈；3)各站点的分布处理能力较低。

• （2）总线型网络拓扑结构的特点及优缺点

• 优点：1)总线结构所需电缆数量少；2)结构简单又是无源工作，有较高的可靠性；3)易于扩充，增减用户方便。

• 缺点：1)传输距离有限，通信范围受到限制；2)故障诊断和隔离困难；3)分布式协议不保证信息及时传送，不具实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能，增加站点软件和硬件的开销。

• （3）环型网络拓扑结构的特点及优缺点

  • 优点：1)电缆长度短；2)增减工作站时只需简单连接；3)可用光纤。
  • 缺点：1)节点故障会引起全网的故障；2)故障难检测；3)媒体访问协议都用令牌传递方式，在负载很轻时，信道利用率较低。

• （4）树型网络拓扑结构的定义及优缺点

  • 定义：从总线型拓扑演变而来，像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可带子分支。树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。
  • 优点：1)易于扩展；2)故障隔离较容易。
  • 缺点：1)节点对根依赖性太大，若根发生故障，则全网不能正常工作。

• （5）混合型网络拓扑结构的定义及优缺点

  • 定义：将两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑。
  • 优点：1)故障诊断和隔离方便；2)易于扩展；3)安装方便；
  • 缺点：1)需用带智能的集中器；2)集中器到各站点的电缆长度会增加。

• （6）网型网络拓扑结构的特点及优缺点

  • 优点：1)应用广泛；2)不受瓶颈问题和失效问题的影响。
  • 缺点：1)结构较复杂，网络协议也复杂，建设成本高。

问题6：使用抓包软件wireshark ，捕获广播域里的各种包。并分析。

答：抓取WLAN网卡的网络包如下所示：

分析：封包列表的面板中显示，编号，时间戳，源地址，目标地址，协议，长度，以及封包信息。

• 各行信息分别为：
  Frame: 物理层的数据帧概况
  Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息
  Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息
  Transmission Control Protocol: 传输层T的数据段头部信息，此处是TCP
  Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息，此处是HTTP协议

且对应的OSI七层模型分别为：Hypertext Transfer Protocol对应应用层，Transmission Control Protocol对应传输层，Transmission Control Protocol对应网络层，Ethernet II对应数据链路层，Frame对应物理层。

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总结

以上就是今天要讲的内容。其中VLAN划分，使用仿真器，在六节点星型网络、树型网络、总线型网络里构造Vlan并测试的仿真文件（文件是以学号46做的）。仿真文件下载链接如下：

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