基于Packet Tracer 的VLAN間通信實驗設(shè)計與實現(xiàn)

劉靜

摘要：分析了目前高校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備很難滿足實踐教學需求的現(xiàn)狀，通過對比不同網(wǎng)絡(luò)模擬器的優(yōu)劣，結(jié)合VLAN技術(shù)的實際應(yīng)用，提出了基于Packet Tracer模擬環(huán)境的VLAN間通信實驗設(shè)計，給出網(wǎng)絡(luò)拓撲，實現(xiàn)了利用路由器和三層交換機兩種解決方案的配置過程，并對實踐結(jié)果進行驗證，豐富了VLAN的實踐教學內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：Packet Tracer；VLAN；實驗設(shè)計

中圖分類號：TP393.05 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0055-02

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，能夠規(guī)劃、設(shè)計、維護和管理網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)型人才需求在逐漸增大，為了培養(yǎng)出高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才，很多高校相繼開設(shè)了計算機網(wǎng)絡(luò)、路由與交換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)等課程，此類課程的共同特點是知識點多且抽象，為了實現(xiàn)理解原理的同時掌握技術(shù)的具體應(yīng)用，必須注重實踐教學環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實驗室需要大量的路由器、交換機、服務(wù)器的等硬件設(shè)備，但由于這些設(shè)備價格太高、更新速度較快，通常學校不可能購買太多的套數(shù)，使得實驗室運轉(zhuǎn)較為困難，很難滿足實踐教學的需求。此外，如果學生在沒有掌握基本技能的情況下直接在真實設(shè)備上做實驗，會導致效率低下、實驗效果差的結(jié)果[1，2]。基于以上因素，使用模擬器軟件進行仿真實驗是很多高校的理想選擇。

目前，網(wǎng)絡(luò)模擬器種類繁多，常用的網(wǎng)絡(luò)模擬器有華為eNSP、H3C H3C Cloud Lab、GNS3和Cisco Packet Tracer。華為eNSP是一款由華為公司研發(fā)的虛擬仿真軟件，主要針對路由器、交換機進行軟件仿真，支持大型網(wǎng)絡(luò)模擬，可制作網(wǎng)絡(luò)拓撲并進行實驗，其缺點是：不能查看設(shè)備的真實樣子，交換機型號較少；H3C H3C Cloud Lab是一款由華三公司研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)云平臺，模擬真實設(shè)備，為用戶提供基本的設(shè)備信息，缺點是：設(shè)備類型提供的太少，只提供了交換機、路由器，主機三種設(shè)備，且每種設(shè)備只有一個型號，設(shè)備啟動緩慢；GNS3是一款基于Dynamips的圖形化界面的Cisco模擬軟件，可以在多平臺（包括Windows， Linux， and Mac OS等）上運行，也可以用于虛擬體驗Cisco網(wǎng)際操作系統(tǒng)IOS，具有極高的仿真度，功能很強大，缺點是：模擬交換機過程較為復雜，CPU資源占用率較高。Cisco Packet Tracer是一款由思科公司開發(fā)的功能強大的網(wǎng)絡(luò)仿真程序，對硬件要求極低，支持多平臺，最大的優(yōu)點就是簡單易用，允許學生實驗與網(wǎng)絡(luò)行為，為網(wǎng)絡(luò)課程的初學者提供輔助教學，可以搭建各種網(wǎng)絡(luò)拓撲，實現(xiàn)基本的網(wǎng)絡(luò)配置。

本文運用Packet Tracer 網(wǎng)絡(luò)模擬器配置VLAN間路由，實現(xiàn)了VLAN創(chuàng)建、VLAN劃分及不同VLAN間主機的通信，降低了網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備投入，使學生理解并掌握了VLAN技術(shù)及應(yīng)用，具有重要意義。

1 VLAN技術(shù)

VLAN（Virtual Local Area Network）即虛擬局域網(wǎng)，是一種通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個個網(wǎng)段從而實現(xiàn)虛擬工作組的技術(shù)[3]。傳統(tǒng)共享介質(zhì)的以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)中，所有用戶都在同一個廣播域，隨著廣播幀數(shù)量的增多，網(wǎng)絡(luò)傳輸性能將明顯下降，甚至產(chǎn)生廣播風暴。VLAN技術(shù)具有隔離廣播報文、提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、增強網(wǎng)絡(luò)通信安全等優(yōu)勢。但是，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的最終目的是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，VLAN之間的通信成為廣大網(wǎng)絡(luò)用戶關(guān)注的焦點。

2 VLAN間路由仿真實驗設(shè)計

2.1 實驗?zāi)康?/p>

掌握三層交換的原理，熟悉VLAN接口的配置，掌握用于VLAN間通信的路由器、交換機的配置，使不同 VLAN 的兩臺主機能夠 ping 通對方。

2.2 路由器解決方案

每一個VLAN是一個廣播域，VLAN之間不能直接通信，要讓兩臺屬于不同VLAN的主機之間能夠通信，必須使用路由器為VLAN之間做路由。如果僅有二層交換機和路由器，沒有三層交換機，要實現(xiàn)VLAN間通信，就可以使用單臂路由功能。單臂路由是指通過單個物理接口來實現(xiàn)VLAN間流量的轉(zhuǎn)發(fā)。配置方法為：在路由器上設(shè)置多個邏輯子接口，每個子接口對應(yīng)于一個VLAN，并分配IP地址作為該VLAN的網(wǎng)關(guān)。由于物理路由接口只有一個，各子接口的數(shù)據(jù)在物理鏈路上傳遞要進行協(xié)議封裝。

2.2.1 實驗設(shè)備

一臺Cisco 2621路由器、一臺Cisco2960二層交換機和2臺計算機。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲

如圖1所示。

2.2.3 實驗步驟

步驟1配置交換機。在交換機S1上創(chuàng)建VLAN 10和VLAN 20，并為其分配成員端口。這里將端口f0/1分配至VLAN 10，將端口f0/2分配至VLAN 20。S1的主要配置：

Switch（config）#inter f0/1

Switch（config-if）#switchport mode access

Switch（config-if）#switchport access vlan 10

//f0/2接口配置參照f0/1配置，但只允許vlan 20通過。

Switch（config-if）#inter f0/24

Switch（config-if）#switchport mode trunk

步驟2配置路由器。為路由器接口配置IP地址，并啟動接口，這樣才能通過路由器接口實現(xiàn)VLAN間路由。R1的主要配置：

Router（config-if）#inter f0/0.1

Router（config-subif）#encapsulation dot1q 10

Router（config-subif）#ip add 192.168.2.254 255.255.255.0

// f0/0.2接口配置參照f0/0.1配置

步驟 3配置計算機。按照圖1配置PC1、PC2的IP地址。

步驟4 VLAN間通信測試。用ping命令測試PC1和PC2的連通性，結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)連通正常，即實現(xiàn)了VLAN間的通信。

2.3 三層交換機解決方案

單臂路由實現(xiàn)VLAN間路由時轉(zhuǎn)發(fā)速率較慢，實際上，在局域網(wǎng)內(nèi)部多采用三層交換。三層交換機多采用硬件來實現(xiàn)，其路由數(shù)據(jù)包的速率是普通路由器的幾十倍，只要在三層交換機上開啟路由功能即可。

2.3.1 實驗設(shè)備

一臺Cisco 3560三層交換機、2臺Cisco2960二層交換機和2臺計算機。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲

如圖2所示。

2.3.3 實驗步驟

步驟1配置三層交換機S0。在交換機S0上創(chuàng)建VLAN 10和VLAN 20，并為其分配成員端口。將端口f0/1分配至VLAN 10，將端口f0/2分配至VLAN 20，并將端口設(shè)置為trunk模式，封裝協(xié)議。VLAN的創(chuàng)建及地址的分配與單臂路由中的配置方法相似，這里不再贅述，S0的主要配置：

Switch（config-if）#inter f0/1

Switch（config-if）# switchport trunk encapsulation dot1q

Switch（config-if）#switchport mode trunk

Switch（config-if）#switchport trunk allowed vlan 10 //只允許vlan 10通過

//f0/2端口配置參照f0/1配置，但只允許vlan 20通過。

Switch（config）#ip routing //打開路由功能

步驟 2 配置二層交換機S1、S2。S1的主要配置如下，S2配置方法相似。

Switch（config）#vlan 10

Switch（config）#inter f0/24

Switch（config-if）#switchport mode trunk

Switch（config-if）#inter f0/1

Switch（config-if）#switchport access vlan 10

步驟3配置計算機。按照圖2配置PC10和PC20的IP地址。

步驟 4 VLAN間通信測試。使用 ping 命令來測試 PC10 和PC20 的連通性，結(jié)果顯示網(wǎng)絡(luò)連通性正常。

3 結(jié)語

本文采用Cisco Packet Tracer 仿真軟件，從實驗?zāi)康摹嶒炘O(shè)備、網(wǎng)絡(luò)拓撲和實驗步驟等方面，利用路由器、三層交換機兩種方案解決VLAN間通信問題，加深了學生對VLAN技術(shù)的理解和掌握，培養(yǎng)了學生運用Cisco Packet Tracer 仿真軟件設(shè)計實驗解決實際問題的能力，提高在真機設(shè)備上的實驗效果，為學生獨立組建網(wǎng)絡(luò)打下基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]夏有為.建設(shè)教學實驗室的“國家隊”：讀《教育部關(guān)于開展高等學校實驗教學示范中心建設(shè)和評審工作的通知》[J].實驗室研究與探索，2006，25（3）：335-338.

[2]李丙春.路由與交換技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[3]馮棟柱，楊登.基于VLAN技術(shù)在高校校園網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)與通信，2010（26）：133-135.

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[5]丁美榮.基于綜合設(shè)計性實驗項目的計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學[J].實驗室研究與探索，2009（3）：118-120.