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约 21 分钟

实验3：交换网络构建与交换机配置

计算机网络labs/lab03·更新于 2026-09-15

实验3：交换网络构建与交换机配置

一、实验报告信息

项目内容
实验题目实验3 交换网络构建与交换机配置
实验时间2025年11月5日 第9-10节 / 2025年11月12日 第9-10节
实验地点计算机大楼606
座位号第10组5号

二、实验目的

  1. 了解实验室的网络拓扑结构
  2. 熟悉交换机的状态指示灯及各种接口，了解交换机的IOS，理解交换机的工作原理
  3. 熟悉交换机的基本配置，交换机的几种模式以及常用配置命令
  4. 理解VLAN原理，了解IEEE 802.1Q的原理和实现方法
  5. 熟练掌握交换机中VLAN划分、配置、验证和调试方法
  6. 了解三层交换机的路由原理和实现方法

三、实验环境

设备名称型号数量
三层交换机S5720-36C-PWR-EI-AC1台
二层交换机S5720-28X-PWR-LI-AC1台
PC机—3台
平行线—6根

软件工具： SecureCRT终端仿真软件

四、实验拓扑

                    ┌─────────────────────┐
                    │   三层交换机 (SW1)    │
                    │   S5720-36C-PWR-EI   │
                    │   VLANIF10: 192.168.10.1 │
                    │   VLANIF20: 192.168.20.1 │
                    └──────┬──────────────┘
                           │ Trunk
                    ┌──────┴──────────────┐
                    │   二层交换机 (SW2)    │
                    │   S5720-28X-PWR-LI   │
                    └──┬────────────┬─────┘
                       │            │
              ┌────────┴──┐   ┌────┴────────┐
              │   PC1      │   │   PC2       │
              │ VLAN100    │   │ VLAN200     │
              │192.168.1.8 │   │192.168.1.102│
              └────────────┘   └─────────────┘
                                        │
                    三层交换机端口直连 ───┘
                    PC3: 192.168.1.11 (VLAN100)

五、实验步骤

步骤1：恢复交换机出厂配置

登录交换机后，执行恢复出厂设置操作：

<HUAWEI> reset saved-configuration
Warning: The action will erase the configuration in the device.
Continue? [Y/N]: y
<HUAWEI> reboot

重启后交换机恢复为默认配置。

步骤2：交换机基本配置

通过SecureCRT登录交换机，进入系统视图进行基本配置：

<HUAWEI> system-view
[HUAWEI] sysname SW1
[SW1] undo info-center enable
[SW1] user-interface console 0
[SW1-ui-console0] authentication-mode password
[SW1-ui-console0] set authentication password cipher <密码>
[SW1-ui-console0] quit
[SW1] super password cipher <密码>

查看交换机软件版本信息：

[SW1] display version

步骤3：VLAN创建与端口划分

3.1 二层交换机VLAN配置

在二层交换机上创建VLAN并将端口划分到对应VLAN：

<HUAWEI> system-view
[HUAWEI] vlan batch 100 200
[HUAWEI] sysname SW2
[SW2] interface GigabitEthernet 0/0/1
[SW2-GigabitEthernet0/0/1] port link-type access
[SW2-GigabitEthernet0/0/1] port default vlan 100
[SW2-GigabitEthernet0/0/1] quit
[SW2] interface GigabitEthernet 0/0/2
[SW2-GigabitEthernet0/0/2] port link-type access
[SW2-GigabitEthernet0/0/2] port default vlan 200
[SW2-GigabitEthernet0/0/2] quit
[SW2] interface GigabitEthernet 0/0/3
[SW2-GigabitEthernet0/0/3] port link-type access
[SW2-GigabitEthernet0/0/3] port default vlan 100
[SW2-GigabitEthernet0/0/3] quit

验证VLAN配置：

[SW2] display vlan

VLAN配置显示

从输出可以看到：VLAN 100包含GE0/0/1(D)、GE0/0/3(D)、GE0/0/5(D)、GE0/0/6(D)、GE0/0/4(U)；VLAN 200包含GE0/0/2(D)、GE0/0/7(D)、GE0/0/8(D)。其中U表示端口处于Up状态，D表示Down状态。

3.2 三层交换机VLAN配置

<HUAWEI> system-view
[HUAWEI] sysname SW1
[SW1] vlan batch 10 20 100
[SW1] interface GigabitEthernet 0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/1] port link-type access
[SW1-GigabitEthernet0/0/1] port default vlan 100
[SW1-GigabitEthernet0/0/1] quit
[SW1] interface GigabitEthernet 0/0/2
[SW1-GigabitEthernet0/0/2] port link-type access
[SW1-GigabitEthernet0/0/2] port default vlan 20
[SW1-GigabitEthernet0/0/2] quit

查看交换机当前配置：

[SW1] display current-configuration

交换机配置显示

步骤4：PC网络参数配置

为各PC配置静态IP地址、子网掩码和默认网关：

PC网络配置

PC1配置（二层交换机VLAN100端口）：

参数值
IP地址192.168.1.8
子网掩码255.255.255.0
默认网关192.168.1.1

PC2配置（二层交换机VLAN200端口）：

参数值
IP地址192.168.1.102
子网掩码255.255.255.0
默认网关192.168.1.1

PC3配置（三层交换机VLAN100端口）：

参数值
IP地址192.168.1.11
子网掩码255.255.255.0
默认网关192.168.1.1

步骤5：同一VLAN内通信测试

5.1 PC1 ping PC3（同一VLAN 100，不同交换机）

C:\> ping 192.168.1.11

结果：成功。PC1(192.168.1.8)可以ping通PC3(192.168.1.11)，丢包率0%。

5.2 PC2 ping PC3（同一VLAN 100，不同交换机）

C:\> ping 192.168.1.11

同VLAN ping测试PC2

结果：成功。PC2(192.168.1.102)可以ping通PC3(192.168.1.11)，丢包率0%。

5.3 PC3 ping PC2（VLAN 200端口）

C:\> ping 192.168.1.102

同VLAN ping测试9-16

同VLAN ping测试9-16详细

结果：成功。PC3(192.168.1.11)可以ping通PC2(192.168.1.102)，丢包率0%。

步骤6：VLAN划分验证测试

6.1 相同端口VLAN测试

将PC3端口改为VLAN 200后，测试PC2 ping PC3：

C:\> ping 192.168.1.102

同端口VLAN测试

结果：成功。将PC3所在端口划入VLAN 200后，与PC2处于同一VLAN，通信正常。

6.2 不同端口VLAN测试

将PC3端口改回VLAN 100后，测试PC2 ping PC3：

C:\> ping 192.168.1.102

不同端口VLAN测试失败

结果：失败。PC2(VLAN 200)和PC3(VLAN 100)处于不同VLAN，丢包率50%，显示”请求超时”和”无法访问目标主机”。

6.3 VLAN 9-16端口测试

C:\> ping 192.168.1.102

同端口VLAN测试9-16

结果：成功。确认相同VLAN内端口配置正确后通信正常。

步骤7：跨交换机VLAN通信测试

测试不同交换机上相同VLAN的PC之间通信：

7.1 测试1：未配置Trunk

C:\> ping 192.168.1.11

跨交换机VLAN测试1失败

结果：失败。未配置Trunk端口时，跨交换机VLAN通信不通，显示”请求超时”和”无法访问目标主机”。

7.2 测试2：未配置Trunk

C:\> ping 192.168.1.11

跨交换机VLAN测试2失败

结果：失败。仍然无法通信。

7.3 测试3：配置Trunk后

C:\> ping 192.168.1.11

跨交换机VLAN测试3成功

结果：成功。配置Trunk端口后，跨交换机相同VLAN通信恢复正常，丢包率0%。

7.4 测试4：验证Trunk配置

C:\> ping 192.168.1.102

跨交换机VLAN测试4成功

结果：成功。双向通信验证通过。

7.5 测试5：不同VLAN跨交换机

C:\> ping 192.168.1.102

跨交换机VLAN测试5失败

结果：失败。不同VLAN之间即使配置了Trunk也无法直接通信，需要三层路由。

Trunk端口配置命令：

[SW2] interface GigabitEthernet 0/0/24
[SW2-GigabitEthernet0/0/24] port link-type trunk
[SW2-GigabitEthernet0/0/24] port trunk allow-pass vlan all
[SW2-GigabitEthernet0/0/24] quit

步骤8：三层交换机VLAN间路由配置

在三层交换机上配置VLANIF接口实现VLAN间路由：

[SW1] interface Vlanif 10
[SW1-Vlanif10] ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
[SW1-Vlanif10] quit
[SW1] interface Vlanif 20
[SW1-Vlanif20] ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
[SW1-Vlanif20] quit
[SW1] interface Vlanif 100
[SW1-Vlanif100] ip address 192.168.100.1 255.255.255.0
[SW1-Vlanif100] quit

开启三层交换机的路由功能：

[SW1] ip routing

步骤9：三层交换机VLAN间通信测试

9.1 测试1：VLAN 10 ping VLAN 10

C:\> ping 192.168.10.12

三层VLAN间测试1

结果：成功。同一VLAN内通过三层交换机通信正常，TTL=127，丢包率0%。

9.2 测试2：VLAN 20 ping VLAN 20

C:\> ping 192.168.20.12

三层VLAN间测试2

结果：成功。VLAN 20内通信正常。

9.3 测试3：VLAN 10 ping VLAN 20（跨VLAN路由）

C:\> ping 192.168.20.12
C:\> ping 192.168.10.1

三层VLAN间路由测试

结果：成功。通过三层交换机的VLANIF接口实现了不同VLAN间的路由，丢包率0%，TTL=127，证明三层路由功能正常工作。

六、实验数据记录

表1：同一VLAN内通信测试结果

测试编号源PC目标PC源IP目标IP所属VLAN结果
1PC1PC3192.168.1.8192.168.1.11VLAN 100成功
2PC2PC3192.168.1.102192.168.1.11VLAN 100成功
3PC3PC2192.168.1.11192.168.1.102VLAN 200成功

表2：VLAN划分验证测试结果

测试编号操作源PC目标PCVLAN划分结果
4PC3端口改VLAN 200PC2PC3同VLAN 200成功
5PC3端口改回VLAN 100PC2PC3不同VLAN失败(50%丢失)
6端口VLAN 9-16配置PC3PC2同VLAN成功

表3：跨交换机VLAN通信测试结果

测试编号配置状态源PC目标PC结果说明
7未配置TrunkPC1PC3失败请求超时
8未配置TrunkPC2PC3失败无法访问目标主机
9已配置TrunkPC1PC3成功丢包率0%
10已配置TrunkPC2PC3成功丢包率0%
11已配置Trunk，不同VLANPC2PC3失败需要三层路由

表4：三层交换机VLAN间路由测试结果

测试编号源VLAN目标VLAN源IP目标IPTTL结果
12VLAN 10VLAN 10192.168.10.x192.168.10.12127成功
13VLAN 20VLAN 20192.168.20.x192.168.20.12127成功
14VLAN 10VLAN 20192.168.10.x192.168.20.12127成功
15VLAN 20VLAN 10192.168.20.x192.168.10.1254成功

七、问题讨论

1. 为什么同一VLAN内不同交换机上的PC initially 无法通信？

答： 因为两台交换机之间的连接端口默认是Access模式，只允许单个VLAN的数据通过。当跨交换机传输带有VLAN标签的数据帧时，Access端会丢弃这些帧。需要将交换机互连端口配置为Trunk模式，并允许相关VLAN的数据通过，才能实现跨交换机的VLAN内通信。Trunk端口使用IEEE 802.1Q协议在帧中添加VLAN标签，使对端交换机能识别数据所属的VLAN。

2. 不同VLAN之间的PC为什么无法直接通信？

答： VLAN（虚拟局域网）的根本目的就是隔离广播域。不同VLAN之间的数据帧在二层是完全隔离的，交换机不会将一个VLAN的帧转发到另一个VLAN。要实现不同VLAN间的通信，必须通过三层设备（如三层交换机或路由器）进行路由转发。三层交换机通过配置VLANIF虚拟接口，为每个VLAN设置网关IP地址，利用IP路由功能在不同VLAN间转发数据包。

3. Trunk端口与Access端口有什么区别？

答：

特性Access端口Trunk端口
用途连接终端设备（PC等）连接交换机/路由器
允许VLAN仅1个VLAN多个VLAN
帧格式不带VLAN标签（Untagged）带VLAN标签（Tagged，802.1Q）
默认VLAN可配置PVID通常为VLAN 1
典型场景PC接入端口交换机互连链路

4. IEEE 802.1Q协议的工作原理是什么？

答： IEEE 802.1Q是VLAN标签协议，在以太网帧中插入4字节的VLAN标签字段，包含：

  • TPID（Tag Protocol Identifier）： 固定值0x8100，标识802.1Q帧
  • TCI（Tag Control Information）： 包含3位优先级、1位CFI和12位VLAN ID

当帧经过Trunk端口时，交换机在帧中插入VLAN标签；当帧从Access端口发出时，交换机移除VLAN标签。这样交换机就能在同一物理链路上区分不同VLAN的数据。

5. 三层交换机实现VLAN间路由的原理是什么？

答： 三层交换机通过VLANIF虚拟接口实现VLAN间路由：

  1. 为每个VLAN创建一个三层虚拟接口（VLANIF）
  2. 为每个VLANIF接口配置IP地址，作为该VLAN的默认网关
  3. 开启三层交换机的ip routing路由功能
  4. 当不同VLAN的PC需要通信时，数据包先发送到网关（VLANIF接口）
  5. 三层交换机查找路由表，将数据包从源VLAN路由到目标VLAN

相比传统路由器的”单臂路由”方案，三层交换机的VLAN间路由性能更高，因为数据包的路由转发在硬件中完成，实现了”一次路由，多次转发”。

6. 实验中遇到的问题及解决方法

问题原因解决方法
跨交换机VLAN通信失败互连端口为Access模式配置为Trunk模式
不同VLAN间ping不通缺少三层路由配置配置VLANIF接口并开启ip routing
ping出现50%丢包ARP解析首次请求超时正常现象，ARP缓存建立后恢复正常
PC无法获取IP地址网线未插好或端口未激活检查物理连接，确认端口状态为Up

八、实验总结

通过本次实验，我掌握了以下技能：

  1. 交换机基本配置： 学会了通过Console口登录交换机，掌握了系统视图、接口视图等多种配置模式的切换方法，熟悉了display系列查看命令。

  2. VLAN划分与配置： 理解了VLAN的作用——隔离广播域、提高网络安全性和灵活性。掌握了创建VLAN、将端口划分到VLAN、验证VLAN配置的完整流程。

  3. Trunk端口配置： 理解了Access端口和Trunk端口的区别，掌握了配置Trunk端口使跨交换机VLAN通信成为可能。

  4. 三层交换与VLAN间路由： 通过配置VLANIF接口和开启路由功能，实现了不同VLAN之间的通信，理解了三层交换机”一次路由，多次转发”的工作原理。

  5. 网络故障排查： 学会了使用ping命令测试连通性，使用display vlan、display current-configuration等命令诊断配置问题。

本次实验让我对交换机的工作原理和VLAN技术有了更深入的理解，为后续的网络实验打下了良好的基础。

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文章目录
1
实验3：交换网络构建与交换机配置
一、实验报告信息
二、实验目的
三、实验环境
四、实验拓扑
五、实验步骤
步骤1：恢复交换机出厂配置
步骤2：交换机基本配置
步骤3：VLAN创建与端口划分
步骤4：PC网络参数配置
步骤5：同一VLAN内通信测试
步骤6：VLAN划分验证测试
步骤7：跨交换机VLAN通信测试
步骤8：三层交换机VLAN间路由配置
步骤9：三层交换机VLAN间通信测试
六、实验数据记录
表1：同一VLAN内通信测试结果
表2：VLAN划分验证测试结果
表3：跨交换机VLAN通信测试结果
表4：三层交换机VLAN间路由测试结果
七、问题讨论
1. 为什么同一VLAN内不同交换机上的PC initially 无法通信？
2. 不同VLAN之间的PC为什么无法直接通信？
3. Trunk端口与Access端口有什么区别？
4. IEEE 802.1Q协议的工作原理是什么？
5. 三层交换机实现VLAN间路由的原理是什么？
6. 实验中遇到的问题及解决方法
八、实验总结