GNS环境下的数据链路层实验
目录
1.交换机
1.1 交换机原理
-- 交换机接口分为access trunk
1.2 VLAN交换机的配置
1.2.1 交换机基本操作
-- ESW#指特权模式下，一般为刚打开GNS命令行时所在的页面
ESW#show vlan-switch -- 查看VLAN
-- 由于思科设备的端口默认关闭，因此我们需要查看端口状态，对未开启的端口使用no shutdown开启端口
ESW#show ip interface brief -- 查看端口状态
ESW(config-if)#no shutdown -- 需要进入接口配置模式下
ESW#configure terminal -- 进入全局配置模式
ESW(config)#interface fastEthernet 0/? -- 进入接口配置模式
-- 其中？为要配置的接口号
ESW1#show interface switchport -- 查看端口信息
1.2.2 创建VLAN并将端口添加进VLAN内
-- 创建vlan需要在特权模式下
ESW#vlan database 进入vlan配置模式
-- 在vlan配置模式下
ESW(valn)#vlan （valnID） 创建vlan
-- 创建后vlan为空的局域网，并没有相应接口
-- 将接口加入vlan需要在接口配置模式下
-- 需要配置某个端口需要在进入接口配置模式时就做好设置 使用上面提到的指令interface fastEthernet 0/?
ESW(config-if)#switchport mode access ? -- 将接口置为access口
ESW(config-if)#switchport access vlan (valnID) -- 将接口加入vlanID内
-- 若在配置时使用了错误的操作指令
-- 例如需要将端口1加入至vlan 10 内结果达成了20，需要撤销命令的话，只需要在原有命令上添加一个no
-- 例如
ESW(config-if)#switchport access vlan 20 -- 出错指令
ESW(config-if)#no switchport access vlan 20 -- 撤销出错指令
2. 链路聚合（Link Aggregation）原理
目的 解决带宽瓶颈
-- 指将具有相同传输介质的类型、相同传输速率的物理链路“捆绑”在一起，逻辑上当成一条链路
-- 链路聚合形成的逻辑端口成为smartgroup，可以将smartgroup当作普通端口使用
-- 聚合的链路又称干线（Trunk）
-- 负载分担机制
-- 假设四条链路（A、B、C、D）聚合成逻辑上的一条链路（trunk）
-- 在这条干线的两端设备进行通讯时，会选择四条链路内未被占用的链路
-- 链路聚合的优点
-- 1.增加了带宽 -->00M每条的链路变成了400M的链路
-- 2.增加了可靠性，实现了链路冗余 --> 当某条链路down，流量会在剩余的链路内自行分配
-- 3.避免二层环路
2.1 实现聚合条件
-- 所选端口必须工作在相同传输介质、全双工模式、工作速率必须一致
-- 端口的VLAN配置必须一致。端口类型、VLANID、PVID等均一致
2.2 链路聚合方式
-- 链路聚合方式分为静态聚合、动态聚合
--动态聚合
-- LACP（Link Aggregation Control Protocol）协议
--> 交换机之间通过LACP协议的交互将端口聚合，形成一个逻辑端口
-- 标准： IEEE 802.3ad
-- LACP自动产生聚合、自动发现故障链路，在获得最大带宽的同时保证链路的有效性
2.3 链路聚合的配置
-- 1.创建Trunk组
ZXR10(config)#interface <smartgroup-name>
-- 2.绑定端口到Trunk组，并设置端口聚合模式
smartgroup <smartgroup-id> mode {passive | active | on}
-->聚合模式设置为on时端口运行静态trunk，参与聚合的两端都需要设置为on模式
-->聚合模式设置为active或passive时端口运行LACP，active指端口为主动协商模式，passive指端口为被动协商模式
-- >思科---------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. 将要聚合的端口设置为trunk口
ESW1(config)#interface range fastEthernet 0/1(开始端口号) - number(结束接口号)
-- 管理多个端口
-- 由于聚合链路需要将端口设为trunk口，但是无法直接设置为trunk口，需要先设置为access口再设置为trunk口
-- ESW1(config-if-range)#switchport mode access
-- ESW1(config-if-range)#switchport mode trunk
2.将端口放入一个链路组中
ESW1(config-if-range)#channel-group <groupID> mode on -- 创建一个链路组<groupID>,并将其打开
-- 因为是在端口设置模式下进行的，这句就将这几个端口设置进了这个链路组
3.将其封装成帧
ESW1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q -- 将聚合链路端口设置成dot1q的帧接口
4.测试
-- 在完成上面操作之后，已经将一端配置完成，只需要在另一台交换机上进行相同的配置就可以使得数据可以传输
-- 在测试时，我们可以认为制造一些手段
-- 1.选择ping命令时，加上-t参数
-- 2.在ping时，我们手动关闭（shutdown）其中一个端口，查看数据是否会由其他端口继续传输
3.路由器
3.1 路由器原理
-- 路由器是用于网络互联的设备
-- 路由器必须具备以下：
--> 1.多个三层接口连接不同的网络
--> 2.协议至少向上实现到网络层
--> 3.具有存储、转发、寻径功能
-- 路由器的作用：
-->1. 路由（寻径）：路由表的建立、更新
-->2. 转发： 在网络之间转发分组数据
-->3. 隔离广播： 路由器的每个端口都属于不同的广播域
-->4. 指定访问规则： 防火墙功能和分组过滤
-->5. 异构网络互联：连接异构的底层网络
-- 路由器最重要的两个功能
--> 路由功能：（控制面功能、由软件实现）执行路由协议，生成、更新、维护路由表
--> 交换/转发功能：（数据面、由内部硬件实现） 分组在路由器内部的处理过程，分组从路由器一个接口输入，根据目的的IP地址，查找路由表，然后选择合适的接口输出。
-- 交换/转发功能的实现
1. 进入接口 -> CRC帧校验检查目的MAC的是否与本接口符合
2. 路由表 -> 查找路由表获取转发接口和下一跳IP地址 （由路由协议维护）
3. ARP缓存（以太网） 映射列表（广域网）->获取外出接口进行数据层封装的信息（下一跳MAC地址）
-- 3由ARP或逆向ARP进程所维护
4. 外出接口 -> 封装数据包进出外出接口的策略队列等待空闲转发帧
-- IP分组转发基本概念
-->1. IP分组转发基于hop by hop的方式（数据报）
-->2. 从源到目的之间源IP和目的IP地址保持不变
-->3. 每经过一个数据链路层，数据链路层都要做相应的封装
-->4. 返回的数据选路与到达的数据选路无关
3.2 路由器基本配置(包含三层交换机开启三层端口)
-- 由于路由器每个接口属于独立子网，因此需要给每个端口都配置不同的ip地址
-- 一般将一个网段的第一个ip地址配置给路由器的端口
1.
-- 此时由于PC需要跨网段进行通信，所以在为PC配置其ip地址时，还需要对PC的网关地址进行配置，
-- PC的网关接口就是与其网段相连的路由器的端口
-- 具体操作为
PC1>ip <PC网卡ip地址> <网关ip地址>
2.
-- 接下来需要进入到路由器的端口配置模式，配置其端口的ip地址
R1（config-if）#ip address <ip+子网掩码>
--> 区别于路由器，三层交换机是不能直接给物理端口配置ip地址的（因为交换机还是二层设备，它的端口为二层端口）
--> 三层交换机物理端口配置ip地址步骤
--> 1.创建一个VLAN，将要配置的端口加入该VLAN内
--> 2.ESW(config)#interface vlan <vlan-ID> (这一步就相当于在交换机上开启了三层端口)
--> 3.ESW(config-if)#ip address <ip+子网掩码>
--> 4.ESW(config-if)#no shutdown
--> 5.ESW(config)#ip routing (这一步开启三层交换机的路由功能，若不开启，将无法ping通同一设备下不同网段的设备)
-- 查看接口详细信息
-- show ip interface brief 是简略信息
R1#show interface fastEthernet 0/<number>
3.
-- 开启端口
-- 查看路由表命令
R1#show ip route
3.3 路由及路由表
-- 路由
-->指导IP数据包发送的路径信息
-- 路由表
-->路由表是保存在路由器内存中的一个数据库文件，它存储了本地直连网络和已知的远端网络相关的路由信息
-->这些路由信息知道路由器通过正确的本地接口将分组转发到目的地
-->直连网络： 与路由器的本地接口直接相连的网络
-->远端网络： 与路由器不直接相连的网络
-- 路由表属性释义
-- Dest 目的网络地址，用于标识IP包要到达的目的网络
-- Mask 子网掩码，与目的地址一起来标识目的主机或路由器所在的网段号
-- Gw 下一跳地址，数据流量方向与当前路由器相邻的路由器的入端口地址，也称网关地址
-- Interface 转发端口，数据包离开当前路由器去往目的地的接口
-- Owner 路由信息的来源，表明该路由信息是怎样学到的
-- Pri 路由优先级，决定来自不同路由来源的路由信息的优先权
-- Metric 度量值，用于表示每条可能路由的代价，度量值最小的路由就是最佳路由
路由来源（Owner）
--> 直连网络
-- 直连接口上正确配置了IP地址和子网掩码，直连网络的路由项自动进入路由表，其owner为direct。直连接口的IP地址也一并进入路由表，owner为address。
--> 远端网络
--1.静态方式
-- 由系统管理员手工设置的路由称之为静态路由，它不随网络拓扑结构的改变而改变，其owner为static
--2.动态方式
-- 由动态路由协议自动生成，能够根据网络的拓扑变化调整路由信息。适用于大规模和复杂的网络。动态路由的owner为动态路由协议的名称。
路由优先级（priority）
-->描述不同来源的路由信息进入路由表的优先程度
-->一般优先级最高的是直连和静态路由
-->若出现去往同一目的的网络的多条来源不同的路由，则优先级值小者进入路由表
度量值（Metric）
-->衡量去往目的网络的花费和代价
-->若出现去往同一目的网络的多条相同来源的路由，则Metric小者进入路由表
路由表匹配原则 > 最长前缀匹配
--> 最长前缀匹配：路由查找时使用到达目的地子网掩码前缀最长的路由项
--> 缺省路由：优先级最低，使得路由表得到最大简化
3.4 路由协议
路由协议是运行在路由器之间的、用于动态交换路由信息的分布式算法
-->自动发现远端网络的信息
-->计算到每个远端网络的最佳路径，将计算所得的路由信息添加到路由表中
-->监视网络的拓扑变化，更新和维护路由表
-- 在动态路由中管理员不再需要手工对路由器上的路由表进行维护，而是在每台路由器上运行一个路由协议
路由协议分类
--按照路由器的寻径算法和交换路由信息的方式分类：
-->距离-矢量路由协议：以RIP、BGP协议为代表。相邻的路由器之间会互相交换整个路由表，并进行矢量的叠加最后达到知道整个网络路由信息的目的。这里的距离通常指跳数，而矢量指的的是方向，矢量通常用下一跳或本地转发接口来表示
-->链路状态路由协议：由OSPF、IS-IS等。也称之为最短路径优先算法（SPF），该算法维护着关于整个网络拓扑信息的复杂数据库，比起距离-矢量路由协议来，它更能全面的反映出网络的实际情况。
3.5 静态路由、缺省路由配置
-- 全局配置模式下
-- 静态路由
R1(config)#ip route <目的IP网段> <目的子网掩码> <下一跳网关IP>
--> 两个开启路由功能的三层交换机之间相连
--> 1. 首先端口设置为trunk
--> 2. 允许传输全部vlan ESW(config-if)#switchport trunk allowed vlan all
--> 3. 为端口设置ip地址
--> 4. 添加静态路由的指令与路由器一致
-- 缺省路由
R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 <下一跳网关IP>
4. VLAN间路由
4.1 原理
1.由前面可以知道VLAN会隔离广播域
-->这就造成了VLAN的工作特性会禁止VLAN间的通信流量
-->解决上面问题的办法就是在不同的VLAN间添加一个路由器，由二层上升到三层，这就是VLAN间路由
2.VLAN间路由
-- 多个VLAN与同一路由器相连，要求路由器有多个连接或支持路由器中继
-->解决方案1.多链路
-->路由器为每个VLAN提供独立的接入链路
-->特点：需要多个路由器物理接口，成本高、灵活性与可扩展性差
-->配置：路由器上在多个物理接口配置不同VLAN缺省网关IP地址，交换机上的端口设置为ACCESS PORT，分别属于不同VLAN
-->解决方案2.单臂路由（基于子接口实现VLAN间路由）
-->路由器支持在一条物理链路上承载多个VLAN
-->配置：在路由器单个物理接口配置多个子接口，做802.1Q封装，不同子接口配置不同VLAN的缺省网关IP地址，交换机的端口设置为800.1Q trunk
-->特点：只需要一个路由器物理接口，成本低可扩展性好，需要路由器支持trunk封装
-->解决方案3.三层/多层交换机方式
-->特点：同一交换机机架内集成了路由与交换功能，可见接口都是二层端口（port）需要创建三层接口（interface）并与vlan相连
-->配置：为每个VLAN配置逻辑接口（interface）其IP地址为对应VLAN的缺省网关地址
3.三层交换机
-- 解决路由链路迅速增长的数据量
-- 三层交换机是将路由器和交换机功能结合的一种设备，既有交换功能，又具有路由功能
三层交换机与路由器最主要的区别：对分组的转发操作物理实现上不同
4.2 VLAN间路由配置
1. 单臂路由
-->1.配置PC的ip与网关ip，并配置与PC相连的交换机端口加入相应的VLAN
-->2.与路由器相连的交换机端口设为trunk
-->3.进入子接口
R1(config)#interface fastEthenet 0/1.*
-->4.配置子接口
R1(config-subif)#encapsulation dot1q <VLAN-ID>
R1(config-subif)#ip address ....
R1(config-subif)#no shutdown
2.三层交换机实现VLAN间路由
-->1.配置PC ip地址及网关地址，加入相应VLAN
-->2.开启路由功能
-->3.开启三层接口，配置ip
5. OSPF路由协议
5.1 原理
--在前面的路由协议中，我们知道按照路由器的寻径算法和交换路由信息的方式分类，路由协议可以分为：距离-矢量路由协议和链路状态路由协议。
OSPF是链路状态路由协议的代表
OSPF主要特点：
-->开放式最短路径优先
-->链路状态路由协议
-->1.形成拓扑数据库
-->2.计算最短路径
-->支持VLSM
-->基于带宽选择路由
-->支持等值的多路由
链路状态路由协议原理
--可靠传播
-->路由器找到自己邻居
-->每个路由器向邻居发送链路状态数据包，包含了自己的路径成本
-->LSA扩散，每个路由器都得到相同拓扑结构的数据库
--路由计算
-->每个路由器由最短路径算法SPF算法计算网络可达性，建立以自己为树根的SPF树
-->创建路由表，列出最短路径列表；维护其他拓扑结构和状态细节数据库
可靠传播的三个要点
-- 1.向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法
-- 2.发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态
-->"链路状态"就是说明本路由器都有哪些路由器相邻，以及该链路的"度量"（metric）
-- 3.只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息
5.2 OSPF配置
--> OSPF启动后必须先配置骨干区域（area 0）
-- 配置OSPF
-- 前提是配置好每个端口的ip
1.全局模式下
R1(config) router ospf <进程号（1-65535）> -- 路由配置模式
2.路由配置模式下
R1(config-router) network <ip> <a.b.c.d(反向子网掩码)> area <area-ID> -- 宣告网段ip
-- 每个路由器必须先宣告自己的直连接口，彼此相邻路由器才会握手，取选举DR、BDR
3.路由配置模式下
R1(config-router) router-id <loopback地址>
全局配置模式下
show ip ospf nerghbor --查看ospf邻居
-- 创建loopback地址
1.全局配置模式下
R1(config) interface loopback <number>
2.接口配置模式下
R1(config-if) ip address <2.2.2.2> <255.255.255.255>
6. vrrp（Virtual Router Redundancy Protocol）虚拟路由冗余协议
6.1 原理
-- 将多个路由器运行虚拟路由器冗余协议，并组成一个虚拟路由器组。相同的虚拟路由器成员拥有着相同的VRID，并拥有一个虚拟路由器，该虚拟路由器拥有一个虚拟ip地址和虚MAC地址
VIP （虚拟ip地址）
-- VIP可以是VRRP组中一个路由器接口的地址，也可以是第三方地址，但是此地址必须和物理接口地址在同一广播域内（同一网段）。
-- LAN上的终端主机利用虚拟IP地址作为其网关
主用路由器选举
-- 1.主用路由器选举时，先比较接口优先级（1-255），数值越大，优先级越高，优先级默认为100，只有IP拥有者的优先级是255，接口优先级相同时，则IP地址大者成为主用路由器。若备用路由器在一段时间内未收到来自主用路由器的报文，则认为主用路由器故障，重新进行主用路由器选举。
-- 2.主用路由器会根据VRID生成虚拟MAC，00005E0001xx，xx为16进制的VRID，作为VIP的MAC地址，并通过发送ARP报文通告给网络中的设备
-- 3.当网络中设备的接口优先级发生变化或有新设备加入时，是否重新选举主用路由器需要根据设备的抢占模式决定，允许就可以抢占，否则优先级再高都不能抢占主用路由器
6.2 配置
接口配置模式下
--1. 先为接口配置ip地址,并且打开接口
R1(config-if) ip address ...
--2. 对应接口下
R1(config-if) vrrp <组号> ip <VIP>
7 ACL （access control list）访问控制列表
7.1 原理
访问控制列表(ACL)是一种基于包过滤的访问控制技术，它可以根据设定的条件对接口上的数据包进行过滤，允许其通过或丢弃。访问控制列表被广泛地应用于路由器和三层交换机，借助于访问控制列表，可以有效地控制用户对网络的访问，从而最大程度地保障网络安全。
-- 通过设置某种规则rule作为判别标准，以决定是否允许数据包通过。
-- ACL判别标准（作为判别的依据）
-- 1.源端口号
-- 2.目的端口号
-- 3.协议
-- 4.源地址
-- 5.目的地址
ACL分为标准ACL、扩展ACL
-- 标准ACL（ACL号1-99）
-- 1. 以源地址作为过滤协议
-- 2. 只能粗略的限制某一大类协议
-- 扩展ACL（ACL号100-199）
-- 1.以源地址、目的地址、协议类型、端口号等作为过滤标准
-- 可以精确地限制到某一种具体协议
匹配原则
-- 1. 从上往下匹配，匹配成功则转发，匹配失败则匹配下一条
-- 2. 下一条匹配继续按照上面地原则
-- 3. 在所有条目都匹配失败后，依然丢弃该包（隐式拒绝）
Rule实例 (Permit/Deny) 网段号 反子网掩码
-- Permit 192.168.1.0 0.0.0.255
-- Deny 192.168.0.0 0.0.255.255
-- 从上往下执行
7.2 配置ACL
-- 标准ACL配置
1.全局配置模式下
Router(config) access-list <ACL号> <premit/deny> <ip/网段> {<反子网掩码>可不加，默认0.0.0.0}
2.在配置完ACL后，需要进入到相应地接口下去应用ACL
接口配置模式下
Ruter(config-if) ip access-group <刚配置的ACL号> <方向in/out>
--删除已建立的扩展ACL语法如下：
Router(config) no access-list access-list-number
浙公网安备 33010602011771号