IP网络技术实验二 基础网络协议与配置实践

实验目的

本实验旨在通过实践操作，加深对IP网络核心技术的理解，掌握网络设备的基本配置方法，熟悉常见网络协议（如IP、ARP、ICMP）的工作原理与数据包交互过程，并初步具备小型局域网的规划与故障排查能力。

实验环境与拓扑

1. 硬件设备：两台或多台PC机，一台二层交换机，一台路由器（或使用仿真软件如Cisco Packet Tracer、GNS3、eNSP等构建虚拟环境）。
2. 软件工具：操作系统（Windows/Linux）、命令行工具（ping, tracert/traceroute, arp, ipconfig/ifconfig）、网络协议分析器（如Wireshark）。
3. 网络拓扑：构建一个简单的星型局域网，所有PC通过交换机互联。通过路由器将两个或多个此类局域网互联，构成一个包含多个子网的实验网络。\n
## 实验内容与步骤

第一部分：局域网内通信分析

1. 网络接口配置：为实验PC手动配置静态IP地址、子网掩码和默认网关（初期可暂不配置网关），确保所有PC处于同一IP子网内。
2. 连通性测试：使用 ping 命令测试同一子网内主机之间的连通性。记录成功与失败的结果。
3. ARP协议分析：

• 在主机A上使用 arp -a 命令查看ARP缓存表。

• 清空ARP缓存（arp -d）。

• 从主机A ping 主机B。

• 再次查看主机A的ARP缓存表，观察是否已学习到主机B的MAC地址。理解ARP请求与应答的过程。

1. 数据包捕获分析：在通信过程中，使用Wireshark捕获ICMP Echo请求/应答报文以及ARP报文。分析帧结构、IP包头、ICMP报文内容，直观理解数据封装与解封装的过程。

第二部分：跨网络路由实验

1. 拓扑扩展：引入路由器，配置两个不同的子网（如192.168.1.0/24和192.168.2.0/24），路由器接口分别连接这两个子网。
2. 路由器基本配置：为路由器的两个接口配置正确的IP地址，并启用接口。
3. 主机网关配置：为两个子网内的PC配置其所属子网的默认网关地址（即路由器对应接口的IP地址）。
4. 跨子网通信测试：从子网A中的主机 ping 子网B中的主机。分析数据包的路径：源主机如何将数据包发往网关（路由器），路由器如何根据路由表进行转发。
5. 路由跟踪：使用 tracert (Windows) 或 traceroute (Linux) 命令，追踪数据包从源主机到达目标主机所经过的路径，理解跳数（Hop）的概念。
6. 路由表查看：在路由器上查看路由表（如Cisco的 show ip route，华为的 display ip routing-table），理解直连路由的含义。

第三部分：基础故障排查

1. 模拟故障：人为制造故障，如错误配置IP地址、关闭交换机端口、错误配置网关地址等。
2. 分层排查：按照“物理层->数据链路层->网络层”的顺序进行排查。

• 物理/链路层：检查网线、接口指示灯、接口状态（show interfaces）。

• 网络层：使用 ipconfig/ifconfig 确认IP配置；使用 ping 命令，依次测试：环回地址(127.0.0.1)->本机IP->同子网主机->网关->外网主机。通过此过程可以精确定位故障点。

实验与思考

1. 核心原理验证：通过本实验，验证了在同一子网内，通信依赖MAC地址（通过ARP解析）；在不同子网间，通信必须依赖路由器（网关）进行转发，IP地址用于路径寻址。
2. 协议交互理解：直观看到了ARP、ICMP、IP协议在实际通信中的协同工作过程。
3. 技能提升：掌握了网络设备的基础配置命令、常用网络诊断工具的使用方法以及结构化的故障排查思路。
4. 思考问题：

• 如果交换机不配置任何VLAN，它工作在OSI模型的哪一层？其主要功能是什么？

• 当主机ping一个不存在的IP地址时，可能会收到哪种类型的ICMP报文？

• 在没有配置默认路由的情况下，路由器如何处理目的地址不在其路由表中的数据包？

通过本次实验，理论知识与动手实践得以结合，为后续学习更复杂的网络技术（如VLAN、路由协议、网络安全等）奠定了坚实的基础。