本文结合所学的一些基础网络协议来完成一个综合性的实验（实验完整代码放在最后）

会先说明使用协议的原理，然后分析具体在拓补图中的应用过程，最后再给出配置

明确实验目标：拓扑分 核心层（R1）、汇聚层（SW3、SW4，需配置 SVI 实现三层转发）、接入层（SW1、SW2，纯二层） ，目标是让所有 PC 能互访，且核心路由器 R1 能与外网（Net）通信，同时内网流量按预期路径转发。

整体思路：静态路由手动配置、dhcp动态路由、vlan划分网络、mstp解决二层环路、vrrp保障网关冗余、ospf动态选路实现三层设备互联、nat内网访问外网、acl访问控制 

数据传输完整流程（以 PC1 访问公网为例 ）

阶段 1：PC1 发起到网关的流量（二层 + VRRP ）

1. PC1 封装帧：PC1 要访问公网（如  203.0.113.1  ），先判断目标 IP 是外网，需发往默认网关  192.168.2.254 （VRRP 虚拟 IP ）。

- PC1 用 ARP 请求解析  192.168.2.254  的 MAC 地址。

- SW3 是 VLAN2 的 VRRP 主设备（优先级 120 ），会响应 ARP，告知 PC1： 192.168.2.254  的 MAC 是 SW3 的 VLAN2 SVI 接口 MAC。

2. 流量到汇聚层 SW3：PC1 封装以太网帧（源 MAC：PC1，目的 MAC：SW3 VLAN2 MAC；源 IP： 192.168.2.1 ，目的 IP： 203.0.113.1  ），通过接入层 SW1（Trunk 链路 ）、MSTP 计算的最优路径，转发到 SW3。

阶段 2：汇聚层 SW3 转发到核心 R1（三层 + OSPF ）

1. SW3 三层转发：SW3 收到帧后，解封装看目的 IP 是外网，查路由表（OSPF 学习的路由 ），发现需发往核心 R1。
 
 - OSPF 已在 SW3、R1 间建立邻居，传递了  192.168.10.0/30 （SW3 - R1 互联段 ）、 192.168.2.0/24 （VLAN2 ）等路由。

- SW3 路由表中，外网网段（ 0.0.0.0/0  ）的下一跳指向 R1 的  192.168.10.2 （OSPF 动态学习或静态路由 ）。

2. 封装新帧转发：SW3 重新封装帧（源 MAC：SW3 互联口 MAC，目的 MAC：R1 互联口 MAC；源 IP： 192.168.2.1 ，目的 IP： 203.0.113.1  ），通过  G0/0  接口发往 R1。

阶段 3：核心 R1 做 NAT + 转发（NAT + 静态路由 + ACL ）

1. NAT 转换：R1 收到帧，解封装后触发 NAT：

- 因 PC1 是静态 NAT（ ip nat inside source static 192.168.2.1 192.0.2.10  ），R1 会把源 IP 替换为  192.0.2.10 ，同时记录转换表项（便于回包时还原 ）。

2. ACL 过滤（可选）：R1 外网口  f2/0  应用了  access-list 100 （假设允许 ICMP 等 ），检查流量是否符合规则。若符合，继续转发。

3. 静态路由转发：R1 查路由表，默认路由  ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 f2/0  指导流量发往外网口  f2/0 ，封装新帧（源 MAC：R1  f2/0  MAC，目的 MAC：公网网关 MAC；源 IP： 192.0.2.10 ，目的 IP： 203.0.113.1  ），发往公网。

阶段 4：公网回包到 R1（反向路径 ）

1. 公网路由：公网设备（如  203.0.113.1  ）收到包，回包时目的 IP 是  192.0.2.10 ，根据公网路由（由 ISP 配置 ），发回 R1 的  f2/0  接口。

2. NAT 还原：R1 收到回包，查 NAT 表项，将目的 IP  192.0.2.10  还原为  192.168.2.1 ，然后查路由表（OSPF 学习的  192.168.2.0/24  路由 ），下一跳指向 SW3 的  192.168.10.1 。

3. 转发回 SW3：R1 封装帧（源 MAC：R1 互联口 MAC，目的 MAC：SW3 互联口 MAC；源 IP： 203.0.113.1 ，目的 IP： 192.168.2.1  ），发往 SW3。

阶段 5：SW3 转发回 PC1（OSPF + 二层 ）

1. SW3 三层转发：SW3 收到回包，查路由表（OSPF 学习的  192.168.2.0/24  直连路由 ），目的 IP 是 PC1，需发往 VLAN2 SVI 接口。

2. ARP 解析 PC1 MAC：SW3 用 ARP 请求解析  192.168.2.1  的 MAC 地址，PC1 响应后，SW3 封装帧（源 MAC：SW3 VLAN2 MAC，目的 MAC：PC1 MAC；源 IP： 203.0.113.1 ，目的 IP： 192.168.2.1  ），通过 MSTP 最优路径，经 SW1 转发回 PC1

一.  静态路由的配置：（sw3、sw4、r1）

静态路由核心是 “告诉设备：到达某网段，下一跳给谁” ，需梳理每个设备的 “已知网段” 和 “需要转发的网段”。

定义：由管理员手工配置的，是单向的，拓扑关系缺乏灵活性
优点:配置灵活，管理员手工配置，节省链路开销。
缺点:当拓扑发生改变时，需要管理员去每台路由器上修改路由配置。

R1 作为核心层路由器，需连通内网（汇聚、接入层网段）和外网（假设  192.0.2.0/24  是公网或上级网络 ），同时汇聚层 SW3、SW4 也需通过它访问外网。假设内网主要需互通的网段有：- 接入层 VLAN 网段： 192.168.2.0/24 （VLAN2 ）、 192.168.3.0/24 （VLAN3 ）、 192.168.4.0/24 （VLAN4 ）- 汇聚与核心互联网段： 192.168.10.0/30 （R1 - SW3 ）、 192.168.10.4/30 （R1 - SW4 ）等R1R1(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.10.1  // 去往 VLAN2 网段，下一跳指向 SW3
R1(config)# ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.10.1  // 去往 VLAN3 网段，下一跳指向 SW3
R1(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.10.5  // 去往 VLAN4 网段，下一跳指向 SW4
R1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.0.2.2  // 默认路由，指向外网出口（假设对端是 192.0.2.2 ）
SW3(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.2  // 默认路由，指向核心 R1，让非直连网段走 R1
SW3(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.10.10  // 去往 VLAN4（SW4 侧），下一跳指向 SW4
// 若需更精细控制，也可针对 R1 侧其他网段单独写，或依赖默认路由
SW4(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.6  // 默认路由指向 R1，让非直连网段走核心
SW4(config)# ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.10.9  // 去往 VLAN3（SW3 侧），下一跳指向 SW3
// 同理，可根据实际网段细化，或依赖默认路由覆盖

二.  DHCP 动态路由

工作过程：

四次会话

1）discover：客户端广播向DHCP服务器请求一个ip地址

2）offer：服务器收到后在地址池中寻找合适的IP地址，广播回复提供给客户端

3）request：客户端选择合适的ip地址并告知服务器

4）ack：服务器广播确认分配ip地址，向客户端告知信息

拓补图中，可以看到pc2和pc4都是由dhcp自动获取ip地址的

分析：以pc2为例：pc2广播发送dhcp请求，dhcp中继sw3收到广播请求后改为单播发往dhcp服务器r1，r1收到请求在地址池选择合适的ip地址单播回复给sw3，sw3收到后发给pc2，pc2选择ip地址并广播告知r1，sw3改为单播发给r1，r1收到win的选择信息单播发送确认信息给pc2

这里提到了dhcp中继 什么是中继

 Dhcp中继：当dhcp服务器与客户端不在同一网络的时候无法直接通信，这时需要一个代理者代为转发，这个代理者就是dhcp中继。

分析：图中pc2发起dhcp请求请求一个IP地址，因为与服务器r1不在同一网段，所以sw3充当中继接收到来之pc2的dhcp广播请求，把广播请求改为单播发送给服务器r1

dhcp配置：

// DHCP 地址池配置（给 192.168.3.0/24、192.168.4.0/24 网段分配 ）
Router(config)#ip dhcp pool h
Router(dhcp-config)#network 192.168.3.0 255.255.255.0
Router(dhcp-config)#default-router 192.168.3.254
Router(dhcp-config)#dns-server 222.246.129.80
Router(dhcp-config)#exitRouter(config)#ip dhcp pool t
Router(dhcp-config)#network 192.168.4.0 255.255.255.0
Router(dhcp-config)#default-router 192.168.4.254
Router(dhcp-config)#dns-server 222.246.129.80
Router(dhcp-config)#exit// DHCP 中继相关（信任中继信息 ）
Router(config)#ip dhcp relay information trust-all// 环回接口（OSPF RID 依赖 ）
Router(config)#interface Loopback0
Router(config-if)#ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
Router(config-if)#exit

注意这里配置了lookback地址，也就是回环接口地址，好处就是因为回环接口状态是稳定的，当链路损坏或原接口故障，管理者可以通过回环接口进入 

三.vlan划分网络

定义：虚拟局域网

作用：将网络划分成多个广播域

access：连接个1vlan，与终端相连

收报文

判断是否有VLAN信息：如果没有则打上端口的PVID，并进行交换转发，如果有则直接

丢弃（缺省）

发报文将报文的VLAN信息剥离，直接发送出去

trunk：连接多个vlan，与交换机、路由器相连

收报文    
收到一个报文，判断是否有VLAN信息：如果没有则打上端口的PVID，并进行交换转发，如果有判断该trunk端口是否允许该 VLAN的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃

发报文    
比较端口的PVID和将要发送报文的VLAN信息，如果两者相等则剥离VLAN信息，再发送，如果不相等则直接发送

sw1配置：

Switch(config)#vlan 2,3
Switch(config)#int e0/0
Switch(config-if)#switchport mode access
Switch(config-if)#switchport access vlan 2
Switch(config-if)#spanning-tree portfast
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int e0/1
Switch(config-if)#switchport mode access
Switch(config-if)#switchport access vlan 3
Switch(config-if)#spanning-tree portfast
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int e0/2
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int e0/3
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#no shutdown

sw2配置： 

Switch(config)#vlan 2
Switch(config)#vlan 4
Switch(config)#int e0/0
Switch(config-if)#switchport mode access
Switch(config-if)#switchport access vlan 2
Switch(config-if)#spanning-tree portfast
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int e0/1
Switch(config-if)#switchport mode access
Switch(config-if)#switchport access vlan 4
Switch(config-if)#spanning-tree portfast
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int e0/2
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int e0/3
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#no shutdown

sw3配置：

Switch(config)#vlan 2 - 4
Switch(config)#int g0/0
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int g0/2
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int g0/3
Switch(config-if)#no switchport
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.252
Switch(config)#int g0/1
Switch(config-if)#no switchport
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#ip address 192.168.10.9 255.255.255.252
Switch(config)#ip routing

sw4配置：

  
Switch(config)#vlan 2 - 4
Switch(config)#int g0/0
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int g0/2
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config)#int g0/3
Switch(config-if)#no switchport
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#ip address 192.168.10.5 255.255.255.252
Switch(config)#int g0/1
Switch(config-if)#no switchport
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#ip address 192.168.10.10 255.255.255.252
Switch(config)#ip routing

r1配置

Router(config)#int f0/0
Router(config-if)#ip address 192.168.10.2 255.255.255.252
Router(config-if)#no shutdown
Router(config)#int f0/1
Router(config-if)#ip address 192.168.10.6 255.255.255.252
Router(config-if)#no shutdown
Router(config)#int fa2/0
Router(config-if)#ip address 192.0.2.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown
Router(config-if)#ip nat outside

四.  MSTP解决二层环路 

首先了解二层环路

危害：

1）可能会造成广播风暴

广播风暴是指网络中出现大量无意义的广播帧，导致网络带宽被占满、设备处理能力耗尽
最终使网络瘫痪的现象。

2）数据在环路中循环传输，耗费资源

3）mac地址表紊乱：交换机是通过mac地址来转发数据的，但环路中同一mac地址会在不同端口频繁出现，导致mac表不断刷新，造成混乱

MSTP通过选择规则来防止环路：

选举报网桥
选举规则：
a. 先比较BID中的优先级，具有最小优先级的交换机定为根桥。
b. 如果优先级一样，再比较BID中的MAC地址，MAC地址最小的确定为跟桥。

选举根端口
选举规则：
a. 非根桥交换机上，到根桥的根路径开销最小的端口，即为该非根交换机的根端口
b. 如果根路径开销相同，则比较对端交换机的BID，越小越优
c. 如果对端交换机的BID相同，则比较对端的PID，越小越优
d. 如果对端的PID相同，则比较本端的PID，越小越优。

选举指定端口
选举规则：
a. 在各个链路上，到根桥的根路径开销最小的端口，即为指定端口
b. 如果根路径开销相同，则比较两端交换机的BID，越小越优
c. 如果对端交换机的BID相同，则比较两端交换机的PID，越小越优

阻塞其余端口选举规则：
至此，其余既不是根端口也不是指定端口的都是阻塞端口。

分析：拓补图中，可以看到二层的主要两个环路，分别是sw1、sw3、sw4形成的三角形环路和sw2、sw4、sw3的三角形环路 ，这里就需要用到mstp来解决这个环路问题

mstp配置：

sw1

// MSTP 配置
Switch(config)#spanning-tree mode mst
Switch(config)#spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)#name mst
Switch(config-mst)#revision 1
Switch(config-mst)#instance 2 vlan 2
Switch(config-mst)#instance 3 vlan 3
Switch(config-mst)#instance 4 vlan 4
Switch(config-mst)#exit

sw2

// MSTP 配置
Switch(config)#spanning-tree mode mst
Switch(config)#spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)#name mst
Switch(config-mst)#revision 1
Switch(config-mst)#instance 2 vlan 2
Switch(config-mst)#instance 3 vlan 3
Switch(config-mst)#instance 4 vlan 4
Switch(config-mst)#exit

sw3

// MSTP 配置
Switch(config)#spanning-tree mode mst
Switch(config)#spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)#name mst
Switch(config-mst)#revision 1
Switch(config-mst)#instance 2 vlan 2
Switch(config-mst)#instance 3 vlan 3
Switch(config-mst)#instance 4 vlan 4
Switch(config-mst)#exit
Switch(config)#spanning-tree mst 0 priority 0
Switch(config)#spanning-tree mst 2 priority 4096
Switch(config)#spanning-tree mst 3 priority 0
Switch(config)#spanning-tree mst 4 root primary

sw4

// MSTP 配置
Switch(config)#spanning-tree mode mst
Switch(config)#spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)#name mst
Switch(config-mst)#revision 1
Switch(config-mst)#instance 2 vlan 2
Switch(config-mst)#instance 3 vlan 3
Switch(config-mst)#instance 4 vlan 4
Switch(config-mst)#exit
Switch(config)#spanning-tree mst 0 priority 4096
Switch(config)#spanning-tree mst 2 priority 0
Switch(config)#spanning-tree mst 3 priority 4096
Switch(config)#spanning-tree mst 4 root secondary

 五.  vrrp保障网关冗余

工作过程：

优先级高的选举为主路由器，优先级相同时接口IP大的为主路由器。 主路由器激活虚拟IP地址，转发数据报文，并定期向广播域内发送VRRP组播报文通告自己的状态，定期通告间（Advertisement Interval）默认为1秒。 备份路由器不发送但接收VRRP报文，在MASTER_DOWN_TIMER（一般为3个通告周期）3s内没有收到主路由器的VRRP报文，则备份路由器将成为主路由器。 

分析：拓补图中sw3、sw4两台三层交换机满足等级保护要求中的设备冗余，需要使用vrrp协议来保障一台路由损坏后，其他路由仍然可以这次工作的作用，可以看到sw3、sw4之间有两根线，下面的线是二层线路，用来进行vrrp的主备路由器的状态通告

vrrp配置

sw3

// 逻辑接口（SVI） + VRRP 配置
Switch(config)#int vlan 2
Switch(config-if)#ip address 192.168.2.253 255.255.255.0
Switch(config-if)#ip helper-address 192.168.10.2
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#vrrp 2 ip 192.168.2.254
Switch(config-if)#vrrp 2 priority 120
Switch(config-if)#vrrp 2 preemptSwitch(config)#int vlan 3
Switch(config-if)#ip address 192.168.3.253 255.255.255.0
Switch(config-if)#ip helper-address 192.168.10.2
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#vrrp 3 ip 192.168.3.254
Switch(config-if)#vrrp 3 priority 100
Switch(config-if)#vrrp 3 preemptSwitch(config)#int vlan 4
Switch(config-if)#ip address 192.168.4.253 255.255.255.0
Switch(config-if)#ip helper-address 192.168.10.2
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#vrrp 4 ip 192.168.4.254
Switch(config-if)#vrrp 4 priority 100
Switch(config-if)#vrrp 4 preempt

sw4

Switch(config)#int vlan 2
Switch(config-if)#ip address 192.168.2.252 255.255.255.0
Switch(config-if)#ip helper-address 192.168.10.6
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#vrrp 2 ip 192.168.2.254
Switch(config-if)#vrrp 2 priority 100
Switch(config-if)#vrrp 2 preemptSwitch(config)#int vlan 3
Switch(config-if)#ip address 192.168.3.252 255.255.255.0
Switch(config-if)#ip helper-address 192.168.10.6
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#vrrp 3 ip 192.168.3.254
Switch(config-if)#vrrp 3 priority 120
Switch(config-if)#vrrp 3 preemptSwitch(config)#int vlan 4
Switch(config-if)#ip address 192.168.4.252 255.255.255.0
Switch(config-if)#ip helper-address 192.168.10.6
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#vrrp 4 ip 192.168.4.254
Switch(config-if)#vrrp 4 priority 120
Switch(config-if)#vrrp 4 preempt

六.OSPF动态路由选路 

工作过程：

五种报文：

ospf的种类以及作用：

拓补图中当数据传到核心层就需要ospf协议进行动态路由选路 

ospf配置

sw3

// OSPF 配置
Switch(config)#interface loopback 0
Switch(config-if)#ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
Switch(config)#router ospf 1
Switch(config-router)#router-id 3.3.3.3
Switch(config-router)#network 3.3.3.3 0.0.0.0 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.10.1 0.0.0.0 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.10.9 0.0.0.0 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.4.0 0.0.0.255 area 0
// 被动接口
Switch(config-router)#passive-interface g0/0
Switch(config-router)#passive-interface g0/2

sw4

// OSPF 配置
Switch(config)#interface loopback 0
Switch(config-if)#ip address 4.4.4.4 255.255.255.255
Switch(config)#router ospf 1
Switch(config-router)#router-id 4.4.4.4
Switch(config-router)#network 4.4.4.4 0.0.0.0 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.10.5 0.0.0.0 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.10.10 0.0.0.0 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0
Switch(config-router)#network 192.168.4.0 0.0.0.255 area 0
// 被动接口
Switch(config-router)#passive-interface g0/0
Switch(config-router)#passive-interface g0/2

R1

// 静态路由 + OSPF
Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 f0/0
Router(config)#interface loopback 0
Router(config-if)#ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#router-id 1.1.1.1
Router(config-router)#network 192.168.10.2 0.0.0.0 area 0
Router(config-router)#network 192.168.10.6 0.0.0.0 area 0
// 传递默认路由给 OSPF 邻居
Router(config-router)#default-information originate

七.  NAT 内网访问外网

NAT主要用于内网地址访问公网地址

静态NAT：内网地址与公网地址一对一映射，主要用于公网资源充足的场景或是特定的设备（摄像头等）

动态NAT：内网地址与公网地址是临时的动态映射，随机从公网地址池中分配一个公网地址。主要用于主机或服务器集群的地方

PAT：多对一映射，不同内网地址使用同一公网地址，但端口不同

NAT配置： 

// NAT 配置 
// 1. 静态 NAT：内网 192.168.2.1 → 外网 192.0.2.10
Router(config)#ip nat inside source static 192.168.2.1 192.0.2.10// 2. 动态 NAT（ACL 1 匹配 192.168.3.0/24 ，映射到 pool1 ）
Router(config)#access-list 1 permit 192.168.3.0 0.0.0.255
Router(config)#ip nat pool 1 192.0.2.21 192.0.2.30 netmask 255.255.255.0
Router(config)#ip nat inside source list 1 pool 1// 3. 出接口 NAT（ACL 2 匹配 192.168.2.2/32 ，直接映射外网口 ）
Router(config)#access-list 2 permit 192.168.2.2 0.0.0.0
Router(config)#ip nat inside source list 2 interface FastEthernet2/0// 4. NAPT（PAT，ACL 3 匹配 192.168.4.0/24 ，复用 pool3 地址 ）
Router(config)#access-list 3 permit 192.168.4.0 0.0.0.255
Router(config)#ip nat pool 3 192.0.2.31 192.0.2.32 netmask 255.255.255.0
Router(config)#ip nat inside source list 3 pool 3 overload

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