前言
随着信息技术的飞速发展，计算机网络已成为现代社会不可或缺的基础设施。交换技术作为网络通信的核心，其原理、实现与优化是网络技术人员必须掌握的关键技能。本实验指导书旨在为计算机网络技术开发的学习者和实践者提供一套系统、可操作的实验指南，通过动手实践深化对交换技术的理解，并培养解决实际网络问题的能力。
第一章：实验环境与基础准备
1.1 实验目标
- 熟悉主流网络仿真软件（如GNS3、EVE-NG或Packet Tracer）或物理实验设备（如Cisco/Huawei交换机）的配置与管理。
- 掌握基本的网络线缆连接与设备启动流程。
- 理解二层交换的基本概念，包括MAC地址表的学习与转发机制。
1.2 实验环境搭建
- 软件环境：安装并配置一款网络仿真平台。建议使用GNS3进行高级实验，或使用Packet Tracer进行入门学习。
- 拓扑设计：构建一个包含至少两台交换机和三台主机的简单星型拓扑。
- 基础配置：为交换机设置主机名、管理IP地址，并确保设备间链路物理连通。
1.3 实验步骤与记录
- 步骤一：启动设备，观察端口状态。
- 步骤二：通过命令行界面查看初始MAC地址表。
- 步骤三：在主机间执行Ping测试，动态观察MAC地址表的更新过程。
- 技术要点：理解交换机基于源地址学习、基于目的地址转发的核心原则。
第二章：虚拟局域网（VLAN）配置与管理
2.1 实验目标
- 理解VLAN在逻辑上隔离广播域、增强网络安全性与管理灵活性的原理。
- 掌握在单台及跨交换机上配置基于端口的VLAN。
- 掌握VLAN间通信的配置方法（通过三层交换机或路由器）。
2.2 实验拓扑与任务
- 拓扑扩展：在第一章拓扑基础上，增加一台交换机，形成两台交换机互联，下挂多个主机的结构。
- 核心任务：
- 任务A：在单台交换机上创建VLAN 10和VLAN 20，并将端口划分到不同VLAN。验证同一VLAN内可通信，不同VLAN间不可通信。
- 任务B：配置交换机间的Trunk链路（使用IEEE 802.1Q协议），实现跨交换机的同一VLAN通信。
- 任务C：配置三层交换机的SVI（交换机虚拟接口）或使用单臂路由，实现VLAN 10与VLAN 20之间的互访。
2.3 故障排查与开发思维
- 引入常见配置错误（如Native VLAN不匹配、Trunk模式错误），引导学生使用
show vlan、show interfaces trunk等命令进行诊断。 - 开发视角：讨论软件定义网络（SDN）中VLAN的集中式、动态化管理趋势，启发对传统CLI配置与自动化脚本/API编程差异的思考。
第三章：生成树协议（STP）与链路聚合
3.1 实验目标
- 理解STP/RSTP消除二层环路、提供冗余备份的原理。
- 掌握STP根桥、根端口、指定端口的选举过程观察与干预方法。
- 掌握以太网链路聚合（EtherChannel）的配置，实现带宽提升与链路冗余。
3.2 实验设计
- 构建环路拓扑：设计一个包含环形连接的交换机网络（如三台交换机三角形连接）。
- STP实验：
- 观察默认STP状态，识别阻塞端口。
- 手动配置优先级，指定根桥和备份根桥。
- 模拟链路故障，观察端口状态转换和收敛过程。
- 链路聚合实验：在两台交换机间配置基于LACP的EtherChannel，验证负载均衡与故障切换。
3.3 性能分析与技术开发延伸
- 使用Wireshark抓包分析STP BPDU报文结构。
- 讨论STP收敛速度的局限性，引入RSTP和MSTP的改进思想。
- 开发实践提示：探索使用Python脚本（结合Netmiko或NAPALM库）批量配置交换机的STP参数，体验网络自动化运维的初级应用。
第四章：综合设计与创新实验
4.1 实验目标
- 综合运用VLAN、Trunk、STP、链路聚合等技术，设计并实现一个中小型企业园区网络模型。
- 培养网络规划、配置实施、故障排查与文档编写的全流程能力。
- 激发对新兴交换技术（如VXLAN、SDN）的探索兴趣。
4.2 项目式实验任务
设计一个包含以下要求的网络：
- 核心层：两台三层交换机做冗余与负载分担。
- 接入层：多台二层交换机连接用户，划分办公（VLAN 101-110）、访客（VLAN 666）、服务器（VLAN 50）等多个网段。
- 关键特性：全网无环路、关键链路聚合、VLAN间路由可控、管理安全。
4.3 实验报告与开发展望
- 要求提交详细的实验拓扑图、配置脚本、测试结果和问题分析。
- 技术开发前瞻：简要介绍VXLAN如何解决大二层网络扩展问题，以及SDN控制器如何通过OpenFlow等协议对交换机流表进行编程控制。建议学有余力者尝试在Mininet环境中进行简单的SDN交换实验。
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本指导书通过由浅入深、从原理到实践的实验安排，力求构建扎实的交换技术基础。计算机网络技术开发不仅在于配置设备，更在于理解协议本质、设计健壮架构并运用自动化工具提升效率。希望学习者能通过本系列实验，迈出成为合格网络开发与运维工程师的坚实一步。技术日新月异，保持好奇心与动手精神，方能持续精进。
