МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра вычислительной техники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Сети ЭВМ»

Тема: маршрутизация между локальными виртуальными сетями

		Руденский И.М.
		Четвертак А.Р.
		Кирейкова С.А.
Студенты гр. 3316		Котов Н.А.
Преподаватель		Цыганюк Н.А.

Санкт-Петербург

2026

Цель работы

Целью работы является изучение принципов маршрутизации между виртуальными локальными сетями, формирование практических навыков работы с программным продуктом Cisco Packet Tracer путем проектирования локальных сетей с использованием коммутатора третьего уровня и маршрутизатора.

Основные теоретические положения

Виртуальная локальная сеть (VLAN) представляет собой группу устройств, объединённых логически, а не физически, что позволяет изолировать трафик и уменьшить количество широковещательных рассылок. Устройства внутри одной VLAN общаются на втором уровне модели OSI (L2), но для обмена данными между разными VLAN необходимо вмешательство третьего уровня (L3), поскольку каждая VLAN является отдельным широковещательным доменом. В работе рассматривается два основных способа организации такой маршрутизации: с использованием маршрутизатора (Cisco 1941) и с использованием коммутатора третьего уровня.

Первый способ, который был применён на маршрутизаторе Cisco 1941, называется «Router-on-a-stick» (маршрутизатор на палочке). В этом случае к маршрутизатору подключается только один физический интерфейс, который разбивается на несколько логических подынтерфейсов (sub-interfaces). Каждый подынтерфейс привязывается к определённому номеру VLAN с помощью протокола инкапсуляции 802.1Q и получает свой IP-адрес. Этот IP-адрес выступает в роли шлюза по умолчанию для устройств из соответствующей VLAN. Коммутатор второго уровня, к которому подключены конечные устройства, настраивается таким образом, что порт, соединённый с маршрутизатором, работает в режиме транка (trunk), то есть пропускает тегированные кадры нескольких VLAN. Когда компьютер из VLAN 10 отправляет пакет компьютеру из VLAN 20, кадр сначала поступает на коммутатор L2, затем по транку на маршрутизатор, который снимает тег VLAN, принимает решение о маршрутизации на основе IP-адреса и отправляет кадр обратно на коммутатор уже с тегом VLAN 20.

Второй способ реализован на коммутаторе третьего уровня (L3). В отличие от маршрутизатора 1941, такой коммутатор сам способен выполнять маршрутизацию между VLAN на аппаратном уровне, что значительно быстрее. Для этого на коммутаторе создаются виртуальные интерфейсы SVI (Switch Virtual Interface). Команда создания интерфейса Vlan10 и назначения ему IP-адреса делает этот интерфейс шлюзом для всех устройств VLAN 10. Аналогично создаётся интерфейс Vlan20 для второй сети. Для активации функции маршрутизации на коммутаторе необходимо включить глобальную команду ip routing. При такой схеме трафик между VLAN 10 и VLAN 20 маршрутизируется внутри самого коммутатора L3, не загружая внешний маршрутизатор, который в данном сценарии может использоваться только для выхода во внешние сети (например, в интернет). Таким образом, в работе маршрутизатор 1941 и коммутатор L3 работают совместно: коммутатор третьего уровня обеспечивает быструю внутреннюю маршрутизацию между виртуальными сетями, а маршрутизатор 1941 отвечает за связь с другими сегментами сети или глобальными сетями WAN. Обязательным условием для всех рассмотренных схем является корректная настройка транковых портов (стандарт 802.1Q) и назначение правильных шлюзов по умолчанию для конечных хостов.

Экспериментальные результаты

1. В результате выполнения работы были получены сети на рис. 1-3.

Рисунок 1 - Первая сеть

Рисунок 2 - вторая сеть

Рисунок 3 - третья сеть

Обработка результатов эксперимента

1. На компьютерах в первой сети были заданы ip адреса, адрес шлюза и маска подсети. На рис. 4-5 показана настройка vlan на коммутаторе третьего уровня.

Рисунок 4

Рисунок 5

2. С компьютера с ip адресом 16.16.16.5 была выполнена команда ping до компьютера в vlan 16, и до компьютера в vlan 17. Обе команды отработали успешно (рис. 6).

Рисунок 6

3. Была проведена симуляция отправки пакета между ПК в разных подсетях, это показано на рис. 7. Пакет идёт от ПК на switch, далее со switch-а на целевой ПК, и далее в обратном направлении таким же образом (рис. 7).

Рисунок 7

4. Далее была проведена работа над второй сетью (рис. 2). Были настроены подсети на обоих коммутаторах второго уровня, были заданы ip-адреса, маска и шлюз для каждого ПК в соответствии с заданием. Кроме того, были настроены trunk порты. Это показано на рис. 8-9.

Рисунок 8

Рисунок 9

5. На рис. 10-12 показана настройка маршрутизации на коммутаторе третьего уровня, было создано две подсети, им заданы ip адреса, настроены trunk порты.

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

6. Была выполнена команда ping до компьютера, находящегося в одной подсети с отправителем, а также была выполнена команда ping до коммутатора третьего уровня (рис. 13).

Рисунок 13

7. В режиме симуляции был отправлен пакет между ПК, находящимися в разных подсетях. Пакет идёт на свич второго уровня, далее на свич третьего уровня, далее снова на свич второго уровня, далее на целевой ПК (рис. 14).

Рисунок 14

8. Далее была проведена работа над сетью 3 (рис. 3). Была проведена настройка маршрутизатора. На нём был поднят нужный интерфейс, созданы саб-интерфейсы с нужными номерами vlan (рис. 15-16).

Рисунок 15

Рисунок 16

9. Были отправлен пакеты между ПК в одной подсети (рис. 17).

Рисунок 17

10. В режиме симуляции были отправлены пакеты между ПК, находящимися в разных подсетях. Пакет сначала доходит до маршрутизатора, далее спускается вниз к целевому ПК, далее идёт в обратном направлении аналогично.

Рисунок 18

Вывод

В ходе выполнения работы была достигнута поставленная цель: изучены принципы маршрутизации между виртуальными локальными сетями (VLAN) и сформированы практические навыки работы с программой Cisco Packet Tracer. В процессе проектирования были реализованы три различные схемы организации сети, каждая из которых продемонстрировала определённый способ межсетевого взаимодействия. В первой схеме, где использовался только коммутатор третьего уровня и подключённые к нему компьютеры, было установлено, что такой коммутатор самостоятельно выполняет маршрутизацию между VLAN через виртуальные интерфейсы SVI, выступая в роли шлюза по умолчанию для всех подключённых устройств. Во второй схеме, включавшей коммутаторы второго и третьего уровня, было показано, что коммутатор L2 служит для изоляции трафика и создания VLAN на уровне доступа, а коммутатор L3 принимает на себя все функции маршрутизации, обрабатывая тегированные кадры, поступающие по транковому соединению. Третья схема с использованием маршрутизатора Cisco 1941 и коммутатора второго уровня продемонстрировала классический подход «Router-on-a-stick», при котором маршрутизатор через подынтерфейсы и протокол 802.1Q обеспечивает связность между VLAN. Таким образом, в работе было экспериментально подтверждено, что маршрутизация между VLAN может быть реализована разными способами, выбор которых зависит от доступного оборудования: коммутатор третьего уровня даёт более высокую производительность за счёт аппаратной маршрутизации, тогда как связка маршрутизатора и коммутатора L2 является более гибким и бюджетным решением. Практическая работа в Cisco Packet Tracer позволила закрепить навыки настройки транков, виртуальных интерфейсов и маршрутизации, необходимые для администрирования корпоративных сетей.