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14 KiB
Typst
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14 KiB
Typst
#import "labtemplate.typ": *
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#show: nudtlabpaper.with(title: "DHCP与DNS配置",
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author: "程景愉",
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id: "202302723005",
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training_type: "无军籍",
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grade: "2023",
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major: "网络工程",
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department: "计算机学院",
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advisor: "张军",
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jobtitle: "工程师",
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lab: "306-707",
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date: "2025.09.28",
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header_str: "《网络工程》实验报告",
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)
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#set page(header: [
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#set par(spacing: 6pt)
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#align(center)[#text(size: 11pt)[《网络工程》实验报告]]
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#v(-0.3em)
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#line(length: 100%, stroke: (thickness: 1pt))
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],)
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#it.body
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]
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#outline(title: "目录",depth: 3, indent: 1em)
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#pagebreak()
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#outline(
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title: [图目录],
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target: figure.where(kind: image),
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)
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#v(0.50em)
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#set text(font: hei)
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#counter(heading).display()
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// #h(0.5em)
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#it.body
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]
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#set enum(indent: 0.5em,body-indent: 0.5em,)
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#pagebreak()
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= 实验目的
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#para[
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本实验旨在配置DHCP服务器，以确保客户端能够自动获取合法的IP地址、网关和DNS服务器信息，避免受到非法DHCP服务器的干扰。同时，通过配置DNS服务器，实现IP地址与主机名称的有效映射，从而提升网络管理的便捷性和安全性。
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= 实验原理
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== DHCP
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#para[
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DHCP，即动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），是一种网络管理协议，它允许主机从DHCP服务器动态获取IP地址，实现“即插即用”的网络连接方式。这一特性使得网络管理更加便捷，用户无需手动配置IP地址，即可快速接入网络，享受无缝的网络体验。
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=== DHCP工作原理
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#para[
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假定DHCP 客户端进程监听的是 68 端口号，DHCP 服务端进程监听的是 67 端口号，主机通过下面介绍的4个步骤来获取到IP。
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#figure(image("DHCP.jpg",format:"png",width: 44%),caption:"DHCP工作原理")
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+ *DHCP发现：*
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客户端首先发起 DHCP 发现报文（DHCP DISCOVER） 的 IP 数据报，由于客户端没有 IP 地址，也不知道 DHCP 服务器的地址，所以使用的是 UDP 广播通信，其使用的广播目的地址是 255.255.255.255（端口 67）并且使用 0.0.0.0（端口 68）作为源 IP 地址。DHCP 客户端将该 IP 数据报传递给链路层，链路层然后将帧广播到所有的网络中设备。
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+ *DHCP提供：*
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DHCP 服务器收到 DHCP 发现报文时，用 DHCP 提供报文（DHCP OFFER） 向客户端做出响应。该报文仍然使用 IP 广播地址 255.255.255.255，该报文信息携带服务器提供可租约的 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器以及 IP 地址租用期。
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+ *DHCP请求：*
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客户端收到一个或多个服务器的 DHCP 提供报文后，从中选择一个服务器，并向选中的服务器发送 DHCP 请求报文（DHCP REQUEST进行响应，回显配置的参数。
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+ *DHCP确认：*
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最后，服务端用 DHCP ACK 报文对 DHCP 请求报文进行响应，应答所要求的参数。一旦客户端收到 DHCP ACK 后，交互便完成了，并且客户端能够在租用期内使用 DHCP 服务器分配的 IP 地址。
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=== DHCP续约
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#para[
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在租用期内，客户端可以选择续约，即向 DHCP 服务器发送 DHCP REQUEST 报文，以延长租用期：
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- 服务器如果同意继续租用，则用 DHCP ACK 报文进行应答，客户端就会延长租期。
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- 服务器如果不同意继续租用，则用 DHCP NACK 报文，客户端就要停止使用租约的 IP 地址。
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=== DHCP中继代理
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#para[
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DHCP 交互中，全程都是使用 UDP 广播通信。如果 DHCP 服务器和客户端不在同一个局域网内，加之路由器不会转发广播包，那么每个网络都需要配置一个 DHCP 服务器。为了解决这一问题，引入了 DHCP 中继代理。有了 DHCP 中继代理以后，对不同网段的 IP 地址分配也可以由一个 DHCP 服务器统一进行管理。如@dhcp_relay 所示：
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#figure(image("DHCP_relay.png",format:"png",width: 52%),caption:"DHCP中继代理工作原理")<dhcp_relay>
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- DHCP 客户端会向 DHCP 中继代理发送 DHCP 请求包，而 DHCP 中继代理在收到这个广播包以后，再以单播的形式发给 DHCP 服务器。
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- 服务器端收到该包以后再向 DHCP 中继代理返回应答，并由 DHCP 中继代理将此包广播给 DHCP 客户端。
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因此，DHCP 服务器即使不在同一个链路上也可以实现统一分配和管理 IP 地址。
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== DNS
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#para[
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DNS，即域名系统（Domain Name System），是互联网中的一种命名系统，用于将域名与IP地址相互映射。在互联网中，每个主机都有一个唯一的IP地址，但是IP地址不便于人们记忆，因此需要一个更易记的域名来代替。DNS系统通过将域名映射到IP地址，实现了域名与IP地址之间的转换，使得用户可以通过域名访问互联网上的各种服务。
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]
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=== 域名的层级关系
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#para[
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在DNS系统中，域名采用句点（.）进行分隔，例如www.server.com，句点用于标识不同层级之间的界限。域名的层级结构从右至左依次递增，右侧的层级高于左侧。这种命名方式源于域名的发明者为外国人，其思维方式与中国人有所不同。在描述地理位置时，外国人习惯从小范围到大范围依次描述（如XX街道 XX区 XX市 XX省），而中国人则倾向于从大范围到小范围（如XX省 XX市 XX区 XX街道）。
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在域名体系中，根域位于最顶层，其下为顶级域（如com），再往下为二级域（如server.com）。这种层级关系类似于树状结构，具体表现为：
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#figure(image("DNS_hierarchy.png",format:"png",width: 50%),caption:"域名的层级关系")<dns_hierarchy>
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- 根DNS服务器
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- 顶级域DNS服务器（如com）
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- 权威DNS服务器（如server.com）
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根域的DNS服务器信息被存储在互联网中的所有DNS服务器中。这一机制确保了任何DNS服务器都能够定位并访问根域DNS服务器。因此，客户端只需能够连接到任意一台DNS服务器，即可通过该服务器找到根域DNS服务器，并沿着层级结构逐步查询，最终定位到目标DNS服务器。
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=== 域名解析的工作流程
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#para[
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浏览器在进行域名解析时，首先会检查自身的缓存，若未找到对应的IP地址，则会查询操作系统的缓存。如果仍未找到，浏览器会进一步检查本机的hosts文件。若在这些地方均未找到目标域名的IP地址，浏览器将向本地DNS服务器发起查询请求。查询过程如下：
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#figure(image("DNS_resolution.png",format:"png",width: 100%),caption:"域名解析的工作流程")<dns_resolution>
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1. 客户端首先发送一个DNS请求，询问www.server.com的IP地址，并将请求发送至本地DNS服务器（即客户端TCP/IP设置中指定的DNS服务器地址）。本地DNS服务器接收到请求后，会先在其缓存中查找是否存在www.server.com的记录。若缓存中存在该记录，则直接返回对应的IP地址；若不存在，本地DNS服务器将向根域名服务器发起查询。
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2. 根域名服务器是DNS层次结构中的最高层级，虽然它不直接解析域名，但能够指示查询方向。根域名服务器接收到本地DNS的请求后，发现域名后缀为.com，因此回应：“www.server.com的域名由.com区域管理，你可以向.com顶级域名服务器查询。”随后，根域名服务器提供.com顶级域名服务器的地址。
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3. 本地DNS服务器根据根域名服务器提供的地址，向.com顶级域名服务器发起请求，询问www.server.com的IP地址。顶级域名服务器接收到请求后，回应：“www.server.com的域名由server.com区域的权威DNS服务器管理，你可以向该服务器查询。”同时，顶级域名服务器提供server.com权威DNS服务器的地址。
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4. 本地DNS服务器根据顶级域名服务器提供的地址，向server.com的权威DNS服务器发起请求，询问www.server.com的IP地址。权威DNS服务器是域名解析结果的最终来源，负责管理该域名的解析。权威DNS服务器查询后，将对应的IP地址（如X.X.X.X）返回给本地DNS服务器。
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5. 最后，本地DNS服务器将查询到的IP地址返回给客户端，客户端据此与目标服务器建立连接。
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整个DNS域名解析过程类似于日常生活中向他人问路的过程，通过层层指引最终找到目标地址。
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= 实验环境
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== 实验背景
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#para[
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网工系的学生正在学习DHCP与DNS技术，需要通过实验验证DHCP服务器的配置和工作原理，以及DNS服务器的配置和域名解析过程。为此，需要搭建一个简单的网络拓扑，包括两台路由器和两台PC，通过配置DHCP服务器和DNS服务器，实现客户端自动获取IP地址和域名解析的功能。
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== 实验设备
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#para[
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#align(center)[#table(
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columns: (auto, auto,auto),
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rows:(1.5em,1.5em,2.8em),
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inset: 10pt,
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align: horizon+center,
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table.header(
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[*设备名称*], [*设备型号*], [*设备数量*]
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),
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"路由器", "华为AR6120-S", "2",
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"PC", "联想启天M410\nWindows 10", "2",
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)]
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]
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= 实验步骤及结果
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== 实验拓扑
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#para[
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按实验背景，绘制拓扑图如下：
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#figure(image("实验拓扑.png",format: "png",fit:"stretch",width: 44%),caption: "实验拓扑图")
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]
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== 按照拓扑图接线
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#para[
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按照拓扑图接线。
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#figure(image("机柜背面连线.jpg",format: "jpg",fit:"stretch",width: 40%),caption: "机柜接线图")
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== 配置基本网络
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=== 配置PC
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#para[
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配置PC1、PC2为“自动获得IP地址”、“自动获得DNS服务器地址”。
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=== 配置路由器IP地址
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#para[
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按照拓扑图配置路由器的IP地址。
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1. 配置AR2路由器：
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- 接口 `GE 0/0/0` 连接到 `AR3`，IP地址为 `192.168.60.2`。
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- 接口 `GE 0/0/1` 连接到 `PC3`，IP地址为 `192.168.30.2`。
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#figure(image("ar2ip.png",format: "png",fit:"stretch",width: 60%),caption: "配置AR2的IP地址")
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2. 配置AR3路由器：
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- 接口 `GE 0/0/0` 连接到 `AR2`，IP地址为 `192.168.30.2/24`。
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- 接口 `GE 0/0/1` 连接到 `PC1`，IP地址为 `192.168.3.1/24`。
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||
- 接口 `GE 0/0/2` 连接到 `PC2`，IP地址为 `192.168.2.1/24`。
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#figure(table(
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columns: (auto),
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rows:(auto,auto,auto),
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inset: 10pt,
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align: horizon+center,
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figure(image("ar3ip1.png",format: "png",fit:"stretch",width: 80%),),
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figure(image("ar3ip2.png",format: "png",fit:"stretch",width: 80%),),
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||
figure(image("ar3ip3.png",format: "png",fit:"stretch",width: 80%),),
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stroke: none,
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),caption: "配置AR3的IP地址",kind: image)
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]
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=== 配置RIP协议使互通
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#para[
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本次实验使用RIP协议，配置路由器使得各个网络互通：
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#figure(image("ar2rip.png",format: "png",fit:"stretch",width: 40%),caption: "在AR2上配置RIP协议")
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#figure(image("ar3rip.png",format: "png",fit:"stretch",width: 40%),caption: "在AR3上配置RIP协议")
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]
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== 配置DHCP服务器
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#para[
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配置AR2为DHCP服务器。首先使能DHCP服务并创建地址池：
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#figure(image("ar2enable.png",format: "png",fit:"stretch",width: 55%),caption: "使能DHCP服务并创建地址池")
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然后配置DHCP服务器的参数：网关、DNS服务器等。
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#figure(image("ar2dhcpcfg.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "配置DHCP服务器的参数")
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给第二个网段创建地址池，并配置参数：
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#figure(image("ar2dhcpcfg2.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "配置另一个网段的参数")
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]
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== 配置DHCP中继
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#para[
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配置AR3为DHCP中继代理，将DHCP请求转发到DHCP服务器。为此，进入两个与PC相连的接口，配置中继模式和DHCP服务器地址：
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#figure(image("ar3relay.png",format: "png",fit:"stretch",width: 53%),caption: "配置DHCP中继代理")
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#figure(image("ar3relay2.png",format: "png",fit:"stretch",width: 53%),caption: "在另一个接口配置DHCP中继代理")
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]
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== 验证DHCP服务器配置
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#para[
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在PC1、PC2上查看IP地址、网关、DNS服务器等信息，验证DHCP服务器配置是否生效。
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#figure(image("2ip.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "PC1的IP地址信息")<pc1ip>
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#figure(image("3ip.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "PC2的IP地址信息")<pc2ip>
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#figure(image("2dns.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "PC1的DNS服务器地址")
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其中，PC1的两张截图中先后IP地址不一致，这是因为后来为验证DNS服务器是否分配，补做了实验。图中显示，PC1、PC2分别获取到了合法的IP地址、网关和DNS服务器地址。
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#pagebreak()
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在AR2上查看DHCP地址分配情况：
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#figure(image("disp2.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "查看DHCP地址分配情况（3.0网段）")
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图中显示的已分配的IP地址`192.168.3.190`即是@pc1ip 中显示的PC1被分配到的IP地址。
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#pagebreak()
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另一个网段的也是如此：
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#figure(image("disp1.png",format: "png",fit:"stretch",width: 70%),caption: "查看DHCP地址分配情况（2.0网段）")
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图中显示的已分配的IP地址`192.168.2.124`即是@pc2ip 中显示的PC2被分配到的IP地址。
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以上结果表明，DHCP服务器配置成功，PC1、PC2能够自动获取合法的IP地址、网关和DNS服务器地址。
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#pagebreak()
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= 实验总结
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#para[
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本次实验通过配置DHCP服务器和DNS服务器，实现了客户端自动获取IP地址和域名解析的功能。在实验过程中，我们了解了DHCP和DNS的工作原理，掌握了DHCP服务器和DNS服务器的配置方法，提升了网络管理的便捷性和安全性。
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#pagebreak()
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#show heading: it => box(width: 100%)[
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#v(0.50em)
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#set text(font: hei)
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// #counter(heading).display()
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// #h(0.5em)
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#it.body
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]
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#bibliography("ref.yml",full: true,title: "参考文献",style:"gb-7714-2015-numeric") |