1、word計算機科學與技術學院 計算機網絡實驗 實驗報告實驗工程 集線器與交換機的比照實驗 實驗日期 2016/4/22 一 實驗目的1.1了解集線器和交換機的如何轉發數據。1.2理解沖突域和播送域的概念。1.3比照單播以太網幀和播送以太網幀的目標MAC地址。二 實驗原理2.1沖突域與播送域沖突域：在該域內某一時刻只能有一個站點發送數據，如果兩個站點同時發送數據會引起沖突，那么這兩個站點處于同一個沖突域內。播送域：在以太網中，能夠接收到任意站點發送的播送幀的所有站點的集合稱為一個播送域。2.2集線器和交換機 集線器和交換機都是為了擴大以太網覆蓋范圍而使用的連接設備，但二者的工作原理存在很大差異。

2、集線器工作在OSI體系結構的物理層。集線器的主要功能是對接收到的信號進行放大、轉發，從而擴展以太網的覆蓋范圍。由于物理層傳輸的信號是無結構的，因此集線器無法識別接收方，只能將從一個端口接收到信號放大后復制到所有其他端口，即向與該集線器連接的所有站點轉發。交換機工作在OSI參考模型的第二層數據鏈路層。交換機使用以太網幀中的MAC地址進行數據幀轉發，從而有效地過濾數據幀。交換機可以在多個端口對之間同時建立多條并發連接，使得與不同端口連接站點同時發送數據時，各連接線路彼此互不影響。三 實驗要求3.1拓撲圖該實驗用到4個拓撲圖。其中拓撲圖1和拓撲圖2是以集線器為中心的共享式以太網；拓撲圖3和拓撲圖4是

3、以交換機為中心的交換式以太網。其中拓撲圖1和拓撲圖2主要用于觀察集線器的運行及理解沖突域的概念；拓撲圖3和拓撲圖4主要用于觀察交換機的運行及理解交換機隔離沖突域但不隔離播送域的特性。在對應的實驗步驟中，我們需要將拓撲圖1和拓撲圖2使用交叉雙絞線連接起來，將拓撲圖3和拓撲圖4使用交叉雙絞線連接起來，從而觀察使用集線器和交換機進行以太網擴展時對沖突域和播送域的影響，從而理解兩類設備在擴展以太網時的作用和局限性。3.2 IP地址配置PCIP地址子網掩碼PC0PC1PC2PC3PC4192.168.1.555.0PC5192.168.1.6PC6192.168.1.1PC7192.168.1.2PC8

4、192.168.1.3PC9PC10192.168.1.5PC11192.168.1.6四 實驗步驟、結果程序+注釋+截圖及分析4.1觀察集線器和交換機的運行準備工作翻開軟件，添加設備進行連接，按照實驗要求配置PC的IP地址。假設此時交換機端口指示燈呈橙色，那么單擊主窗口右下角Realtime實時 Simulation模擬模式切換按鈕數次，直至交換機指示燈呈綠色。此步驟可加速完成交換機的初始化。觀察集線器對單播包的處理進入Simulation模擬模式。設置Event List Filters事件列表過濾器只顯示ICMP事件。單擊Add Simple PDU(添加簡單PDU)按鈕，在拓撲圖中添加

5、PC0向PC2發送的數據包。單擊Auto Capture/Play(自動捕獲/執行)按鈕，捕獲數據包。現象：PC0發送單播包到集線器1，通過集線器發給PC1、PC2、PC3，但只有PC2成功接收，PC2通過集線器發單播包PC0、PC1、PC3，只有PC0接收。觀察交換機對單播包的處理進入Simulation模擬模式。設置Event List Filters事件列表過濾器只顯示ICMP事件。單擊Add Simple PDU(添加簡單PDU)按鈕，在拓撲圖中添加PC6向PC8發送的數據包。單擊Auto Capture/Play(自動捕獲/執行)按鈕，捕獲數據包。現象：PC6發送單播包到交換機1，交

6、換機將其發送給PC8，PC8接收單播包，然后PC8經交換機單播包返回PC6，結束執行。經過步驟3,4現象的比照，得出集線器工作在物理層，接收到單播包時向所有端口轉發；交換機工作在數據鏈路層，依據目標MAC地址轉發數據幀，所以接收到單播包時僅向目標節點所連接的端口轉發數據幀。觀察集線器對播送包的處理單擊窗口下方Delete按鈕，刪除任務一產生的場景。單擊Add Complex PDU添加復雜PDU按鈕，單擊PC0，在彈出的對話框中設置參數：如下列圖。然后單擊該對話框下方的Create PDU按鈕，創立數據包。單擊捕獲/執行按鈕，數據包到達集線器，再次單擊捕獲/執行，集線器向與源站點PC0在同一播

7、送域的所有站點轉發數據包。現象：PC0經集線器發送播送包到PC1、PC2、PC3，多站點同時發送數據會發生沖突，通信失敗。觀察交換機對播送包的處理單擊窗口下方Delete按鈕，刪除場景。如上一步驟的方法，在PC6上添加一個復雜的PDU，參數設置與之前相同。單擊Capture/Forward按鈕，數據包到達交換機，再次點擊，交換機向與源站點PC6在同一播送域的所有站點轉發數據包。現象：PC6發送播送包給交換機，交換機接受然后轉發給PC9、PC7、PC8；它們同時發送給交換機，交換機將其發送給PC6，通信成功完成。4.2分別觀察以集線器和以交換機為中心的以太網中，多個站點同時發送數據情況。觀察以集

8、線器為中心的以太網中多個站點同時發送數據的情況單擊窗口下方Delete按鈕，刪除場景。添加簡單PDU，PC0向PC2發送的數據包；PC1向PC3發送數據包。單擊 Auto Capture/Play，觀察數據包各個節點的情況、集線器及主機對數據包的處理。現象：數據包到達集線器發生數據沖突，集線器發送數據包到各個主機，發生數據沖突，PC2丟棄數據包。觀察以交換機為中心的以太網中多個站點同時發送數據的情況單擊窗口下方Delete按鈕，刪除場景。添加簡單PDU，PC6向PC8發送的數據包；PC7向PC9發送數據包。單擊 Auto Capture/Play，觀察數據包各個節點的情況、交換機及主機對數據包

9、的處理。現象: PC6, PC7向交換機發送數據包，交換機將數據發給PC6、PC7、PC8、PC9，PC6發送的PC8接收，其他PC丟棄；PC7發送的PC9接收，其他PC丟棄；之后返回數據包，PC6、PC7通信成功。4.3觀察集線器和交換機在擴展以太網覆蓋范圍同時，對沖突域和播送域范圍影響觀察集線器擴展以太網時對沖突域范圍的影響擴展集線器，用交叉線連接拓撲圖1、2中的兩臺集線器，添加簡單PDU，PC0向PC2發送數據包，PC4向PC5發送數據包。單擊Capture/Forward，直至此次通信結束。現象：在這一過程中，由于延遲的存在，在PC4發送的數據到達集線器1沖突之前，PC0發送的數據包已

10、經到達PC2，而在PC2發送應答包時，與到達集線器1的數據沖突。間隔一定時間后，PC2重新發送數據包，最終數據到達PC0。PC4與PC5的情況類似。觀察集線器擴展以太網時對播送域范圍的影響 刪除之前場景，使PC0向其所在播送域內所有節點發送播送包，依次點擊Capture/Forward，觀察播送包的發送范圍。 現象：PC0發送播送包到達集線器1 ，集線器1將其發送給PC1、 PC2、 PC3、集線器2；PC2應答包在集線器1發生沖突，此時集線器2發送數據到PC4、PC5；之后發送的應答包發送沖突；PC4丟棄數據包，PC1、PC3丟棄數據包，PC5丟棄數據包，通信結束。由以上兩個實驗得出，集線器

11、在擴大以太網規模的同時，也擴大了沖突域。當網絡規模擴大，站點數量增加時，網絡中發生沖突的可能性也將增加，這將導致網絡性能下降。觀察交換機擴展以太網時對沖突域及播送域的影響 依照前邊的實驗交換機擴展以太網，添加一個簡單PDU，PC6發送數據包到PC8，PC10發送數據包到PC11。現象：PC6，PC10分別發送數據包到交換機1、2，再經其發送給PC8、PC11，PC8、PC11發送應答包，PC6、PC10成功接收，通信結束。刪除之前場景，使PC0向其所在播送域內所有節點發送播送包，依次點擊Capture/Forward，觀察播送包的發送范圍。現象：PC6發送數據包到交換機，再經其發送給PC7、P

12、C8、PC9、交換機2；交換機2發送給PC10、PC11；PC發送應答包，PC6通信成功。由此上實驗得知，雖然使用交換機解決了沖突域的問題，但是交換機并不隔離播送域，使用交換機擴大網絡規模的同時也擴大了播送域。這將使以太網中播送包的數量增加，當播送包的數據量到達一定數量時，網絡性能下降。實驗工程 交換機工作原理 一 實驗目的1.1理解交換機通過逆向自學習算法建立地址轉發表的過程1.2理解交換機轉發數據幀的規那么1.3理解交換機的工作原理二 實驗原理2.1逆向自學習算法建立地址轉發表逆向自學習算法的根本思想是：如果交換機通過端口N接收站點A發送的數據幀，那么相反地，交換機也可以通過端口N把數據幀

13、傳送給站點A。因此交換機建立轉發表的過程是根據其接收到的數據幀中的源MAC地址與接口端口之間的映射關系建立起來的。當交換機接收到某站點發送的數據幀時，就會將其源MAC地址與該幀進入交換機的端口寫入轉發表。2.2交換機轉發數據幀的規那么 假設轉發表中無目標MAC地址對應的表項，那么交換機采用洪泛轉發，即向所有其他端口轉發該數據幀； 假設轉發表中有目標MAC地址對應的表項，那么該表項中記錄的轉發端口與該數據幀進入交換機的端口相同，那么丟棄該數據幀；假設轉發表中有目標MAC地址對應的表項，那么該表項中記錄的轉發端口與該數據幀進入交換機的端口不同，那么向轉發端口傳送該數據幀。三 實驗要求3.1拓撲圖3

14、.2IP地址配置PCIP地址子網掩碼PC0PC1PC2四 實驗步驟、結果程序+注釋+截圖及分析4.1觀察單播以太網幀的封裝步驟一：準備工作翻開軟件，添加設備按照拓撲圖進行連接，按照實驗要求配置PC的IP地址。步驟二：刪除交換機MAC地址表刪除Switch0、 Switch1、Switch2的地址轉換表。4.2觀察交換機的工作原理4.2.1步驟一：查看并記錄PC0和PC2的Mac地址 鼠標左鍵單擊PC0PC1PC2，在彈出窗口中選擇Config選項卡，選擇FastEthernet0，查看并記錄MAC地址。PC0PC1PC24.2.2步驟二：添加PC0到PC2的數據包 添加簡單數據包，PC0到PC

15、2。4.2.3步驟三：分別查看三臺交換機在發送數據前的地址轉發表 選中拓撲工作區工作條上的Inspect工具，單擊Switch0，在彈出菜單中選擇MAC Table菜單項，彈出窗口中顯示當前的地址轉發表。 由圖可知，記錄源主機PC0和目標主機PC2的MAC地址不存在于三個交換機中。4.2.4步驟四：查看Switch0的學習和轉發過程單擊Capture/Forward一次,在Switch0的圖標上出現信封圖標后，查看Switch0的地址轉換表，與步驟三的結果進行比照，得出地址轉換表增加了一條：00E0.F966.5625 F0/1。單擊Capture/Forward一次，Switch0轉發數據包給Switch1，向除接收端口之外的所有其他端口轉發，即洪泛轉發。4.2.5步驟五：觀察Switch1和Switch2的學習和轉發過程按照步驟四觀察Switch1和Switch2在接收到數據包前和接收到數據包后地址轉發表的變換情況，以及觀察其對觀察其對數據包的處理方式。由上可知，Switch1，Switch2地址轉發表都添加了項，向除接收端口之外的所有其他端口轉發