集線器與交換機的對比試驗講解

1、計算機科學與技術學院計算機網絡實驗實驗報告實驗項目集線器與交換機的對比實驗 實驗日期2016/4/22一實驗目的了解集線器和交換機的如何轉發(fā)數據。理解沖突域和廣播域的概念。對比單播以太網幀和廣播以太網幀的目標MAC地址。二實驗原理沖突域與廣播域沖突域：在該域內某一時刻只能有一個站點發(fā)送數據，如果兩個站點同時發(fā)送數據會引起 沖突，則這兩個站點處于同一個沖突域內。廣播域：在以太網中，能夠接收到任意站點發(fā)送的廣播幀的所有站點的集合稱為一個廣播 域。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。集線器工作在OSI體系結構的物理層。集線器的主要功能

2、是對接收到的信號進行放大、轉 發(fā)，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(fā)。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(fā)，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(fā)連接， 使得與不同端口連接站點同時發(fā)送數據時，各連接線路彼此互不影響。三實驗要求拓撲圖該實驗用到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是以交換機為中心的交換式以太網。其中拓撲圖1和拓撲圖

3、2主要用于觀察共 8 頁第 1 頁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廣播域的特性。 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廣播域的影響，從而理解兩類設備在擴展以太網時 的作用和局限性。奧注器2Ag b拓撲圖2PC 10PC11拓撲里4PC4PC5IP地址配置PCIP地址子網掩碼PC0192.168.1.1255.255.255.0PC1192.168.1.2255.255.255.0PC

4、2192.168.1.3255.255.255.0PC3192.168.1.4255.255.255.0共 8 頁第 2頁PC4192.168.1.5255.255.255.0PC5192.168.1.6255.255.255.0PC6192.168.1.1255.255.255.0PC7192.168.1.2255.255.255.0PC8192.168.1.3255.255.255.0PC9192.168.1.4255.255.255.0PC10192.168.1.5255.255.255.0PC11192.168.1.6255.255.255.0四 實驗步驟、結果（程序+注釋+截圖）及分

5、析觀察集線器和交換機的運行準備工作打開軟件，添加設備進行連接，按照實驗要求配置PC的IP地址若此時交換機端口指示燈呈橙色， 則單擊主窗口右下角 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事件共 8 頁第 3頁單擊Add Simple PDU（添加簡單PDU）按鈕，在拓撲圖中添加 PC0向PC2發(fā)送的數據包。單擊Auto Capture/Play（自動捕獲/執(zhí)行）按鈕，捕獲

6、數據包。復式奏1ViSh Time(sec) Last Device At Device Type In*0.002HubOPC2ICMP0.002HubOPCIICMP0.002HubOPCSICMP0.003PC2HubOICMP0.004HubOPCOICMP-0.004HubOPCIICMP二0.004HubOPC3ICMP ur _.Event List現象：PC0發(fā)送單播包到集線器1,通過集線器發(fā)給PC1、PC2、PC3,但只有PC2成功接收，PC2通過集線器發(fā)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Ev

7、ent 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(fā)送的數據包。單擊 Auto Capture/Play（自動捕獲/執(zhí)行）按鈕，捕獲數據包。Event ListVis.Time(sec)Last Device At DeviceType Info0,000一PC6tCMP0,001PC6 wit chOCMP0.002SwitchOPCSICMP 0.003PC8SwitchOICMP e 0.004Switch 0PC6ICMP 現象：PC6發(fā)送單播包到交換機1,交換機將其發(fā)送給 PC

8、8, PC8接收單播包，然后PC8 經交換機單播包返回PC6,結束執(zhí)行。經過步驟3,4現象的對比，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(fā)； 交 換機工作在數據鏈路層，依據目標MAC地址轉發(fā)數據幀，所以接收到單播包時僅向目標節(jié)點所 連接的端口轉發(fā)數據幀。觀察集線器對廣播包的處理單擊窗口下方Delete按鈕，刪除任務一產生的場景共 8 頁第 4頁單擊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:（如下圖）。然后單擊該對話框下方的 Create PDU按鈕，創(chuàng)建數據包Create Complex PDUSource SettingsSou

9、rce Device: PCOOutgoing Port:FastEthernetOPDU SettingsSelect Application:Destination IP Address:Source IP Address:TTL：TOS：Sequence NumberSize:Simulation Settingsu One Shot Time:Periodic int-3l:Auto Select PortPING255-255,255.255192,168.1,132010SecondsSecondsCreate PDU單擊（捕獲/執(zhí)行）按鈕，數據包到達集線器，再次單擊（捕獲 /執(zhí)行

10、），集線器向與源站點PC0在同一廣播域的所有站點轉發(fā)數據包頭線靠1共 8 頁第 5頁Vis.,1.0001.001 1.002，1.002 1-002PCOHubOHubOHubOPCDHubOPC2PCIPC3ICMPICMPICMPICMPICMPEvtnt ListTimeCsec) Last Device At Device Type Info現象：PC0經集線器發(fā)送廣播包到PC1、PC2、PC3,多站點同時發(fā)送數據會發(fā)生沖突，通 信失敗觀察交換機對廣播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Captu

11、re/Forward按鈕，數據包到達交換機，再次點擊，交換機向與源站點PC6在同一廣播域的所有站點轉發(fā)數據包。二HPC4PC7PC8Event ListVis.Time(sec)Last Device At DeviceType In.1.000PC6ICMP1.001PCSSwitchOICMP-1.002SwitchOPC7ICMP1.002Switch 0PC8ICMP1.002SwitchOpegICMP1.003PC8SwitchOICMP共 8 頁第 6頁1.005SwrtchOPC6ICMP1.006-PC7CMP1.007PC7SwrtchOICMP1.008SwrtchOPC

12、6ICMP1.008PC9ICMP1.009PC9SwrtchOICMP F 1.010Switch。PC6ICMPIll現象：PC6發(fā)送廣播包給交換機，交換機接受然后轉發(fā)給 PC9、PC7、PC8;它們同時發(fā)送 給交換機，交換機將其發(fā)送給 PC6,通信成功完成。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(fā)送數據情況。觀察以集線器為中心的以太網中多個站點同時發(fā)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(fā)送的數據包；PC1向 PC3發(fā)送數據包。單擊 Auto Capture/Play,觀察數據包各個節(jié)點的情況、集線器及主機對數據 包的處

13、理。花撲圖1復或奏1共 8 頁第 7頁至今匿1的撲司1Vi* Time(sec)Last DeviceAt DeviceTypeIn0.000-PC。CMP0.000PCICMP |0,001PCOHubOICMP 三0.002Hub。PCOICMP |0.002HubOPC2ICMP0.002HubOPCICMP0,002HubOPC?ICMPi 2.003-PCIICMP w-ITITEvent Li st現象：數據包到達集線器發(fā)生數據沖突，集線器發(fā)送數據包到各個主機，發(fā)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(fā)送數據的情況單擊窗口下方Delete按鈕，刪除場

14、景。添加簡單 PDU, PC6向PC8發(fā)送的數據包；PC7向PC9發(fā)送數據包。單擊 Auto Capture/Play,觀察數據包各個節(jié)點的情況、交換機及主機對數據包的處理空柒機1共 8 頁第 8頁交攔打1Evant List匚,Time(sec)Last DeviceAt DeviceType In*0.000-PCSICMP 0.000-PC7ICMP三0,001PC6SwrtchOCMP 0.001PC7SwrtchOCMP0.002MMSwitchOCMP0.002SwitchOPC7ICMP 0.002SwitchOPCSICMP 0,002SwitchOpegICMP 0,002S

15、witchOPC6ICMP0.002一SwitchOICMP10,003Switch。PCSICMP0.003Switch。PC9ICMP0.003PCSSwitchOICMP 0.004PC9SwitchOICMP0.004Switch。PC6ICMP i* 0,005SwitchOPC7ICMP1*in現象：PC6, PC7向交換機發(fā)送數據包，交換機將數據發(fā)給 PC6、PC7、PC8、PC9, PC6發(fā)送 的PC8接收，其他PC丟棄；PC7發(fā)送的PC9接收，其他PC丟棄；之后返回數據包，PC6、PC7 通信成功。觀察集線器和交換機在擴展以太網覆蓋范圍同時，對沖突域和廣播域范圍影響觀察集線器

16、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(fā)送數據包，PC4向PC5發(fā)送數據包。單擊 Capture/Forward,直至此次通信結束。共 8 頁第 9頁占Xon必必1 r Emht Li it 一Tine (icc)I La?t Depict I At Device I Typt I In_J:O.OD9 0 0100. 0100. 010. 011 D. OilD. 01-，0.014 0, 011界4 rco Hm Jhitl HubO 麗bO NuU) M3QPCD 陽川 NubO PC5 HubOPC2 PCI

17、 PC3ICHF ICNP ICNF ICSf imp ILfllF ICNP IdF 工加Pl*y Cntr0Ls片ack厘 ConEt-uit DalayC麗E證電dD. Dll eAut。C Alur* / JI ay匚呼l善自/審界廿wdEvent List Faittrs - Vislbit Events ICWPMETime: 0D:22:23u243 I Power Cycle Devices PLAf CONTROLS: Back Auto Capture / Play Capture / FdrwardlEvent ListBx釉函 JlL1/TK4Simulation共 8

18、 頁第 10 頁共 8 頁第 11 頁現象：在這一過程中，由于延遲的存在，在PC4發(fā)送的數據到達集線器1沖突之前，PC0發(fā)送的數據包已經到達 PC2,而在PC2發(fā)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(fā)送數據包，最終數據到達 PC0。PC4與PC5的情況類似。共 8 頁第 12 頁觀察集線器擴展以太網時對廣播域范圍的影響刪除之前場景，使PC0向其所在廣播域內所有節(jié)點發(fā)送廣播包，依次點擊Capture/Forward, 觀察廣播包的發(fā)送范圍。共 8 頁第 13 頁j niil.ati.a4i F 皿修L& KRoot用型h ClusterMove ObjectSet

19、Tiled BackgroundViewportLogicafly Cpntrols-Ivtftt LiilLis t Devic-J It Dtvice中 .1 00J 001 001.001.001.00LOO1.00233 344 44加 刖Hu K Hu Hu Hu Hu10 hL hl2 b 口ID 1口 ID的面FC4PCSH3FCOFC2PCIPC3DC rc IC IC IC IC DC IEF HF HF MF F FF p1T1 m4旭b 口帆匐ICHPj41Const imt D&lA.yCaEl 1.004 eTjrpc | 工nWH&E.At Sinul A.tiTi

20、me； 00:27:34.232Power Cyde Devnces PLAY CONTROLS; Back Auto Capture / Play Capfixire / ForwardEvent ListSimulation一一 1一一 J一；_一：_1 .一 1 一一“共 8 頁第 14 頁共 8 頁第 15 頁r 匚it宏/ FTraeftr C ： UrEVLpJ-ElrttpAS-3 菜鏤者與交攝機能對比實簽 pkfliX|File dit CptteHS Vle1 RmIe Extenaorf HeRSifiijI &tion Panel5t Tiled BackgroundVi

21、ewportp Evant Li.EtVue. 1 TiPic (sec) | Last SeviCe| Al Dtvict | Ijqj-e |In* 1i.OOSKnblPCSARPI.Q05Hqbl曲MWIQOeKnbOPCDQPE.ODBHnbaPC2JIRP1006HnbOPCIQP1.006HMPC3RF3.003PC4ICHP 3. QD4PELICWPf 3.004“FC3ICHPLJTUmt 梵2*ti “J P Cnit Itlty藝史*:# s Flay Conltr4lE| Ant Cptur / Plsy l Clura / Furrvd. 一Time: 00:27:

22、36,232 I Power Cvcle Devices PHY CONTROLS: Back Auto Capture / Play Capture / ForwardEvent ListSim Illa fi ISoliee | DestinabiDnPCO 255.255.255.共 8 頁第 16 頁現象：PC0發(fā)送廣播包到達集線器1 ,集線器1將其發(fā)送給PC1、PC2、PC3、集線器2; PC2應答包在集線器1發(fā)生沖突，此時集線器2發(fā)送數據到PC4、PC5;之后發(fā)送的應答包發(fā)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，集線器在

23、擴大以太網規(guī)模的同時，也擴大了沖突域。當網絡規(guī)模擴 大，站點數量增加時，網絡中發(fā)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廣播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(fā)送數據包到PC8, PC10發(fā)送數據包到PC11。交換機1克挾機NPC6PC7PC8PC9PC 10PC 11共 8 頁第 17 頁二衿1文唉相2PC6PC7PCSpegPC10PCMx選燈口交唉機2PCSPC7PCSpeg prmPCll現象：PC6, PC10分別發(fā)送數據包到交換機1、2,再經其發(fā)送給PC8、PC11, PC8、PC11共 8 頁第 18 頁發(fā)送

24、應答包，PC6、PC10成功接收，通信結束刪除之前場景，使PC0向其所在廣播域內所有節(jié)點發(fā)送廣播包，依次點擊Capture/Forward,觀察廣播包的發(fā)送范圍交接機1交掾機2PC&PC7PC8PC9pc 10PCil交挾機1交揆機2PC6PC7PCSPC9PC 10PC 11交接Ml交侯機2PC6PC yPCSpeg PCI。PC 11共 8 頁第 19 頁現象：PC6發(fā)送數據包到交換機，再經其發(fā)送給 PC7、PC8、PC9、交換機2;交換機2發(fā)送給PC10、PC11; PC發(fā)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廣播域，使 用交換機擴

25、大網絡規(guī)模的同時也擴大了廣播域。這將使以太網中廣播包的數量增加，當廣播包 的數據量達到一定數量時，網絡性能下降。實驗項目交換機工作原理一實驗目的理解交換機通過逆向自學習算法建立地址轉發(fā)表的過程理解交換機轉發(fā)數據幀的規(guī)則理解交換機的工作原理實驗原理逆向自學習算法建立地址轉發(fā)表共 8 頁第 20 頁逆向自學習算法的基本思想是：如果交換機通過端口N接收站點A發(fā)送的數據幀，那么相反地，交換機也可以通過端口 N把數據幀傳送給站點Ao因此交換機建立轉發(fā)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(fā)送的數據幀時，就會將其源 MAC地址與該幀進

26、入交換機的端口寫入轉發(fā)表。交換機轉發(fā)數據幀的規(guī)則若轉發(fā)表中無目標 MAC地址對應的表項，則交換機采用洪泛轉發(fā)，即向所有其他端口轉 發(fā)該數據幀；若轉發(fā)表中有目標MAC地址對應的表項，則該表項中記錄的轉發(fā)端口與該數據幀進入交換 機的端口相同，則丟棄該數據幀；若轉發(fā)表中有目標MAC地址對應的表項，則該表項中記錄的轉發(fā)端口與該數據幀進入交換 機的端口不同，則向轉發(fā)端口傳送該數據幀。三實驗要求3.1拓撲圖PCO3.2IP地址配置PCIP地址子網掩碼PC0192.168.1.1255.255.255.0PC1192.168.1.2255.255.255.0PC2192.168.1.3255.255.255

27、.0共 8 頁第 21 頁四 實驗步驟、結果（程序+注釋+截圖）及分析觀察單播以太網幀的封裝步驟一：準備工作打開軟件，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。tcLOPhysicalConfigCLIIOS Command Line InterfacePower supply part; number: 34-09ES-01Mctharkioarcl serial numberz FDC0S1004S2Power supply mmriml numhsrz DABO09127DMe

28、del cevi 3ion nUEiber: COHcttisrbaard revision number z AO Medel number: MS-C2950-S4 System serial number ； FHECOS1OZOWCCiacc Incernetwork Operating Syscem Sofcwace IOS enable Switcfifcle &r nic- addr63 s-tableCopyPaste共 8 頁第 22 頁觀察交換機的工作原理步驟一：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FastEthernetQ查看 并記錄MAC地址。共 8 頁第 23 頁PC000E0.F966.5625PC100D0.BA0E.6EC7PC200D0.BCE9.C0B8步驟二：添加PC0至UPC2的數據包添加簡單數據包，PC0到PC2。步驟三：分別查看三臺交換機在發(fā)送數據前的地址轉發(fā)表選中拓撲工作區(qū)工作條上的Inspect工具，單擊Switc