集線器與交換機的對比試驗講解

1、計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)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?zāi)康牧私饧€器和交換機的如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。理解沖突域和廣播域的概念。對比單播以太網(wǎng)幀和廣播以太網(wǎng)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(nèi)某一時刻只能有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)，如果兩個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)會引起 沖突，則這兩個站點處于同一個沖突域內(nèi)。廣播域：在以太網(wǎng)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(wǎng)覆蓋范圍而使用的連接設(shè)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn) 發(fā)，從而擴展以太網(wǎng)的覆蓋范圍。由于物理層傳輸?shù)男盘柺菬o結(jié)構(gòu)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(fù)制到所有其他端口，即向與該集線器連接的所有 站點轉(zhuǎn)發(fā)。交換機工作在OSI參考模型的第二層數(shù)據(jù)鏈路層。交換機使用以太網(wǎng)幀中的MAC地址進行數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)，從而有效地過濾數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)；拓 撲圖3和拓撲圖4是以交換機為中心的交換式以太網(wǎng)。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(yīng)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(wǎng)擴展時對沖突域和廣播域的影響，從而理解兩類設(shè)備在擴展以太網(wǎng)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(wǎng)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(jié)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(shè)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(shù)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(shè)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(shù)據(jù)包。單擊Auto Capture/Play（自動捕獲/執(zhí)行）按鈕，捕獲

6、數(shù)據(jù)包。復(fù)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(xiàn)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(shè)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(shù)據(jù)包。單擊 Auto Capture/Play（自動捕獲/執(zhí)行）按鈕，捕獲數(shù)據(jù)包。Event ListVis.Time(sec)Last Device At DeviceType Info0,000一PC6tCMP0,001PC6 wit chOCMP0.002SwitchOPCSICMP 0.003PC8SwitchOICMP e 0.004Switch 0PC6ICMP 現(xiàn)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(jīng)交換機單播包返回PC6,結(jié)束執(zhí)行。經(jīng)過步驟3,4現(xiàn)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(zhuǎn)發(fā)； 交 換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，依據(jù)目標MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，所以接收到單播包時僅向目標節(jié)點所 連接的端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)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(wù)一產(chǎn)生的場景共 8 頁第 4頁單擊Add Complex PDU （添加復(fù)雜PDU）按鈕，單擊PC0,在彈出的對話框中設(shè)置參數(shù):（如下圖）。然后單擊該對話框下方的 Create PDU按鈕，創(chuàng)建數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)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(xiàn)象：PC0經(jīng)集線器發(fā)送廣播包到PC1、PC2、PC3,多站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)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(fù)雜的PDU, 參數(shù)設(shè)置與之前相同。單擊Captu

11、re/Forward按鈕，數(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)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(xiàn)象：PC6發(fā)送廣播包給交換機，交換機接受然后轉(zhuǎn)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(wǎng)中， 多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)情況。觀察以集線器為中心的以太網(wǎng)中多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包；PC1向 PC3發(fā)送數(shù)據(jù)包。單擊 Auto Capture/Play,觀察數(shù)據(jù)包各個節(jié)點的情況、集線器及主機對數(shù)據(jù) 包的處

13、理?；〒鋱D1復(fù)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(xiàn)象：數(shù)據(jù)包到達集線器發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，集線器發(fā)送數(shù)據(jù)包到各個主機，發(fā)生數(shù)據(jù)沖突,PC2丟棄數(shù)據(jù)包。觀察以交換機為中心的以太網(wǎng)中多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包；PC7向PC9發(fā)送數(shù)據(jù)包。單擊 Auto Capture/Play,觀察數(shù)據(jù)包各個節(jié)點的情況、交換機及主機對數(shù)據(jù)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(xiàn)象：PC6, PC7向交換機發(fā)送數(shù)據(jù)包，交換機將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包，PC6、PC7 通信成功。觀察集線器和交換機在擴展以太網(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)包，PC4向PC5發(fā)送數(shù)據(jù)包。單擊 Capture/Forward,直至此次通信結(jié)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(xiàn)象：在這一過程中，由于延遲的存在，在PC4發(fā)送的數(shù)據(jù)到達集線器1沖突之前，PC0發(fā)送的數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達 PC2,而在PC2發(fā)送應(yīng)答包時，與到達集線器1的數(shù)據(jù)沖突。間隔一定 時間后，PC2重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，最終數(shù)據(jù)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(wǎng)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(nèi)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(xiàn)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(yīng)答包在集線器1發(fā)生沖突，此時集線器2發(fā)送數(shù)據(jù)到PC4、PC5;之后發(fā)送的應(yīng)答包發(fā)送 沖突；PC4丟棄數(shù)據(jù)包，PC1、PC3丟棄數(shù)據(jù)包，PC5丟棄數(shù)據(jù)包，通信結(jié)束。由以上兩個實驗得出，集線器在

23、擴大以太網(wǎng)規(guī)模的同時，也擴大了沖突域。當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴 大，站點數(shù)量增加時，網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生沖突的可能性也將增加，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。觀察交換機擴展以太網(wǎng)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(wǎng)，添加一個簡單PDU, PC6發(fā)送數(shù)據(jù)包到PC8, PC10發(fā)送數(shù)據(jù)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(xiàn)象：PC6, PC10分別發(fā)送數(shù)據(jù)包到交換機1、2,再經(jīng)其發(fā)送給PC8、PC11, PC8、PC11共 8 頁第 18 頁發(fā)送

24、應(yīng)答包，PC6、PC10成功接收，通信結(jié)束刪除之前場景，使PC0向其所在廣播域內(nèi)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(xiàn)象：PC6發(fā)送數(shù)據(jù)包到交換機，再經(jīng)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)規(guī)模的同時也擴大了廣播域。這將使以太網(wǎng)中廣播包的數(shù)量增加，當廣播包 的數(shù)據(jù)量達到一定數(shù)量時，網(wǎng)絡(luò)性能下降。實驗項目交換機工作原理一實驗?zāi)康睦斫饨粨Q機通過逆向自學(xué)習(xí)算法建立地址轉(zhuǎn)發(fā)表的過程理解交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的規(guī)則理解交換機的工作原理實驗原理逆向自學(xué)習(xí)算法建立地址轉(zhuǎn)發(fā)表共 8 頁第 20 頁逆向自學(xué)習(xí)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(shù)據(jù)幀，那么相反地，交換機也可以通過端口 N把數(shù)據(jù)幀傳送給站點Ao因此交換機建立轉(zhuǎn)發(fā)表的過程是根據(jù) 其接收到的數(shù)據(jù)幀中的源 MAC地址與接口端口之間的映射關(guān)系建立起來的。 當交換機接收到某 站點發(fā)送的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)表。交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的規(guī)則若轉(zhuǎn)發(fā)表中無目標 MAC地址對應(yīng)的表項，則交換機采用洪泛轉(zhuǎn)發(fā)，即向所有其他端口轉(zhuǎn) 發(fā)該數(shù)據(jù)幀；若轉(zhuǎn)發(fā)表中有目標MAC地址對應(yīng)的表項，則該表項中記錄的轉(zhuǎn)發(fā)端口與該數(shù)據(jù)幀進入交換 機的端口相同，則丟棄該數(shù)據(jù)幀；若轉(zhuǎn)發(fā)表中有目標MAC地址對應(yīng)的表項，則該表項中記錄的轉(zhuǎn)發(fā)端口與該數(shù)據(jù)幀進入交換 機的端口不同，則向轉(zhuǎn)發(fā)端口傳送該數(shù)據(jù)幀。三實驗要求3.1拓撲圖PCO3.2IP地址配置PCIP地址子網(wǎng)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(jié)果（程序+注釋+截圖）及分析觀察單播以太網(wǎng)幀的封裝步驟一：準備工作打開軟件，添加設(shè)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)包添加簡單數(shù)據(jù)包，PC0到PC2。步驟三：分別查看三臺交換機在發(fā)送數(shù)據(jù)前的地址轉(zhuǎn)發(fā)表選中拓撲工作區(qū)工作條上的Inspect工具，單擊Switc