集线器与交换机的对比试验讲解

1、计算机科学与技术学院计算机网络实验实验报告实验项目集线器与交换机的对比实验 实验日期2016/4/22一实验目的了解集线器和交换机的如何转发数据。理解冲突域和广播域的概念。对比单播以太网帧和广播以太网帧的目标MAC地址。二实验原理冲突域与广播域冲突域：在该域内某一时刻只能有一个站点发送数据，如果两个站点同时发送数据会引起 冲突，则这两个站点处于同一个冲突域内。广播域：在以太网中，能够接收到任意站点发送的广播帧的所有站点的集合称为一个广播 域。集线器和交换机集线器和交换机都是为了扩大以太网覆盖范围而使用的连接设备，但二者的工作原理存在很大差异。集线器工作在OSI体系结构的物理层。集线器的主要功能

2、是对接收到的信号进行放大、转 发，从而扩展以太网的覆盖范围。由于物理层传输的信号是无结构的，因此集线器无法识别接 收方，只能将从一个端口接收到信号放大后复制到所有其他端口，即向与该集线器连接的所有 站点转发。交换机工作在OSI参考模型的第二层数据链路层。交换机使用以太网帧中的MAC地址进行数据帧转发，从而有效地过滤数据帧。交换机可以在多个端口对之间同时建立多条并发连接， 使得与不同端口连接站点同时发送数据时，各连接线路彼此互不影响。三实验要求拓扑图该实验用到4个拓扑图。其中拓扑图1和拓扑图2是以集线器为中心的共享式以太网；拓 扑图3和拓扑图4是以交换机为中心的交换式以太网。其中拓扑图1和拓扑图

3、2主要用于观察共 8 页第 1 页集线器的运行及理解冲突域的概念；拓扑图 3和拓扑图4主要用于观察交换机的运行及理解交 换机隔离冲突域但不隔离广播域的特性。 在对应的实验步骤中，我们需要将拓扑图1和拓扑图2 使用交叉双绞线连接起来，将拓扑图 3和拓扑图4使用交叉双绞线连接起来，从而观察使用集 线器和交换机进行以太网扩展时对冲突域和广播域的影响，从而理解两类设备在扩展以太网时 的作用和局限性。奥注器2Ag b拓扑图2PC 10PC11拓扑里4PC4PC5IP地址配置PCIP地址子网掩码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 页第 2页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 实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分

5、析观察集线器和交换机的运行准备工作打开软件，添加设备进行连接，按照实验要求配置PC的IP地址若此时交换机端口指示灯呈橙色， 则单击主窗口右下角 Realtime（实时）Simulation （模拟） 模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色。此步骤可加速完成交换机的初始化。观察集线器对单播包的处理进入Simulation （模拟）模式。设置Event List Filters （事件列表过滤器）只显示ICMP事件共 8 页第 3页单击Add Simple PDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图中添加 PC0向PC2发送的数据包。单击Auto Capture/Play（自动捕获/执行）按钮，捕获

6、数据包。复式奏1ViSh Time(sec) Last Device At Device Type In*0.002HubOPC2ICMP0.002HubOPCIICMP0.002HubOPCSICMP0.003PC2HubOICMP0.004HubOPCOICMP-0.004HubOPCIICMP二0.004HubOPC3ICMP ur _.Event List现象：PC0发送单播包到集线器1,通过集线器发给PC1、PC2、PC3,但只有PC2成功接收，PC2通过集线器发单播包PC0、PC1、PC3,只有 PC0 接收。观察交换机对单播包的处理进入Simulation （模拟）模式。设置Ev

7、ent List Filters （事件列表过滤器）只显示ICMP事件 单击Add Simple PDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图中添加 PC6向PC8发送的数据包。单击 Auto Capture/Play（自动捕获/执行）按钮，捕获数据包。Event ListVis.Time(sec)Last Device At DeviceType Info0,000一PC6tCMP0,001PC6 wit chOCMP0.002SwitchOPCSICMP 0.003PC8SwitchOICMP e 0.004Switch 0PC6ICMP 现象：PC6发送单播包到交换机1,交换机将其发送给 PC

8、8, PC8接收单播包，然后PC8 经交换机单播包返回PC6,结束执行。经过步骤3,4现象的对比，得出集线器工作在物理层，接收到单播包时向所有端口转发； 交 换机工作在数据链路层，依据目标MAC地址转发数据帧，所以接收到单播包时仅向目标节点所 连接的端口转发数据帧。观察集线器对广播包的处理单击窗口下方Delete按钮，删除任务一产生的场景共 8 页第 4页单击Add Complex PDU （添加复杂PDU）按钮，单击PC0,在弹出的对话框中设置参数:（如下图）。然后单击该对话框下方的 Create PDU按钮，创建数据包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单击（捕获/执行）按钮，数据包到达集线器，再次单击（捕获 /执行

10、），集线器向与源站点PC0在同一广播域的所有站点转发数据包头线靠1共 8 页第 5页Vis.,1.0001.001 1.002，1.002 1-002PCOHubOHubOHubOPCDHubOPC2PCIPC3ICMPICMPICMPICMPICMPEvtnt ListTimeCsec) Last Device At Device Type Info现象：PC0经集线器发送广播包到PC1、PC2、PC3,多站点同时发送数据会发生冲突，通 信失败观察交换机对广播包的处理单击窗口下方Delete按钮，删除场景。如上一步骤的方法，在PC6上添加一个复杂的PDU, 参数设置与之前相同。单击Captu

11、re/Forward按钮，数据包到达交换机，再次点击，交换机向与源站点PC6在同一广播域的所有站点转发数据包。二HPC4PC7PC8Event ListVis.Time(sec)Last Device At DeviceType In.1.000PC6ICMP1.001PCSSwitchOICMP-1.002SwitchOPC7ICMP1.002Switch 0PC8ICMP1.002SwitchOpegICMP1.003PC8SwitchOICMP共 8 页第 6页1.005SwrtchOPC6ICMP1.006-PC7CMP1.007PC7SwrtchOICMP1.008SwrtchOPC

12、6ICMP1.008PC9ICMP1.009PC9SwrtchOICMP F 1.010Switch。PC6ICMPIll现象：PC6发送广播包给交换机，交换机接受然后转发给 PC9、PC7、PC8;它们同时发送 给交换机，交换机将其发送给 PC6,通信成功完成。分别观察以集线器和以交换机为中心的以太网中， 多个站点同时发送数据情况。观察以集线器为中心的以太网中多个站点同时发送数据的情况单击窗口下方Delete按钮，删除场景。添加简单 PDU, PC0向PC2发送的数据包；PC1向 PC3发送数据包。单击 Auto Capture/Play,观察数据包各个节点的情况、集线器及主机对数据 包的处

13、理。花扑图1复或奏1共 8 页第 7页至今匿1的扑司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现象：数据包到达集线器发生数据冲突，集线器发送数据包到各个主机，发生数据冲突,PC2丢弃数据包。观察以交换机为中心的以太网中多个站点同时发送数据的情况单击窗口下方Delete按钮，删除场

14、景。添加简单 PDU, PC6向PC8发送的数据包；PC7向PC9发送数据包。单击 Auto Capture/Play,观察数据包各个节点的情况、交换机及主机对数据包的处理空柒机1共 8 页第 8页交拦打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现象：PC6, PC7向交换机发送数据包，交换机将数据发给 PC6、PC7、PC8、PC9, PC6发送 的PC8接收，其他PC丢弃；PC7发送的PC9接收，其他PC丢弃；之后返回数据包，PC6、PC7 通信成功。观察集线器和交换机在扩展以太网覆盖范围同时，对冲突域和广播域范围影响观察集线器

16、扩展以太网时对冲突域范围的影响扩展集线器，用交叉线连接拓扑图1、2中的两台集线器，添加简单 PDU, PC0向PC2发送数据包，PC4向PC5发送数据包。单击 Capture/Forward,直至此次通信结束。共 8 页第 9页占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 丽bO NuU) M3QPCD 阳川 NubO PC5 HubOPC2 PCI

17、 PC3ICHF ICNP ICNF ICSf imp ILfllF ICNP IdF 工加Pl*y Cntr0Ls片ack厘 ConEt-uit DalayC丽E证电dD. Dll eAut。C Alur* / JI ay匚呼l善自/审界廿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、 页第 10 页共 8 页第 11 页现象：在这一过程中，由于延迟的存在，在PC4发送的数据到达集线器1冲突之前，PC0发送的数据包已经到达 PC2,而在PC2发送应答包时，与到达集线器1的数据冲突。间隔一定 时间后，PC2重新发送数据包，最终数据到达 PC0。PC4与PC5的情况类似。共 8 页第 12 页观察集线器扩展以太网时对广播域范围的影响删除之前场景，使PC0向其所在广播域内所有节点发送广播包，依次点击Capture/Forward, 观察广播包的发送范围。共 8 页第 13 页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 页第 14 页共 8 页第 15 页r 匚it宏/ FTraeftr C ： UrEVLpJ-ElrttpAS-3 菜镂者与交摄机能对比实签 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艺史*:# 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 页第 16 页现象：PC0发送广播包到达集线器1 ,集线器1将其发送给PC1、PC2、PC3、集线器2; PC2应答包在集线器1发生冲突，此时集线器2发送数据到PC4、PC5;之后发送的应答包发送 冲突；PC4丢弃数据包，PC1、PC3丢弃数据包，PC5丢弃数据包，通信结束。由以上两个实验得出，集线器在

23、扩大以太网规模的同时，也扩大了冲突域。当网络规模扩 大，站点数量增加时，网络中发生冲突的可能性也将增加，这将导致网络性能下降。观察交换机扩展以太网时对冲突域及广播域的影响依照前边的实验交换机扩展以太网，添加一个简单PDU, PC6发送数据包到PC8, PC10发送数据包到PC11。交换机1克挟机NPC6PC7PC8PC9PC 10PC 11共 8 页第 17 页二衿1文唉相2PC6PC7PCSpegPC10PCMx选灯口交唉机2PCSPC7PCSpeg prmPCll现象：PC6, PC10分别发送数据包到交换机1、2,再经其发送给PC8、PC11, PC8、PC11共 8 页第 18 页发送

24、应答包，PC6、PC10成功接收，通信结束删除之前场景，使PC0向其所在广播域内所有节点发送广播包，依次点击Capture/Forward,观察广播包的发送范围交接机1交掾机2PC&PC7PC8PC9pc 10PCil交挟机1交揆机2PC6PC7PCSPC9PC 10PC 11交接Ml交侯机2PC6PC yPCSpeg PCI。PC 11共 8 页第 19 页现象：PC6发送数据包到交换机，再经其发送给 PC7、PC8、PC9、交换机2;交换机2发送给PC10、PC11; PC发送应答包，PC6通信成功。由此上实验得知，虽然使用交换机解决了冲突域的问题，但是交换机并不隔离广播域，使 用交换机扩

25、大网络规模的同时也扩大了广播域。这将使以太网中广播包的数量增加，当广播包 的数据量达到一定数量时，网络性能下降。实验项目交换机工作原理一实验目的理解交换机通过逆向自学习算法建立地址转发表的过程理解交换机转发数据帧的规则理解交换机的工作原理实验原理逆向自学习算法建立地址转发表共 8 页第 20 页逆向自学习算法的基本思想是：如果交换机通过端口N接收站点A发送的数据帧，那么相反地，交换机也可以通过端口 N把数据帧传送给站点Ao因此交换机建立转发表的过程是根据 其接收到的数据帧中的源 MAC地址与接口端口之间的映射关系建立起来的。 当交换机接收到某 站点发送的数据帧时，就会将其源 MAC地址与该帧进

26、入交换机的端口写入转发表。交换机转发数据帧的规则若转发表中无目标 MAC地址对应的表项，则交换机采用洪泛转发，即向所有其他端口转 发该数据帧；若转发表中有目标MAC地址对应的表项，则该表项中记录的转发端口与该数据帧进入交换 机的端口相同，则丢弃该数据帧；若转发表中有目标MAC地址对应的表项，则该表项中记录的转发端口与该数据帧进入交换 机的端口不同，则向转发端口传送该数据帧。三实验要求3.1拓扑图PCO3.2IP地址配置PCIP地址子网掩码PC0192.168.1.1255.255.255.0PC1192.168.1.2255.255.255.0PC2192.168.1.3255.255.255

27、.0共 8 页第 21 页四 实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分析观察单播以太网帧的封装步骤一：准备工作打开软件，添加设备按照拓扑图进行连接，按照实验要求配置PC的IP地址步骤二：删除交换机 MAC地址表删除Switch0 Switch1 Switch2的地址转换表。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 页第 22 页观察交换机的工作原理步骤一：查看并记录 PC0和PC2的Mac地址鼠标左键单击PC0PC1PC2,在弹出窗口中选择 Config选项卡，选择FastEthernetQ查看 并记录MAC地址。共 8 页第 23 页PC000E0.F966.5625PC100D0.BA0E.6EC7PC200D0.BCE9.C0B8步骤二：添加PC0至UPC2的数据包添加简单数据包，PC0到PC2。步骤三：分别查看三台交换机在发送数据前的地址转发表选中拓扑工作区工作条上的Inspect工具，单击Switc