集线器与交换机的对比实验

集线器与交换机的对比实

验

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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2主要用于观察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。

IP地址配置

四实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分析

观察集线器和交换机的运行

4.1.1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。

4.1.2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。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，捕获数据包。

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。

4.1.3观察交换机对单播包的处理

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。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。

现象：PC6发送单播包到交换机1，交换机将其发送给PC8，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。

4.1.4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。

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。

单击（捕获/执行）按钮，数据包到达集线器，再次单击（捕获/执行），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。

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。

4.1.5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Capture/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。

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。

4.2.1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理。

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。

4.2.2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。

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

4.3.1观察集线器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。

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。

4.3.2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。