计算机网络 实验一 交换式局域网的构建与交换机的工作原理

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1．实验目的

掌握在Packet Tracer软件中搭建实验平台，配置基本的网络参数，测试网络的连通性。
理解交换机的交换原理对不同类型数据帧的处理方式。

2．实验内容

利用网络仿真软件（如Packet Tracer等）进行网络规划设计，包括设计网络拓扑结构、网络设备选择、参数配置、数据分析等。具体实验内容如下：
（1）利用Packet Tracer仿真软件搭建一个局域网，主要由交换机和若干台计算机组成。
（2）配置基本的网络参数，测试网络的连通性。
（3）查看交换机的MAC地址映射表并记录相关数据。
通过本实验使学生学会使用网络仿真软件的一般方法，理解交换机的工作原理，掌握局域网的规划构建的基本方法，能够借助网络仿真软件进行计算机网络系统模拟仿真，满足网络工程项目建设的需要。

3．基本要求

（1）课前准备：仔细阅读实验指导书，详细规划实验过程和步骤，设计实验数据记录表，对相关知识做好预习和准备。
（2）实验过程：按照实验指导书要求，完成实验内容，记录好实验过程、关键数据和实验结果。
（3）实验报告：根据实验情况及时撰写实验报告，实验报告应包含实验目的、实验内容、实验步骤、实验数据及分析，以及实验总结等内容。

4. 实验步骤

（1）新建如图1-1所示拓扑结构图，按照表1-1 中IP地址和子网掩码信息给每一台PC 配置IP 地址以及掩码（可以自己设置其它的IP地址），MAC地址请根据自己建立的网络拓扑图中每台PC实际的MAC地址如实填写（注意：MAC地址每个人的都不一样）。连接交换机的端口号根据自己实验拓扑的实际情况填写（如PC0连接交换机的FastEthernet 0/1端口，则端口号填FastEthernet 0/1）。

图 2-1 实验拓扑结构图

表1-1 每一台PC 配置IP 地址以及掩码

PC	连接交换机的端口号	IP地址	子网掩码	MAC地址
PC0	FastEthernet0/1	192.168.1.11	255.255.255.0	00E0.A3CA.42B7
PC1	FastEthernet0/2	192.168.1.12	255.255.255.0	0007.EC00.8940
PC2	FastEthernet0/3	192.168.1.13	255.255.255.0	0000.0C72.E014
PC3	FastEthernet0/4	192.168.1.14	255.255.255.0	0002.1712.0094

（2）测试网络的连通性及交换机MAC地址映射表的变换情况.
切换到模拟器工作模式，使用查看工具( )查看交换机的MAC 表：此时MAC 表是空的，没有任何表项，如图1-2 所示：

图1-2 初始化时交换机的MAC 地址表

发送报文并观察MAC 表变化

按照图1-3选择过滤，仅仅允许ARP、ICMP 协议报文。

图1-3 设置过滤条件仅允许ICMP、ARP 协议报文
从工具栏中选择“Add Simple PDU”工具()，然后依次点击PC0、PC1，表示PC0 ping PC1（也可以切换到模拟器/simulation模式下，然后打开PC机的命令行界面，输入 ping 目标ip地址），但是此时PC0 还没有PC1 的ARP 表项。ARP 协议在ICMP 报文之前发送，用于学习目的MAC 地址对应的MAC 地址，只有学习到目的IP 地址对应的MAC 地址之后，协议栈才能正确的在IP 报文之前封装以太网帧头。所以此时PC0 首先发送一个ARP Request 报文。点击“Capture / Forward”按钮，可以一步一步观察ping 命令执行过程。
PC0 发送一个ARP Request 报文给交换机，交换机接收到PC0 的ARP Request 报文之后，将依据“基于接收帧的源MAC 地址学习”原则，添加一条MAC 表项，如图1-4 所示，同时填写表1-2连通性测试表。

图1-4 PC0 的ARP Request 报文到达交换机，交换机学习并建立MAC 表项

因为该帧是广播帧，交换机做泛洪处理。PC2、PC3 接收到该帧丢弃帧，如图1-5 所示。

图1-5 交换机泛洪ARP Request 帧，PC2、PC3 丢弃该帧

PC1 回复ARP Reply 报文，交换机接收到该帧之后，将学习到PC1 的MAC 地址，并添加到MAC 表，如图1-6所示。

图1-6 交换机接收到PC1 的ARP Reply，并学习到PC1 的MAC 地址

测试网络的连通性并完成表1-2。
表 1-2 交换机工作原理及连通性测试表

完成表1-2的测试任务后查看交换机的MAC 表：此时MAC 表应该有4项内容，分别是4台PC的MAC地址和4台PC所连接交换机端口的对应。此时按表1-3测
试主机之间的连通性，并完成表1-3的内容。
表 1-3 交换机工作原理及连通性测试表

问题：通过实验结果可以验证交换机的工作原理是？