计算机网络实验--＞＞ 交换机基本工作原理

一、实验目的

1. 学习交换机的工作原理；
2. 学习交换机建立MAC地址表的过程；
3. 学习交换机转发数据包的规则；
4. 验证交换机转发数据包的过程；
5. 观察交换机对单播包和广播包的处理过程。

二、实验内容

        根据“网络拓扑结构”，完成"交换机基本工作原理"实验。

 

三、实验步骤

1.添加并连接网络设备

        根据“实验内容”中的网络拓扑结构，在Packet Tracer软件的逻辑工作区添加1台2960型交换机，名称为Switch0,4台PC机；分别命名为PC0、PC1、PC2、PC3。

2.配置PC机的IP地址、子网掩码以及获取每台PC机的MAC地址

        根据下表中“所连交换机的端口”使用直连线连接各设备。单击PC0，在弹出的菜单中选择“Config”选项，单击FastEthernt0，在右侧对应框中输入IP地址、子网掩码并将MAC Address栏中的MAC地址添加到下表MAC地址栏中（如图1，以PC0为例，其余PC操作相同），之后添加注释。完成后如图2所示。

设备	所连交换机端口	IP地址	子网掩码	MAC地址
PC0	FastEthernet0/1(Fa0/1)	192.168.1.1	255.255.255.0	0060.5C3E.0A11
PC1	FastEthernet0/2(Fa0/2)	192.168.1.2	255.255.255.0	0001.632C.3A65
PC2	FastEthernet0/3(Fa0/3)	192.168.1.3	255.255.255.0	0002.4A90.1DB9
PC3	FastEthernet0/4(Fa0/4)	192.168.1.4	255.255.255.0	000A.416E.86CD

 

图1

图2

3.查看交换机的初始MAC地址表

        在Packet Tracer软件的工具条中选择“Inspect工具”，移动鼠标至交换机Switch0图标上并单击，在弹出的菜单中选择“MAC Table”，此时弹出的交换机MAC地址表是空的。如下图所示。

 

4.观察交换机建立MAC地址表的学习过程

        （1）单击Packet Tracer软件的逻辑工作区右下角“Simulation”选项进入模拟模式。在弹出的界面中，点击左下角“Edit Filters”选项，设置要捕获的协议包类型为ICMP和ARP。如下图所示。

 

        （2）单击PC0，选择“Desktop”选项，选择“Command Prompt”面板并输入命令“ping 192.168.1.3”（PC2的IP地址），按回车。如下图所示。

        （3）点击“Capture/Forward”按钮，观察整个过程

        ①第1次点击。

        PC0向PC2发数据包。由于两台PC第一次通信，因此PC0的ARP表项中没有PC2的MAC地址，于是PC0发送一个ARP请求包（请求PC2地址）。点击模拟面板“Event List”中ARP对应的彩色方块，查看ARP包结构。可以看出ARP请求包在数据链路层封装成Ethernet帧，源MAC地址是PC0的MAC地址0002.1798.ADEC，目的MAC地址是FFFF.FFFF.FFFF（广播地址）。如下图所示（放大可清晰查看）。

        ②第2次点击。

        PC2收到交换机发送的ARP请求，并生成一个ARP响应包响应请求发送给交换机。PC1、PC3检测到ARP请求包的目的地址不是自己的IP地址，则丢弃该数据包。如下图所示。

        ③第3次点击。

        PC2将ARP响应包发送给交换机，交换机从端口FastEthernet0/3收到这个ARP响应包后，查看源MAC地址，发现自己的MAC表中没有该地址，于是将这个接口的源MAC地址和收到该数据包的接口（FastEthernet0/3）对应起来，添加到MAC地址表中。如下图所示。

        ④第4次点击。

        交换机检查目的MAC地址（PC0地址），发现自己MAC表中有该地址，对应端口为FastEthernet0/1，则将该ARP响应包转发给PC0，之后PC0和PC2间的通信不再借助广播通信，因为交换机的MAC地址表中已经有了PC0、PC2的MAC地址和对应端口表项。如下图所示。

 

        （4）与第（3）小步同理，令PC0 去ping PC1和PC3，过程相同，最终交换机中学习到的MAC地址如下图所示。

5.采用命令行方式查看交换机建立的MAC地址表

        点击交换机，选择“CLT”选项，鼠标光标选择最后一行，按回车；输入enable进入特权操作模式，之后输入show mac-address-table查看交换机最终建立的MAC地址表。可以看到Type为“DYNAMAC”类型，说明交换机MAC地址表是动态学习的，不会永远存在MAC地址表中。如下图所示。

 

6.删除交换机MAC地址表命令

        点击交换机，选择“CLT”选项，鼠标光标选择最后一行，按回车；输入enable进入特权操作模式，之后输入clear mac-address-table清空交换机MAC地址表。之后查看交换机MAC地址表，发现已经清空，如下图所示。

 

7.观察交换机对广播包的处理过程

        （1）点击Packet Tracer软件的逻辑工作区右下角“Simulation”选项进入模拟模式。在弹出的界面中，点击左下角“Edit Filters”选项，设置要捕获的协议包类型为ICMP。如下图所示。

        （2）点击PC0，选择“Desktop”选项，选择Traffic Generator（流量产生器），在弹出菜单中设置相应参数，产生一个广播包，设置完成后点击Send按钮。如下图所示。

        （说明：序号2表示广播包IP地址，序号3表示源IP地址(即：要发送广播包的地址)，序号4表示发送广播包数量，序号1和5表示格式，序号6表示发送广播包。）

 

        （3）依次点击“Capture/Forward”按钮，观察整个过程

        ①第1次点击。

        ICMP数据包由PC0发送给交换机，交换机查看接收数据包的目的地址，因为目的地址为FFFF.FFFF.FFFF（广播地址），所以交换机向除端口FastEthernet0/1外的所有端口广播转发该数据包。如下图所示。

 

        ②第2次点击。

        数据包到达PC1、PC2、PC3后，三者同时回复ICMP响应包，ICMP响应包到达交换机后不会发生冲突，交换机会进行缓存。如下图所示。

 

        ③顺序点击3次。

        交换机将3个ICMP响应包逐个从缓存中取出来依次转发给PC0，直至发送完成。如下图所示。

 

四、体会和总结

          自行总结即可。