实验五 集线器和交换机的区别

实验五 集线器和交换机的区别

一、 实验目的
*验证集线器和交换机的区别
1、了解集线器和交换机如何转发数据
2、理解冲突域和广播域的概念
3.对比单播以太网帧和光波以太网帧的目标MAC地址 二、实验内容

1. 构建4个以太网（每个由3台主机构成，IP均为192.168.0.1—192.168.0.3），其中两个通过交换机互连、两个通过集线器互连
   • 如果再构建交互机互连的时候，中间连接处指示灯不是绿色，则多切换几次实时/仿真模式
2. 在实时模式下，所有机器相互发一遍数据包
3. 将之前所有发送过包的所有场景删除
4. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中，主机之间发送数据的区别
5. 将用交换机组成的局域网和用集线器组成的局域网两两相连
6. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中，主机之间发送数据的区别
   • 自己实验多种发送方式，注意在实验的过程中，集线器组成的局域网做了什么样的操作，交换机的局域网要做同样的操作
7. 在交换机的以太网中发送广播数据
   • 点击发送复杂的数据包
   • 将目的地址设置为255.255.55.255
   • 原地址设为发送主机的IP地址
   • 序号填1
   • 时间填1
8. 断开两个通过集线器相连的局域网，通过交换机将两个集线器连接起来
9. 观察现象 三、实验设备及软件环境： Cisco Packet Tracer 四、实验步骤及分析
10. 构建4个以太网（每个由3台主机构成，IP均为192.168.0.1—192.168.0.3），其中两个通过交换机互连、两个通过集线器互连
    从工具面板中选取，构成图中4个以太网结构图。（注意： 如果在构建交互机互连的时候，中间连接处指示灯不是绿色，则多切换几次实时/仿真模式）
    构建四个以太网，两个交换机网络，两个集线器网络，分别给它们设置各主机IP地址。
11. 在实时模式下，所有机器相互发一遍数据包
    操作：对四个以太网中的主机相互发送数据，同一个以太网中的主机和交流数据。 现象：无论是交换机还是集线器以太网都是向各主机发送了一遍数据，只有目的IP地址接收成功。
12. 将之前所有发送过包的所有场景删除

这些场景和运行案例状态都删除，为了初始化交换机使得交换机储存数据转发有各主机的IP信息。从而完成初始化删除预设场景。
4. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中，主机之间发送数据的区别

  交换机发送数据
  现象与区别：集线器会通过广播的方式发送数据，而交换机通过单播的形式发送给接收方。第一个集线器以太网：PC1发送单播数据包到集线器0，通过集线器发给PC2，PC0，但只有PC2成功接送，PC2通过集线器发单播包PC0，PC1，只有PC1接受。

5. 将用交换机组成的局域网和用集线器组成的局域网两两相连 现象：扩大了局域网，由PC1向PC 2发送数据，由事件列表可以看出，这是一个单播数据包。交换机在0.002秒向PC2发送数据，在0.004秒向
   PC1发送数据，说明交换机收到数据后，只向指定端口端口转发。

6. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中，主机之间发送数据的区别

   • 自己实验多种发送方式，注意在实验的过程中，集线器组成的局域网做了什么样的操作，交换机的局域网要做同样的操作

   同时发送数据
   交换机局域网，跨区发送

   同时发送数据
   现象说明：在刚刚建立起两个局域网连接时，集线器0以太网中依然会把请求主机2的数据包通过广播方式发送，在交换机0中，由于还没有进行数据交互，交换机也会发送给另一个交换机1，但是数据依然会准确到达目的主机8。在数据交互后，两台主机同时在集线器中发送数据时，产生了数据碰撞，导致数据丢失，而在交换机以太网中，没有发生任何错误，准确的到达了目的主机。

7. 在交换机的以太网中发送广播数据

   • 点击发送复杂的数据包
   • 将目的地址设置为255.255.55.255
   • 原地址设为发送主机的IP地址
   • 序号填1
   • 时间填1

8. 断开两个通过集线器相连的局域网，通过交换机将两个集线器连接起来 交换机2在第一次接收来自集线器0通过转发的数据包（主机1与主机2之间的数据包）时，由于自身的转发表为空，所以它会将接收到的数据包发送给集线器1，在建立了自身的转发表以后，不会再将来自于第一个集线器局域网的数据包发送给集线器1了

9. 观察现象 集线器与交换机虽然都能进行数据转发，但是转发方式有明显的区别。集线器将数据包转发到所有端口，当多个站点同时发送数据时数据碰撞的可能性很大。而交换机有着隔绝冲突域的能力，只会向某一个站点发送数据包，并且有两个以上的数据包同时发送到同一站点时，会将他们逐个发送，使之不冲突。因此相比于集线器，交换机具有更大的优势。
   原理： 1、冲突域和广播域
   冲突域：在该区域某一时刻只能一个站点发送数据，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中。
   广播域：在以太网中，能够接收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。 2、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。
   集线器工作在物理层。集线器的主要功能是对接收的信号进行放大、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，只能从一个端口收到信号放大后复制到其他所有端口，级向与该集线器链接的所有站点转发。
   交换机工作在数据链路层。交换机使用以太网帧中的MAC地址进行数据帧转发，从而有效的过滤数据帧。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。
   五、总结
   1、集线器是把数据发送全部端口，交换机把数据发往相应端口，在以集线器或者交换机为中心的以太网中，当多站点同时发送数据时，集线器会发生冲突，交换机不会发生冲突。
   2、在使用集线器扩大以太网规模时，可能会使以太网的性能下降，集线器在扩大以太网规模的同时，也扩大了冲突域。当网络规模扩大，主机数量增加时，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。
   3、交换机在扩大以太网规模的时，可能会使以太网的性能下降，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，使用交换机扩大网络规模的同时也扩大了广播域。这使得以太网中广播包的数量增加，当广播包数量增加到一定数量时网络性能下降。
   4、通过本次实验，了解了集线器和交换机之间的区别与性能，以及集线器与交换机的局限性，并且通过仿真实验对计算机网络理论知识有了巩固和提高。