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本次实验通过PacketTracer模拟网络环境，探索集线器、交换机、路由器处理ARP及IP报文的原理。实验涉及清空MAC地址表、ARP请求与响应过程，以及交换机学习MAC地址表的方法。实验结果显示，集线器广播报文，交换机根据MAC地址转发，路由器依据IP地址转发。
- 实验目的和要求
1）集线器、交换机和路由器和 ARP 的基本工作原理
2）掌握使用 PacketTracer 模拟网络场景的基本方法，加深对网络环境、网络设备和网 络协议交互过程等方面的理解。
- 实验环境
1）运行 Windows 2008 Server/XP/7 操作系统的 PC 一台。
2）PacketTracer。
- 实验内容与过程(实验题目和代码)
1）按要求配置网络拓扑
2）观察集线器、交换机和路由器的处理 ARP 和 IP 报文的过程
3）分析实验现象
1. 在 PacketTracer 模拟器中配置网络拓扑
按下图配置网络拓扑。两个局域网的IP 地址分别为213.1.1.0/24和213.1.2.0/24。配置路由器和各PC相关参 数，保证网络和各主机连通（用PING 命令测试）。
2. 根据要求完成实验环境设置
设计实验步骤，使所有交换机的 MAC 地址表为空，主机 PC0 的ARP 表为空，而路由器 Router0 的 ARP 表中有 PC4 的 MAC 地址，主机可以通过手工的方式清除 ARP 表中的内容。在“命令提示符”界面中输入“arp -d”清除本机 ARP 表的内容。
交换机清除MAC 地址表的命令为：
Switch>enable
Switch#clear mac-address-table
Switch#clear arp-cache
- 实验结果与分析（实验结果截图）
- 在模拟方式下用 “Add simple PDU”方式 PC0发送一个报文 给 PC4。观察整个通信过程（ 设置 过滤器，仅显示 ICMP和 ARP报文 ）。
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在实验报告中描述通信过程并按时间顺序，写出 PC1，PC2，PC3，PC4分别都收到了哪些报文：报文类型（ARP请求 /ARP响应 /IP报文？源 MAC地址（哪个PC的MAC地址）？目的 MAC地址（哪个PC的MAC地址）？IP报文 的源 IP地址 或 ARP报文 的源 IP地址（哪个 PC的 IP地址 ）？IP报文 的目的 IP地址 或 ARP报文 的目标 IP地址（哪个 PC的 IP地址 ）？
通信过程描述：
PC0 发送一个 IP 报文给 PC4，目的 IP 地址为 PC4 的 IP 地址，源 IP 地址为 PC0 的 IP 地址。
PC0 发送 ARP 请求广播，询问 PC4 的 MAC 地址。
HUB1 广播 ARP 请求，PC1、PC2、PC3、PC4 都收到了 ARP 请求报文。
PC4 收到 ARP 请求报文，向 PC0 发送 ARP 响应报文，告知自己的 MAC 地址。
PC0 收到 ARP 响应报文，得到 PC4 的 MAC 地址，然后构造 IP 报文，将报文发送给 PC4。
PC4 收到 IP 报文，完成通信。
PC1、PC2、PC3、PC4 收到的报文如下：
PC1：
时间：2
报文类型：ARP 请求
源 MAC 地址：PC0 的 MAC 地址
目的 MAC 地址：广播地址
ARP 报文的源 IP 地址：PC0 的 IP 地址
ARP 报文的目标 IP 地址：PC4 的 IP 地址
PC2：
时间：2
报文类型：ARP 请求
源 MAC 地址：PC0 的 MAC 地址
目的 MAC 地址：广播地址
ARP 报文的源 IP 地址：PC0 的 IP 地址
ARP 报文的目标 IP 地址：PC4 的 IP 地址
PC3：
时间：2
报文类型：ARP 请求
源 MAC 地址：PC0 的 MAC 地址
目的 MAC 地址：广播地址
ARP 报文的源 IP 地址：PC0 的 IP 地址
ARP 报文的目标 IP 地址：PC4 的 IP 地址
PC4：
时间：4
报文类型：ARP 响应
源 MAC 地址：PC4 的 MAC 地址
目的 MAC 地址：PC0 的 MAC 地址
ARP 报文的源 IP 地址：PC4 的 IP 地址
ARP 报文的目标 IP 地址：PC0 的 IP 地址
PC4：
时间：5
报文类型：IP 报文
源 MAC 地址：PC0 的 MAC 地址
目的 MAC 地址：PC4 的 MAC 地址
IP 报文的源 IP 地址：PC0 的 IP 地址
IP 报文的目的 IP 地址：PC4 的 IP 地址
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分析在上述过程中交换机是如何学习MAC地址表的 。
在上述过程中，交换机会通过学习 MAC 地址表来实现转发。具体过程如下：
当 PC0 发送 ARP 请求时，HUB1 广播了这个 ARP 请求报文，交换机 switch1 和 switch2 都收到了这个广播报文。
由于 switch1 上没有 PC0 的 MAC 地址信息，所以 switch1 会将 ARP 请求报文向除了源端口（即连接 PC0 的端口）之外的所有端口广播。
switch2 同样没有 PC0 的 MAC 地址信息，所以它也会将 ARP 请求报文向除了源端口（即连接 switch1 的端口）之外的所有端口广播。
当 PC4 收到 ARP 请求报文后，它会向 PC0 发送 ARP 响应报文，告知自己的 MAC 地址。这个 ARP 响应报文会被 switch2 转发到 switch1，然后被 switch1 转发到 PC0。
在转发 ARP 响应报文的过程中，switch1 和 switch2 都会学习到 PC0 和 PC4 的 MAC 地址，并将这些信息记录在它们的 MAC 地址表中。
当 PC0 向 PC4 发送 IP 报文时，switch1 会根据它的 MAC 地址表将这个报文转发到与 PC4 相连的端口；而 switch2 也会根据它的 MAC 地址表将这个报文转发到与 PC4 相连的端口。
通过这样的学习过程，交换机可以建立起 MAC 地址表，从而实现对报文的转发。当交换机收到一个报文时，它会查找 MAC 地址表，找到目标 MAC 地址对应的端口，然后将报文转发到该端口。如果 MAC 地址表中没有目标 MAC 地址的记录，交换机会将报文广播到除了源端口之外的所有端口，以便学习到目标 MAC 地址的信息。
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请解释该过程 ，即 PC1，PC2，PC3，PC4为什么会收到这些报文。
在该过程中，PC1、PC2、PC3、PC4 都会收到 ARP 请求报文，因为 ARP 请求报文是一个广播报文，它会被交换机广播到所有的端口，包括连接 PC1、PC2、PC3、PC4 的端口。因此，所有的计算机都可以收到这个报文。
PC4 会收到 ARP 请求报文并且回复 ARP 响应报文，这是因为 ARP 请求报文中包含了 PC4 的 IP 地址，所以 PC4 能够收到这个报文并且知道自己被询问了。PC4 回复 ARP 响应报文后，PC0 就知道了 PC4 的 MAC 地址，从而能够向 PC4 发送 IP 报文。
PC1、PC2、PC3 并不会收到 IP 报文，因为 IP 报文是一个单播报文，它只会被交换机转发到目标 MAC 地址对应的端口。在这个过程中，PC0 发送的 IP 报文的目标 MAC 地址是 PC4 的 MAC 地址，因此只有连接 PC4 的端口才会收到这个报文。
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PC0发送的 ARP请求 的目标是不是PC4，为什么？
是的，PC0 发送的 ARP 请求的目标是 PC4。因为在这个网络中，PC0 要向 PC4 发送 IP 报文，而在发送 IP 报文之前，PC0 需要知道 PC4 的 MAC 地址，才能将 IP 报文封装成帧并发送到网络上。因此，PC0 发送 ARP 请求的目的是查询 PC4 的 MAC 地址。在 ARP 请求报文中，PC0 会将自己的 IP 地址作为查询目标，这样 PC4 收到 ARP 请求报文后就能够回复 ARP 响应报文，并将自己的 MAC 地址发送给 PC0，从而使 PC0 能够向 PC4 发送 IP 报文。
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分析集线器、交换机和路由器的转发分组方式有何不同 。
线器、交换机和路由器都是网络设备，但它们的转发分组方式有所不同：
集线器：集线器是物理层设备，它只是简单地将收到的数据包广播到所有连接的端口上，没有任何过滤和处理。因此，所有连接到集线器的设备都能收到所有数据包，包括不需要的数据包。集线器的转发分组方式是广播。
交换机：交换机是数据链路层设备，它会在收到数据包时，根据目的MAC地址进行过滤和处理，只将数据包转发给目标设备，而不是广播到所有端口上。因此，交换机的转发分组方式是根据MAC地址进行转发。
路由器：路由器是网络层设备，它会在收到数据包时，根据目的IP进行过滤和处理，将数据包转发到正确的网络中。路由器能够识别不同的网络，并且可以通过路由表选择最佳路径进行转发。因此，路由器的转发分组方式是根据IP地址进行转发。
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实验心得
在进行计算机网络实验的过程中，我使用PacketTracer模拟工具模拟了一个局域网网络场景，并加深了对网络环境、网络设备和网络协议交互过程等方面的理解。通过观察数据包的传输和设备的交互情况，我掌握了局域网中的数据传输和协议交互过程，并且学会了使用PacketTracer模拟网络场景的基本方法。这个实验为我今后的学习和工作打下了良好的基础。
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