计算机网络实验报告.docx

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计算机网络实验报告

计算机网络实验报告

姓名

学号

专业

班级

指导教师毛绪纹

2017.12

实验2-1 PPP与PPPoE学习

实验配置说明

该实验主要用于观察PPPoE和PPP的数据封装格式。

其中，PC1到ISP1段的链路使用PPPoE，ISP1已经配置为PPPoE服务器。

ISP1和ISP2之间的链路使用PPP。

实验目的

  了解PPP协议的封装格式。

  了解PPPoE协议的封装格式。

实验步骤

任务：

观察PPP协议和PPPoE协议的数据封装格式

  步骤1：

准备工作

单击主窗口右下角Realtime和Simulation模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色

  步骤2：

建立PPPoE连接

单击拓扑图中的PC1，在弹出窗口中单击Desktop选项卡，选择桌面上的Command工具，在其中输入ipconfig命令查看PC1的IP地址信息，PC1在初始状态下并未配置IP地址。

选择PPPoE拨号工具，在弹出窗口中输入拨号信息，即用户名（UserName）和密码（Password）：

ISP1预设了两个用户名，分别为user和admin，密码与用户名相同。

输入拨号信息后单击Connect按钮，建立PPPoE连接。

关闭PPPoE拨号窗口，重新打开Command工具，输入ipconfig命令查看PC1是否获取到IP地址。

如已获取到ISP1预设的地址池范围内的IP地址，则表示PPPoE拨号成功。

  步骤3：

添加并捕获数据包

进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图中添加PC1向PC2发送的数据包。

单击AutoCapture/Play（自动捕获/播放）按钮捕获数据。

此时PC1上出现信封图标，并在信封图标上闪烁“√”图标。

此时可再次单击AutoCapture/Play（自动捕获/播放）按钮停止捕获数据包。

  步骤4：

观察PPPoE协议封装格式

选择事件列表中PC1到Switch0或者Switch0到ISP1的数据包，即事件列表中的第二或第三个数据包。

单击其Info项上的色块，在弹出的PDU信息窗口中选择InboundPDUDetails选项卡。

  步骤5：

观察PPP协议的封装格式

选择事件列表中ISP1到ISP2的数据包，即事件列表中第四个数据包。

单击其Info项上的色块，在弹出的PDU信息窗口中选择InboundPDUDetails选项卡。

观察PPP的封装，将鼠标焦点置于协议某字段内，按住鼠标左键并上下或左右拖动鼠标可以观察到该字段完整的取值。

思考题：

1.ADSL接入采用PPPoE的优点有哪些？

答：

PPPoE具有较高的性能价格比。

实用方便，实际组网方式也很简单，大大降低了网络的复杂程度。

2.PPPoE中，PPP帧和Ethernet帧的封装关系是什么？

答：

PPPOE的封装层次：

IP->PPP->PPPOE->Ethernet.

实验2-2   以太网帧的封装实验

实验目的

  观察以太网帧的封装格式。

  对比单播以太网帧和广播以太网帧的目标MAC地址。

实验步骤

（1）任务一：

观察单播以太网帧的封装

  步骤1：

准备工作

单击主窗口右下角Realtime和Simulation模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色。

  步骤2：

捕获数据包

进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（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AutoCapture/Play（自动捕获/执行）按钮，捕获数据包。

当PC2发送的响应包返回PC0后通信结束，再次单击AutoCapture/Play（自动捕获/执行）按钮，停止数据包的捕获。

  步骤3：

观察以太网帧的封装格式

选择事件列表中第二个数据包（即PC0到Switch0的数据包），单击其右端Info项中的色块。

注意弹出窗口顶端的窗口信息：

PDUInformationatDevice：

Switch0，即当前查看的是交换机Switch0上的PDU信息。

在弹出窗口中选择InboundPDUDetails选项卡。

观察其中Ethernet（以太网）对应的封装格式。

  步骤4：

观察交换机是否会修改以太网帧各字段取值

选择事件列表中第三个数据包（即Switch0到PC2的数据包），单击其右端Info项中的色块。

注意弹出窗口顶端的窗口信息:

PDUInformationatDevice：

PC2，即当前查看的是PC2接收到的PDU信息。

在弹出窗口中选择InboudPDUDetails选项卡。

仔细观察其中Ehternet各字段取值，与步骤2中观察的各字段取值进行对比，哪些字段取值发生了变化？

重点观察DESTMAC和SRCMAC。

（2）任务二：

观察广播以太网帧的封装

  步骤1：

捕获数据包

单击AddComplexPDU（添加复杂PDU）按钮，单击PC0，在弹出的对话框中设置参数：

DestinationIPAddress（目标IP地址）设置为255.255.255.255（这是一个广播地址，表示该数据包发送给源站点所在广播域内的所有站点），SourceIPAddress（源IP地址）设置为192.168.1.1（该实验拓扑中预设的PC0的IP地址），SequenceNumber（序列号）设置为1，Size设置为0，SimulationSettings（模拟设置）选中OneShot，其对应的Time设置为1，然后单击该对话框下方的CreatePDU按钮，创建数据包单击AutoCapture/Play（自动捕获/执行）按钮，捕获数据包。

  步骤2：

观察该广播包的以太网封装

选择事件列表中第二个数据包（即PC0到Switch0的数据包），单击其右端Info项中的色块。

在弹出窗口中选择InboudPDUDetails选项卡。

观察其Ethernet的封装，重点观察其DESTMAC字段的取值并进行记录。

结合背景知识中MAC地址的类型，思考DESTMAC字段取值的含义。

思考题

1.任务一中，观察到的以太网帧封装格式中前导码字段的取值是什么？

阐述其在数据帧传输过程中的作用。

答：

任务一中，前导码字段取值为10101010···1010；

作用：

以太网使用曼彻斯特编码传输数据，其特征是每个码元中间有一次电压的跳变，用于接收方提取同步信号，实现与发送方的时钟同步。

2.任务一中，Switch0在转发数据帧时是否修改其源MAC地址和目标MAC地址？

答：

switch0转发给pc2地数据帧中源MAC地址和目标MAC地址并未进行修改。

3.交换机接收数据帧后，依据什么判断该数据帧是单播还是广播？

或依据什么判断向哪个目标结点转发？

答：

交换机工作在数据链路层，依据数据帧中的目标MAC地址的取值判断数据帧是单播还是广播，依据目标MAC地址判断向哪个目标节点转发。

实验2-3  集线器与交换机的对比实验

实验配置说明

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。

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。

  理解集线器和交换机在扩大网络规模中的作用和局限性。

实验步骤

（1）任务一：

观察集线器和交换机的运行

  步骤1：

准备工作

单击主窗口右下角Realtime和Simulation模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色。

在Realtime（实时模式）下，当拓扑图中集线器及交换机各端口均呈绿色后，鼠标双击右下角处事件列表中Fire项下的暗红色椭圆图标，至LastStatus均为Successful状态。

若单击后LastStatus不是Successful，则重新双击该事件对应的暗红色椭圆图标。

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

步骤2：

观察集线器对单播包的处理

进入Simulation（模拟模式），设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，添加一个PC0向PC2发送的数据包。

单击AutoCapture/Play（自动捕获/播放）按钮捕获数据，仔细观察数据包发送过程中，集线器向哪些PC转发该单播包，以及各PC接收到数据包后如何处理该数据包。

记录观察结果，以便后续实验进行对比分析。

  步骤3.  观察交换机对单播包的处理

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

进入Simulation（模拟模式），设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，添加一个PC6向PC8发送的数据包。

单击AutoCapture/Play（自动捕获/播放）按钮，仔细观察数据包发送过程中，交换机向哪些PC转发该单播包，以及各PC接收到数据包后如何处理该数据包。

记录观察结果并与步骤2进行对比分析。

  步骤 4.  观察集线器对广播包的处理

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

进入Simulation（模拟模式），设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddComplexPDU（添加复杂PDU）按钮，单击PC0，在弹出的对话框中设置参数：

DestinationIPAddress（目标IP地址）设置为255.255.255.255（这是一个广播地址，表示该数据包发送给源站点所在广播域内的所有站点），SourceIPAddress（源IP地址）设置为192.168.1.1（该实验拓扑中预设的PC0的IP地址），SequenceNumber（序列号）设置为1，Size设置为0，SimulationSettings（模拟设置）选中OneShot，其对应的Time设置为1，然后单击该对话框中下方的CreatePDU按钮，创建数据包。

单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮，数据包到达集线器，再次单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮，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。

  步骤5.  观察交换机对广播包的处理

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

参照步骤4的方法，在PC6上添加一个复杂的PDU，参数设置与步骤4相同（PC6的预设IP地址也是192.168.1.1）。

单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮，数据包到达交换机，再次单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮，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。

仔细观察这一过程中，交换机如何处理广播包，进而观察以交换机为中心的以太网的广播域的范围。

（2）任务二：

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的情况，理解冲突域的概念。

  步骤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

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图1中添加PC0向PC2发送的数据包；再次单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，添加PC1向PC3发送的数据包。

单击AutoCapture/Play（自动捕获/播放）按钮，在此过程中仔细观察数据包到达各个结点的情况，集线器及主机对数据包的处理。

注注：

：

设备上出现信封图标表示数据包到达该设备，信封上闪烁“√”表示通信成功完成，信封上闪烁“Χ”表示设备丢弃数据包，信封上出现闪烁的火苗表示数据冲突。

  步骤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

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图3中添加PC6向PC8发送的数据包；再次单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，添加PC7向PC9发送的数据包。

单击AutoCapture/Play（自动捕获/播放）按钮，在此过程中仔细观察数据包到达各个结点的情况，交换机及主机对数据包的处理。

（3）任务三：

观察集线器和交换机在扩展以太网覆盖范围的同时，对冲突域和广播域范围的影响

  步骤1. 观察集线器扩展以太网时对冲突域范围的影响

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

单击左下方Connections（连接）图标，选中CopperCross-Over（交叉线），在拓扑图1中单击集线器1，在弹出菜单中选中port4；拖动鼠标，单击集线器2，在弹出菜单中选中port2。

至此，我们得到一个由两台集线器互连起来的以太网。

进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图中添加PC0向PC2发送的数据包；再次单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，添加PC4向PC5发送的数据包。

依次单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮，直至此次通信结束。

在此过程中仔细观察并思考每一步骤数据包是被如何处理的。

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。

  步骤2. 观察集线器扩展以太网时对广播域范围的影响

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

参照任务一中的步骤4的操作方法，在PC0向其所在广播域内所有结点发送广播包。

依次单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮，观察广播包的发送范围。

  步骤3.观察交换机扩展以太网时对冲突域及广播域的影响

 单击下方Delete按钮，删除所有场景。

参照步骤1和步骤2，观察交换机扩展以太网时对冲突域和广播域范围的影响。

思考题

1集线器在接收到发送给某结点的单播包时是如何转发数据的？

交换机又是如何处理单播包的？

答：

集线器是把数据发往全部端口，交换机把数据发往相应端口。

②在以集线器/交换机为中心的以太网中，当多个站点同时发送数据时，是否会发生冲突？

为什么？

答：

集线器会发生冲突，交换机不会发生冲突。

③使用集线器扩大以太网规模时，有没有可能会使以太网的性能下降？

答：

不会。

④使用交换机扩大以太网规模时，有没有可能会使以太网的性能下降？

为什么

答：

有可能。

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。

这将使以太网中广播包的数量增加，当广播包的数据量达到一定数量时，网络性能下降。

2.4实验四：

交换机工作原理

实验配置说明

该拓扑图用于对交换机工作原理的观察和理解。

在数据包的发送过程中，观察交换机地址转发表的变化情况以及其根据地址转发表的不同情况采用不同的方式处理数据包的过程，从而理解交换机通过逆向自学习建立地址转发表及其对数据包的转发规则。

实验目的

1理解交换机通过逆向自学习算法建立地址转发表的过程。

2理解交换机转发数据帧的规则。

3理解交换机的工作原理。

实验步骤

1．任务一：

准备工作

步骤1：

拓扑训练打开该实验对应的练习文件“2-4交换机工作原理.pka”。

若此时交换机端口指示灯呈橙色，则单击主窗口右下角Realtime和Simulation模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色。

在Realtime（实时模式）下，当拓扑图中交换机各端口均呈绿色后，鼠标双击右下角处事件列表中Fire项下的暗红色椭圆图标，至LastStatus均为Successful状态。

若单击后LastStatus不是Successful，则重新双击该事件对应的暗红色椭圆图标。

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

步骤2：

删除交换机地址转发表参照上文给出的删除Switch1上地址转发表的操作方法，分别删除Switch0、Switch1和Switch2上的地址转发表。

2．任务二：

观察交换机的工作原理

步骤1：

查看并记录PC0和PC2的MAC地址鼠标左键单击PC0，在弹出窗口中选择Config选项卡，选择FastEthernet0，查看并记录其MAC地址（图2-13）。

同样的方法，查看并记录PC2的MAC地址。

步骤2：

添加PC0到PC2的数据包进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddSimplePDU（添加简单PDU）按钮，在拓扑图中添加PC0向PC2发送的数据包。

步骤3：

分别查看三台交换机在发送数据前的地址转发表选中拓扑工作区工具条上的Inspect工具，鼠标移至拓扑工作区单击Switch0，在弹出菜单中选择MACTable菜单项，弹出窗口中显示Switch0当前的地址转发表，如图2-14所示（注：

下图仅为说明地址转发表的含义，并不是该步骤的查询结果，实验者需要自行查看并记录结果）。

其中，MacAdddress是PC的MAC地址，Port是该PC与交换机相连的端口号或者PC与通过此端口与该交换机相连的交换机相连，例如，PC4与Switch2相连，Switch2与Switch1相连，Switch1与Switch0的Fa0/3相连，PC4的MAC地址在Switch0的地址转发表中将对应Fa0/3口。

该步骤重点观察并记录源端主机PC0和目标主机PC2的MAC地址是否存在于Switch0的地址转发表中。

参照上述步骤查看并记录Switch1和Switch2的地址转发表。

步骤4：

查看Switch0的学习和转发过程单击Capture/Forward（捕获/前进）按钮一次，在Switch0的图标上出现信封图标后，查看Switch0的地址转发表，与步骤3的结果进行对比，观察并记录增加的地址转发表项。

查看地址转发表的方法可参照步骤3。

单击Capture/Forward（捕获/转发）按钮一次，观察并记录Switch0是如何处理该数据包的（转发，通过特定端口转发；洪泛转发，向所有除接收端口外的其它端口转发；丢弃，不转发数据）。

结合当前状态下Switch0的地址转发表，思考为什么Switch0如此处理该数据包。

步骤5：

观察Switch1和Switch2的学习和转发过程参照步骤4的操作方法，分别针对Switch1和Switch2完成上述操作，在这个过程中对比Switch1和Switch2在接收到数据包前和接收到数据包后地址转发表的变化情况，以及观察其对数据包的处理方式。

结合当前状态下地址转发表，对结果进行思考和分析。

单击下方Delete按钮，删除所有场景。

参照上述操作步骤，完成PC1向PC0发送数据、删除Switch1的地址转发表后PC1向PC0发送数据的实验操作。

思考题

①在实验过程中，将观察结果填入下表。

转发表栏内填写交换机接收到数据后MAC地址转发表中增加的项，如无增加或该交换机未收到该数据帧则用横线表示。

对数据的处理填写转发、洪泛或丢弃，如交换机未收到该数据帧则用横线表示。

2Switch0收到PC0向PC2发送的数据帧后，其地址转发表是否有变化？

如有给出增加的条目并解释原因。

答：

地址转换表增加了一条：

00E0.F966.5625F0/1

③Swtich1收到PC0向PC2发送的数据帧后，是如何处理的？

说明其如此处理的原因。

答：

向除接收端口之外的所有其他端口转发，即洪泛转发。

④在删除Switch1上的地址转发表前后，PC1向PC0发送数据时Swtch2是如何处理的？

说明其如此处理的原因。

答：

向除接收端口之外的所有其他端口转发，即洪泛转发。

2.5实验五：

生成树协议（STP）分析

实验配置说明

在该实验对应的练习文件中包含两个拓扑图，其中拓扑图1中关闭了4台交换机的生成树协议，拓扑图2中开启了4台交换机的生成树协议。

实验过程中，任务一在拓扑图1中完成，任务二和任务三在拓扑图2中完成。

拓扑图1和拓扑图2的其它配置完全相同。

实验目的

1理解链路中的环路问题。

2理解生成树协议的工作原理。

实验步骤

1．任务一：

观察无生成树协议的以太网环路中广播帧的传播

步骤1：

准备工作打开该实验对应的练习文件“2-5生成树协议（STP）分析.pka”。

若此时拓扑图1中交换机端口指示灯呈橙色，则单击主窗口右下角Realtime和Simulation模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色。

否则，略过此步骤。

步骤2：

在拓扑图1中添加广播包进入Simulation（模拟）模式。

设置EventListFilters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。

单击AddComplexPDU（添加复杂PDU）按钮，单击拓