名师精编优秀教案第课时
3、交换机的工作原理（简单介绍）
交换机是工作在OSI参考模型数据链路层的设备，外表和集线器相似。它通过判断数据帧的目的MAC地址，从而将帧从合适的端口发送出去。交换机的冲突域仅局限于交换机的一个端口上。比如，一个站点向网络发送数据，集线器将会向所有端口转发，而交换机将通过对帧的识别，只将帧单点转发到目的地址对应的端口，而不是向所有端口转发，从而有效地提高了网络的可利用带宽。交换机实现数据帧的单点转发是通过MAC地址的学习和维护更新机制来实现的。以太网交换机的主要功能包括MAC地址学习、帧的转发及过滤和避免回路。
交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点连接，也可以与一个共享介质式的以太网集线器连接。如果一个端口只连接一个结点，那么这个结点就可以独占整个带宽，这类端口通常被称作“专用端口”；如果一个端口连接一个与端口带宽相同的以太网，那么这个端口将被以太网中的所有结点所共享，这类端口被称为“共享端口”。例如一个带宽为100Mbps的交换机有10个端口，每个端口的带宽为100Mbps。而Hub的所有端口共享带宽，同样一个带宽100Mbps的Hub，如果有10个端口，则每个端口的平均带宽为10Mbps，如下图所示。
二、交换机数据转发方式(讲解时间：20min)
交换机根据数据帧的MAC（Media Access Control）地址（即物理地址）进行数据帧的转发操作。交换机转发数据帧时，遵循以下规则：
如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）。
如果数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的MAC地址表中，那么也会向所有的端口转发（除数据帧来的端口）。
如果数据帧的目的地址在交换机的MAC地址表中，那么就根据MAC地址表转发到相应的端口。
如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生。
以下图为例来看看具体的数据帧交换过程。
①当主机D发送广播帧时，交换机从E3端口接收到目的地址为ffff.ffff.ffff的数据帧，则向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。
②当主机D与E主机通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.5555的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.5555并不在表中，因此交换机仍然向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。
③当主机D与主机F通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.6666的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.6666也位于E3端口，即与源地址处于同一个网段，所以交换机不会转发该数据帧，而是直接丢弃。
④当主机D与主机A通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.1111的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.1111位于E0端口，所以交换机将数据帧转发至E0端口，这样主机A即可收到该数据帧。
⑤如果在主机D与主机A通信的同时，主机B也正在向主机C发送数据，交换机同样会把主机B发送的数据帧转发到连接主机C的E2端口。这时E1和E2之间，以及E3和E0之间，通过交换机内部的硬件交换电路，建立了两条链路，这两条链路上的数据通信互不影响，因此网络亦不会产生冲突。所以，主机D和主机A之间的通信独享一条链路，主机C和主机B之间也独享一条链路。而这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。这就是交换机主要的特点。
从以上的交换操作过程中，可以看到数据帧的转发都是基于交换机内的MAC地址表，但是这个MAC地址表是如何建立和维护的呢？下面我们就来介绍这个问题。
三、交换机MAC地址管理(讲解时间：20min)
1、交换机MAC地址学习
交换机的MAC地址表中，一条表项主要由一个主机MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成。整张地址表的生成采用动态自学习的方法，即当交换机收到一个数据帧以后，将数据帧的源地址和输入端口记录在MAC地址表中。思科的交换机中，MAC地址表放置在内容可寻址存储器（Content-Address able Memory，CAM）中，因此也被称为CAM表。
当然，在存放MAC地址表项之前，交换机首先应该查找MAC地址表中是否已经存在该源地址的匹配表项，仅当匹配表项不存在时才能存储该表项。每一条地址表项都有一个时间标记，用来指示该表项存储的时间周期。地址表项每次被使用或者被查找时，表项的时间标记就会被更新。如果在一定的时间范围内地址表项仍然没有被引用，它就会从地址表中被移走。因此，MAC地址表中所维护的一直是最有效和最精确的MAC地址/端口信息。
以下图所示为例，来说明交换机的地址学习过程
（1）最初交换机MAC地址表为空。
（2）如果有数据需要转发，如主机PC1发送数据帧给主机PC3，此时，在MAC地址表中没有记录，交换机将向除向E0/1以外的其它所有端口转发，在转发数据帧之前，它首先检查这个帧的源MAC地址（M1），并记录与之对应的端口（E0/1），于是交换机生成（M1，E0/1）这样一条记录，并加入到MAC地址表内。
交换机是通过识别数据帧的源MAC地址学习到MAC地址和端口的对应关系的。当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机将检查MAC地址表中是否已经存在该对应关系。如果不存在，交换机就将该对应关系添加到MAC地址表；如果已经存在，交换机将更新该表项。
（3）循环上一步，MAC地址表不断加入新的MAC地址与端口对应信息。直到MAC地址表记录完成为止。此时，如主机PC1再次发送数据帧给主机PC3时，由于MAC地址表中已经记录了该帧的目的地址的对应交换机端口号，则直接将数据转发到E0/3端口，不再向其他端口转发数据帧。
实训报告以太网帧的封装实验 1．实训目的 1）观察以太网帧的封装格式 2）对比单播以太网帧和广播以太网帧的目标MAC地址 2．实训拓扑图 以太网帧实验拓扑 PC IP地址子网掩码 PC0 PC1 PC2 PC3 3．主要操作步骤及实训结果记录 （1）任务一：观察单播以太网帧的封装 步骤1：准备工作 打开对应文件，完成初始化，删除练习文件中预设场景 步骤2：捕获数据包 进入Simulation模式。添加数据包，单击auto capture/play捕获数据包，再次单击停止捕获 步骤3：观察以太网帧的封装格式 步骤4：观察该广播包的以太网封装
DEST MAC： MAC: 步骤4：观察交换机是否会修改以太网帧各字段取值 DEST MAC：MAC:
（2）任务二：观察广播以太网帧的封装 步骤1：捕获数据包 Pc0数据帧被交换机转发给pc1、pc2、pc3（所有节点），pc1、pc2、pc3（所有节点）接收该广播帧。 步骤2：观察该广播包的以太网封装 DEST MAC：字段的取值： MAC字段取值的含义：广播地址。
4．实训结果分析及心得体会 （1）任务一中，观察到以太网帧封装格式中前导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···1010；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，以太网帧中的前导码有何作用前导码是为了隔离每个以太网帧的,也是定位符。因为以太网是变长的,所以每个帧之间需要前导来区分。 （2）任务一中，Switch0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节点转发 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。
共享式以太网 共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中，集线器将很多以太网设备集中到一台中心设备上，这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲，以集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。 集线器的工作原理： 集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质，其结果是它们也共享同一冲突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个广播信息，集线器会将这个广播传播给所有同它相连的节点，因此它也是一个单一的广播域。 集线器的工作特点： 集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。 集线器同中继器一样都是工作在物理层的网络设备。 共享式以太网存在的弊端：由于所有的节点都接在同一冲突域中，不管一个帧从哪里来或到哪里去，所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加，大量的冲突将导致网络性能急剧下降。而且集线器同时只能传输一个数据帧，这意味着集线器所有端口都要共享同一带宽。 交换式以太网 交换式结构： 在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。 为什么要用交换式网络替代共享式网络： ·减少冲突：交换机将冲突隔绝在每一个端口（每个端口都是一个冲突域），避免了冲突的扩散。 ·提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是各个节点共享带宽。 交换式以太网是以交换式集线器（switching hub）或交换机（switch）为中心构成，是一种星型拓扑结构的网络。简称为交换机为核心设备而建立起来的一种高速网络，这种网络在近几年运用的非常广泛。 交换式以太网技术的优点 交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式HUB，节省用户网络升级的费用。 交换式以太网和共享式以太网区别
以太网帧格式 百科名片 现在的以太网帧格式 以太网帧格式，即在以太网帧头、帧尾中用于实现以太网功能的域。目录
编辑本段 编辑本段历史分类 1.Ethernet V1 这是最原始的一种格式，是由Xerox PARC提出的3Mbps CSMA/CD以太网标准的封装格式，后来在1980年由DEC，Intel和Xerox标准化形成Ethernet V1标准. 2.Ethernet V2(ARPA) 由DEC，Intel和Xerox在1982年公布其标准，主要更改了Ethernet V1的电气特性和物理接口，在帧格式上并无变化；Ethernet V2出现后迅速取
代Ethernet V1成为以太网事实标准；Ethernet V2帧头结构为6bytes的源地址+6bytes的目标地址+2Bytes的协议类型字段+数据。 以太网帧格式 3.RAW 802.3 这是1983年Novell发布其划时代的Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式，该格式以当时尚未正式发布的802.3标准为基础；但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化—IEEE在802.3帧头中又加入了802.2 LLC(Logical Link Control)头，这使得Novell的RAW 802.3格式跟正式的IEEE 802.3标准互不兼容. 4.802.3/802.2 LLC 这是IEEE 正式的802.3标准，它由Ethernet V2发展而来。它将Ethernet V2帧头的协议类型字段替换为帧长度字段(取值为0000-05dc;十进制的1500)；并加入802.2 LLC头用以标志上层协议，LLC头中包含DSAP，SSAP以及Crontrol字段. 5.802.3/802.2 SNAP 这是IEEE为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议同时更好的支持IP协议而发布的标准，与802.3/802.2 LLC一样802.3/802.2 SNAP也带有LLC头，但是扩展了LLC属性，新添加了一个2Bytes的协议类型域（同时将SAP的值置为AA），从而使其可以标识更多的上层协议类型；另外添加了一个3Bytes的OUI字段用于代表不同的组织，RFC 1042定义了IP报文在802.2网络中的封装方法和ARP协议在802.2 SANP中的实现. 802.3以太网帧格式备注： 前导码（7字节）、帧起始定界符（1字节）、目的MAC地址（6字节）、源MAC地址（6字节）、类型/长度（2字节）、数据（46~1500字节）、帧校验序列（4字节）[MAC地址可以用2－6字节来表示，原则上是这样，实际都是6字节] 图2 IEEE802.3以太帧头
-------------学院 课程设计III课程设计设计说明书 组建简单以太网 学生姓名 学号 班级网络1202 成绩 指导教师 数学与计算机科学学院 2015年 3月 7 日
课程设计任务书 2014—2015学年第二学期 课程设计名称：课程设计III课程设计 课程设计题目：组建简单以太网 完成期限：自2015 年 3 月 5 日至2015 年 3 月13 日共 2 周 设计内容： 在Cisco Packet Tracer中构建一个局域网（有计算机、交换机和集线器构成），并且对每台计算机的IP地址和子网掩码进行配置，让局域网中的每台计算机可以相互通信 认识简单的网络拓扑结构；掌握组建以太网的技术与方法：网卡、安装配置、连通性测试等。 指导教师：教研室负责人： 课程设计评阅
摘要 本次课程设计是通过PacketTracer软件组建一个简单的以太网，并采用PacketTracer软件作为网络模拟开发环境实现该以太网，测试其连通性，采用计算机网络原理进行配置和连接，使本以太网具有基本的连接、通信功能，由此对网络结构有所掌握和学习。 关键词：计算机；以太网；PacketTracer
目录 1 课题描述 (1) 2 原理介绍 (2) 2.1 实验目的及要求 (2) 2.2网络设备概述 (2) 2.2 以太网介绍 (3) 3 以太网设计与实现 (5) 3.1网络的设计 (5) 3.2 PC机的IP设置 (5) 4测试及分析 (7) 4.1测试连通性 (7) 4.2分析注意事项 (10) 5 总结 (11) 参考文献 (12)
1 课题描述 本次课程设计是通过认识简单的网络拓扑结构；掌握组建以太网的技术与设计方法；并且基本了解网卡的安装、配置驱动程序、配置TCP/IP协议、连通性测试等操作，对计算机网络原理有实践性认识，提高对实际网络问题的分析解决能力。 开发工具：PacketTracer
以太网的帧结构 要讲帧结构，就要说一说OSI七层参考模型。 一个是访问服务点，每一层都对上层提供访问服务点（SAP），或者我们可以说，每一层的头里面都有一个字段来区分上层协议。 比如说传输层对应上层的访问服务点就是端口号，比如说23端口是telnet，80端口是http。IP层的SAP是什么？ 其实就是protocol字段，17表示上层是UDP，6是TCP,89是OSPF，88是EGIRP,1是ICMP 等等。 以太网对应上层的SAP是什么呢？就是这个type或length。比如 0800表示上层是IP，0806表示上层是ARP。我 第二个要了解的就是对等层通讯，对等层通讯比较好理解，发送端某一层的封装，接收端要同一层才能解封装。 我们再来看看帧结构，以太网发送方式是一个帧一个帧发送的，帧与帧之间需要间隙。这个叫帧间隙IFG—InterFrame Gap IFG长度是96bit。当然还可能有Idle时间。 以太网的帧是从目的MAC地址到FCS,事实上以太网帧的前面还有preamble，我们把它叫做先导字段。作用是用来同步的，当接受端收到 preamble，就知道以太网帧就要来了。preamble 有8个字节前面7个字节是10101010也就是16进制的AA，最后一个字节是 10101011,也就是AB，当接受端接受到连续的两个高电平，就知道接着来的就是D_mac。所以最后一个字节AB我们也叫他SFD（帧开始标示符）。 所以在以太网传输过程中，即使没有idle，也就是连续传输，也有20个字节的间隔。对于
大量64字节数据来说，效率也就显得不 1s = 1,000ms=1,000,000us 以太网帧最小为64byte（512bit） 10M以太网的slot time ＝512×0.1 = 51.2us 100M以太网的slot time = 512×0.01 = 5.12us 以太网的理论帧速率： Packet/second=1second/(IFG+PreambleTime+FrameTime) 10M以太网：IFG time=96x0.1=9.6us 100M以太网：IFG time=96x0.01=0.96us 以太网发送方式是一个帧一个帧发送的，帧与帧之间需要间隙。这个叫帧间隙IFG—InterFrame Gap 10M以太网：Preamble time= 64bit×0.1=6.4us 100M以太网：Preamble time= 64bit×0.01=0.64us Preamble 先导字段。作用是用来同步的，当接受端收到preamble，就知道以太网帧就要来了 10M以太网：FrameTime=512bit×0.1=51.2us 100M以太网：FrameTime=512bit×0.01=5.12us 因此，10M以太网64byte包最大转发速度＝1,000,000 sec÷（9.6+6.4+51.2）= 0.014880952Mpps 100M以太网64byte包最大转发速度＝1,000,000 sec÷（0.96+0.64+5.12）= 0.14880952Mpps
2.3 交换式以太网实验 2.3.1 实验目的 一是验证交换式以太网的连通性，证明连接在交换式以太网上的任何两个分配了相同网络号、不同主机号的IP地址的终端之间能够实现IP分组传输过程。而是验证转发表建立过程。三是验证交换机MAC帧转发过程，重点验证交换机过滤MAC帧的功能，即如果交换机接收MAC帧的端口与该MAC帧匹配的转发项中的转发端口相同，交换机丢弃该MAC帧。四是验证转发项与交换式以太网拓扑结构一致性的重要性。 2.3.2 实验原理 通过各个终端之间相互交换IP分组，在三个交换机中建立四个终端对应的转发项。清楚交换机S1中的转发表内容，启动终端A至终端B的MAC帧传输过程，由于交换机S1广播该MAC帧，使得交换机S2连接交换机S1的端口接收到该MAC帧。由于交换机S2中与该MAC帧匹配的转发项中的转发端口就是交换机S2连接交换机S1的端口，交换机S2将丢弃该MAC帧。 在三个交换机的转发表中均存在四个终端对应的转发项的前提下，终端A端口与交换机S1的连接，并重新连接到交换机S3中。在终端A发送的MAC帧到达交换机S2前，交换机S2的转发表中仍然保留用于指明终端A的MAC地址，与交换机S2连接交换机S1的端口之间关联的转发项，这种情况下，如果启动终端B至终端A的MAC帧传输过程，交换机S1由于监测到原来连接终端A的端口处于关闭状态，将以该端口为转发端口的转发项变为无效转发项，交换机S1将广播该MAC帧。交换机S1通过连接交换机S2的端口输出的MAC 帧到达交换机S2。由于交换机2中与该MAC帧匹配的转发项的转发端口与接收该MAC帧的端口相同，交换机S2将丢弃该MAC帧。同样，对于交换机S3，在终端A发送的MAC帧到达交换机S3前，交换机S3的转发表中仍然保留用于指明终端A的MAC地址与交换机S3连接交换机S2的端口之间关联的转发项。如果启动终端C至终端A的MAC帧传输过程，交换机S3将通过连接交换机S2的端口输出该MAC帧。 解决上述问题的方法有两种：一是终端A广播一帧MAC帧，即发送一帧以终端A的MAC地址为源地址，以广播地址为目的地址的MAC帧；二是等到所有交换机的转发表中与终端A的MAC地址匹配的转发项过时。 2.3.3 实验步骤 （1）启动Packet Tracer，在逻辑工作区中按照图2.15所示网络结构放置和连接设备，需要强调的是，用于互连交换机的连线是交叉线，用于互连交换机和终端的连接线是直通线。按照图2.15所示的终端配置信息完成各个终端的IP地址和子网掩码设置。图2.16所示的是PC0以太网接口的配置界面，PC0的MAC地址为0001.C77E.C3E2。完成设备放置和连接后的逻辑工作区界面如图2.17所示。通过简单报文工具完成各个终端之间的ICMP报文交换后，各个交换机的转发表内容如图2.17所示。 （2）断开PC0与交换机Switch1之间的连接，并将PC0重新连接到交换机Switch3上，通过简单报文工具启动PC1至PC0的MAC帧传输过程，由于交换机Switch1连接终端A的端口处于关闭状态，以该端口为转发端口的转发项变为无效转发项，这种情况下，如果启动PC1至PC0的MAC帧传输过程，交换机Switch1将广播该MAC帧。当交换机Wwitch2接收到该MAC帧，发现与该MAC帧匹配的转发项的转发端口与接收该MAC帧的端口相同，交换机Switch2将丢弃该MAC帧。如图2.18所示，交换机Switch2转发表中与PC0的MAC地址0001.C77E.C3E2匹配的转发项的转发端口是FastEthernet0/1，该端口是交换机Switch2连接交换机Switch1的端口，也是接收PC1发送给PC0的MAC帧的端口。 （3）在PC0发送MAC帧钱，交换机Switch3转发表中与PC0的MAC地址0001.C77E.C3E2
2、试简述主机1（IP地址为192.168.25.1，MAC地址为E1）向主机2（IP地址为192.168.25.2，MAC地址为E2）发送数据时ARP 协议的工作过程（主机1、主机2在同一个子网内）。答： （1）当主机1要向主机2发送数据时，必须知道主机2的MAC地址，为此，先根据主机2的IP地址在本机的ARP缓冲表内查找，如找到E2，则把E2填到MAC帧中，并把数据发送给主机2；（1分） （2）如果在本机的ARP缓冲表内找不到主机2的MAC地址，则主机1产生一个ARP询问包，其中包含主机1的IP地址，MAC地址E1，主机2的IP地址，并广播到网络上询问有谁知道主机2的MAC地址？（2分） （3）主机2收到ARP询问包后，根据询问者的IP和MAC地址E1立即向主机1回送一个ARP响应包，其中包含主机1的IP地址，MAC地址E1，主机2的IP地址和MAC地址E2，从而主机1获得了主机2的MAC地址E2，进而可向主机2发送数据。（2分） 4、试简述TCP协议在数据传输过程中收发双方是如何保证数据包的可靠性的。 答： （1）为了保证数据包的可靠传递，发送方必须把已发送的数据包保留在缓冲区；（1分）（2）并为每个已发送的数据包启动一个超时定时器；（1分） （3）如在定时器超时之前收到了对方发来的应答信息（可能是对本包的应答，也可以是对本包后续包的应答），则释放该数据包占用的缓冲区；（1分） 4、否则，重传该数据包，直到收到应答或重传次数超过规定的最大次数为止。（1分） 5、接收方收到数据包后，先进行CRC 校验，如果正确则把数据交给上层协议，然后给发送方发送一个累计应答包，表明该数据已收到，如果接收方正好也有数据要发给发送方，应答包也可方在数据包中捎带过去。（1分） 2. 试比较交换式以太网采用的存储转发、直通转发、无碎片直通转发的优缺点。 答： （1）存储转发是交换机将一个数据包全部接收下来再转发出去，这种方式的好处就是可以判断一个数据包的完整性和正确性，隔离被破坏的数据包在网上继续流动。但因为是将数据包接收下来再传输，交换的速度比较慢；（1分） （2）直通转发是交换机在得到数据包的目的IP地址后就转发，这种方式的优点是转发速度较快，但不对转发的包进行完整性判断，会导致一些数据包碎片在网上传输；（1分） （3）无碎片直通转发是交换机在得到数据包的前64个字节后就转发，对与小于64个字节的数据包认为是碎片，不进行转发，这种方式的既避免了存储转发速度慢的问题，又避免了直通转发有碎片的问题。（3分） 2. 学生A希望访问网站https://www.doczj.com/doc/d818224879.html,，A在其浏览器中输入https://www.doczj.com/doc/d818224879.html,并按回车，直到新浪的网站首页显示在其浏览器中，请问：在此过程中，按照TCP/IP参考模型，从应用层到网络层都用到了哪些协议？ 答： （1）应用层：HTTP：WWW访问协议，DNS：域名解析；（3分） （2）传输层：TCP：在客户和服务器之间建立连接，提供可靠的数据传输；（4分） （3）网络层：IP：IP包传输和路由选择，ICMP：提供网络传输中的差错检测，ARP：将本机的缺省网关IP地址映射成物理MAC地址。（4分 （1）采用三次握手的方式；（2分） （2）红军1给红军2发送电文，决定次日凌晨6点向白军发起攻击，请求红军2协同作战，并等待红军2的应答，如果在规定时间内没有收到应答，则重发请求；（3分） （3）红军2如果收到红军1的作战报文后，则回送一个响应报文，表明已知道次日凌晨6
计算机网络传统以太网 传统以太网也被称为标准以太网或共享式以太网是最早期的以太网，，它使用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）访问控制方法。 传统以太网的核心思想是在共享的公共传输媒体上以半双工传输模式工作，其吞吐量只有10Mb/s。传统以太网，在同一时刻只能发送数据或者接收数据，但不能同时发送和接收数据，其传输介质通常采用双绞线。 1．10 Base-5 10 Base-5是最早的以太网IEEE 802.3标准，它使用直径为10mm、电阻为50Ω的粗同轴电缆进行连接，它允许每段有100个站点。因此在一个网段上所有站点有经过一根同轴电缆进行连接，其最大长度为500m。在设计时需要遵循5-4-3标准，在该标准中各数字代表的意义为： ●5表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有5个电缆段。 ●4表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有4个中继器。 ●3表示网络中任意两个端到端的节点之间最多只能有3个共享网段。 在使用10 Base-5标准以太网时，站点必须使用收发器连接到电缆上，或者使用介质连接单元（MAU），这些设备用一个“吸血鬼”龙头压倒电缆上。 2．10Base-2 10Base-2是一个细缆以太网标准，被人们戏称为“廉价网”，它采用的传输介质是基带细同轴电缆，电阻为50Ω，数据传输速率为10Mb/s，拓扑结构为总线型，电缆段上工作站间的距离为0.5m的整数倍，每个电缆段内最多只能使用30台终端，每个电缆段不能超过185m。它也遵循5-4-3标准，电缆长度最大为925m。 10Base-2细缆可以通过BNC-T型连接器，网卡BNC连接插头直接与网卡连接。为了防止同轴电缆端头的信号反射，在同轴电缆的两个端头需要连接两个阻抗为50Ω的终端匹配器。 3．10Base-T 1991年IEEE 802.3工作组发布了以太网10Base-T标准。它与使用同轴电缆作为传输介质的以太网不同，在10Base-T网络中采用了总线和星型相结合或单独使用星型的拓扑结构，即所有的站点均连接到一个中心集线器上，其中每个电缆段长度不能超过100m。它也遵循5-4-3标准，整个网络最大跨距为500m。 10Base-T以太网的优点之一是故障检测较为容易，只需使用双绞线，从根本上改变了传统局域网不易布线和维护的困难，而且不降低数据的传输速率，在使用时应注意以下规则： ●集线器与集线器间的最大距离为100m； ●任何一条线路都不能形成环路； ●双绞线与网络接口及集线器之间均采用RJ-45标准接口； ●传输介质均采用非屏蔽双绞线； ●一条链路最多可以串联4个集线器。 4．10Base-F 10Base-F是光缆以太网标准，它基于光缆互联中继器，即通过光缆链路以达到扩展传输距离的目的。它遵循5-4-3标准，但由于受到CSMA/CD的限制，其整个网络的最大跨距为4000m。 10Base-F使用两条光缆，其中一条光缆用于接收，另一条光缆用于发送，并定义了FOIRL、10Base-FP、10Base-FB和10Base-F1规范。
以太网帧格式详解: Etherne II 报头8 目标地址6 源地址6 以太类型2 有效负载46－1500 帧检验序列4 报头：8个字节，前7个0，1交替的字节（10101010）用来同步接收站，一个1010101011字节指出帧的开始位置。报头提供接收器同步和帧定界服务。 目标地址：6个字节，单播、多播或者广播。单播地址也叫个人、物理、硬件或MAC地址。广播地址全为1，0xFF FF FF FF。 源地址：6个字节。指出发送节点的单点广播地址。 以太网类型：2个字节，用来指出以太网帧内所含的上层协议。即帧格式的协议标识符。对于IP报文来说，该字段值是0x0800。对于ARP信息来说，以太类型字段的值是0x0806。 有效负载：由一个上层协议的协议数据单元PDU构成。可以发送的最大有效负载是1500字节。由于以太网的冲突检测特性，有效负载至少是46个字节。如果上层协议数据单元长度少于46个字节，必须增补到46个字节。 帧检验序列：4个字节。验证比特完整性。 IEEE 802.3 根据IEEE802.2 和802.3标准创建的，由一个IEEE802.3报头和报尾以及一个802.2LLC报头组成。 报头7 起始限定符1 目标地址6（2）源地址6（2）长度2 DSAP1 SSAP1 控件2 有效负载3 帧检验序列4 －－－－－－－－－－－802.3报头－－－－－－－－－－－－－－§－ －－802.2报头－－－－§ §－802.3报尾－§
IEEE802.3报头和报尾 报头：7个字节，同步接收站。位序列10101010 起始限定符：1个字节，帧开始位置的位序列10101011。 报头＋起始限定符＝Ethernet II的报头 目标地址：同Ethernet II。也可以为2个字节，很少用。 源地址：同Ethernet II。也可以为2个字节，很少用。 长度：2个字节。 帧检验序列：4个字节。 IEEE802.2 LLC报头 DSAP：1个字节，指出帧的目标节点的上层协议。Destination Service Access Point SSAP：1个字节，指出帧的源节点的上层协议。Source Service Access Point DSAP和SSAP相当于IEEE802.3帧格式的协议标识符。为IP定义的DSAP和SSAP 字段值是0x06。但一般使用SNAP报头。 控件：1－2个字节。取决于封装的是LLC数据报（Type1 LLC）还是LLC通话的一部分（Type2 LLC）。 Type1 LLC：1个字节的控件字段，是一种无连接，不可靠的LLC数据报。无编号信息，UI帧，0x03。 Type2 LLC：2个字节的控件字段，是一种面向连接，可靠的LLC对话。 对IP和ARP，从不使用可靠的LLC服务。所以，都只用Type1 LLC，控件字段设为0x03。 区分两种帧 根据源地址段后的前两个字节的类型不同。 如果值大于1500（0x05DC），说明是以太网类型字段，EthernetII帧格式。值小于等于1500，说明是长度字段，IEEE802.3帧格式。因为类型字段值最小的是0x0600。而长度最大为1500。 IEEE802.3 SNAP 虽然为IP定义的SAP是0x06，但业内并不使用该值。RFC1042规定在IEEE802.3， 802.4， 802.5网络上发送的IP数据报和ARP帧必须使用SNAP（Sub Network Access Prototol)封装格式。 报头7 起始限定符1 目标地址6 源地址6 长度2 DSAP1 SSAP1 控件1 组织代码3 以太类型2 IP数据报帧检验序列 －－－－IEEE802.3报头－－－－－－－－－－－§IEEE8023 LLC报头－－－§－－SNAP报头－－－－§ §802.3报尾§ 0x0A 0x0A 0x03 0x00-00-00 0x08-00 (38-1492字节) Ethernet地址 为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器（网络接口卡）分配一个唯一的通信地址，即Ethernet地址或称为网卡的物理地址、MAC 地址。 IEEE负责为网络适配器制造厂商分配Ethernet地址块，各厂商为自己生产的每块网络适配器分配一个唯一的Ethernet地址。因为在每块网络适配器出厂时，其Ethernet地址就已被烧录到网络适配器中。所以，有时我们也将此地址称为烧录地址（Burned-In-Address，BIA）。
1．共享式以太网采用了（）协议以支持总线型的结构 A.ICMP B.ARP C.SPX D.CSMA/CD 2．一台IP地址为10.110.9.113/21 主机在启动时发出的广播IP是 A.10.110.9.255 B.10.110.15.255 C.10.110.255.255 D.10.255.255.255 3．关于交换机的交换机制描述正确的是：（本题3项正确） A.直通式(Cut-Through)：交换机一旦确定目的MAC和正确的端口号后即开始转发收到的数 据 B.存储转发式(Sore&Forward)：交换机在转发一个数据帧之前，除要确认目的MAC和端口 号外，还要接收并处理完整的帧 C.在改进型的直通式：交换机在接收到数据帧的64个字节后，才开始转发该帧 D.直通式转发数据帧的效率低，存储转发式转发数据帧的效率高 4．在以太网交换机中哪种转发方法延迟最小 A.全双工 B.Cut-through C.Store-and-forward D.半双工 5．采用CSMA/CD技术的以太网上的两台主机同时发送数据，产生碰撞时，主机应该做何处理 A.产生冲突的两台主机停止传输，在一个随机时间后再重新发送 B.产生冲突的两台主机发送重定向信息，各自寻找一条空闲路径传输帧报文 C.产生冲突的两台主机停止传输，同时启动计时器，15秒后重传数据 D.主机发送错误信息，继续传输数据 6．集线器一般用于哪种网络拓扑中： A.总线形 B.星形网络 C.环形网络 D.树形网络 7．下列关于三层交换的理解正确的是：（本题3项正确） A.三层交换就是在交换机中增加了三层路由器的部分功能，合而为一 B.三层交换技术＝二层交换技术＋三层转发技术 C.三层技术的实质是一次路由，多次交换，利用硬件实现三层路由 D.三层交换的实现可以分为采用硬件实现和软件实现两种 8．100M端口的全线速包(64字节)转发能力是多少： A.144880pps B.1448800pps C.14488000pps D.100000000pps 9．下面的聚合端口的配置中有错误，请指出：
计算机网络实验报告 学院计算机与通信工程学院专业网络工程班级1401班 学号20姓名实验时间：2016.5.13 一、实验名称： FTP协议分析实验 二、实验目的： 分析FTP 报文格式和FTP 协议的工作过程，同时学习 Serv-U FTP Server服务软件的基本配置和FTP 客户端命令的使用。 三、实验环境： 实验室局域网中任意两台主机PC1，PC2。 四、实验步骤及结果： 步骤1：查看实验室PC1和PC2的IP地址，并记录，假设PC1的IP 地址为10.64.44.34，PC2的IP地址为10.64.44.35。 步骤2：在PC1上安装Serv-U FTP Server，启动后出现图1-20所示界面。 点击新建域，打开添加新建域向导，完成如下操作。 添加域名：https://www.doczj.com/doc/d818224879.html,；设置域端口号：21（默认）；添加域IP地址：10.28.23.141；设置密码加密模式：无加密，完成后界面如图1-21所示。 完成上述操作后，还需要创建用于实验的用户帐号。点击图1.20中
浮动窗口中的“是”按钮，打开添加新建用户向导：添加用户名：test1；添加密码：123；设置用户根目录（登陆文件夹）；设置是否将用户锁定于根目录：是（默认）；访问权限：只读访问，完成后界面如图1-22所示。 新建的用户只有文件读取和目录列表权限，为完成实验内容，还需要为新建的用户设置目录访问权限，方法为点击导航——〉目录——〉目录访问界面，然后点击添加按钮， 按照图1-23所示进行配置。 步骤3：在PC1 和PC2 上运行Wireshark，开始捕获报文。 步骤4：在PC2 命令行窗口中登录FTP 服务器，根据步骤2中的配置信息输入用户名和口令，参考命令如下： C:\ >ftp ftp> open To 10.28.23.141 //登录ftp 服务器 Connected to 10.28.23.141 220 Serv-U FTP Server v6.2 for WinSock ready... User(none): test1 //输入用户名 331 User name okay, need password. Password:123 //输入用户密码 230 User logged in, proceed. //通过认证，登录成功
全双工以太网技术 2008-12-06 23:15:21 作者：admin来源：浏览次数：1142 网友评论 1 条全双工以太网技术 全双工以太网技术 所谓全双工(Full-Duplex)是指在一条网络链路上可以同时进行数据接收和发送。广域网中的链路通常是全双工的，但局域网以前一直工作在半双工方式下。因为在总线方式下采用的是CSMA/CD技术，虽然使用了两对双绞线与集线器进行连接，一对用于发送，另一对用于接收，但根据CSMA/CD技术规定，在发送时必须在接收电缆上“监听”冲突信号，而不能接收数据。因此只能工作在半双工方式下，否则就会产生冲突。由于半双工以太网受到了CSMA/ CD的约束，使得这些网段上的传输线路的长度（或者称为网段跨距）受到限制，进而影响了网络的覆盖范围，而且网络带宽越高，影响越大。 采用交换机来连接网络以后，交换机的每个端口只连接一个工作站。交换机的端口和工作站都分别使用一对线路进行发送，而从另一对线路上接收，这样就不会再产生冲突，也就不需要在发送帧的同时用接收电缆监听冲突信号，因此就能够使用全双工方式进行通信。在网络结构和连线不变的情况下，以全双工方式进行工作，使网络的带宽提高了一倍，如图3-4所示。有些公司称自己的交换机能够支持20Mbps或200Mbps的网络传输，实际上就是10Mb ps或100Mbps网络采用全双工交换以太网的变相说法。 全双工以太网技术的使用不仅提高了网络速度，而且也可以拓宽以太网的覆盖范围，比如1 00Base-FX的半双工以太网网段的最长距离为412m，而100Base-FX的全双工以太网网段的最长距离可以达到2 000m。 在实际组网时，交换机与交换机之间、交换机与单个工作站之间一般都采用了全双工传输方式。如果交换机的端口中连接的是集线器，在集线器中再连接了多个工作站，那么这些工作
实验一组建对等以太网 一实验目的 （1）熟悉网卡、线缆、交换机等网络硬件设备； （2）熟悉Windows2000/XP下的网络组建及各参数的设置； （3）了解计算机网络的基本结构,熟悉对等网络的特点。 二实验任务 双绞线的制作及测试，完成对等网络的组建。 三实验器材 计算机、网卡、电缆、交换机、WINDOWS2000/XP操作系统。 四实验准备 1. 区分三种电缆的不同连接方法及用途 （1）直通线一般用于工作站与集线器（或交换机）之间或配线架与集线器（或交换机）之间的连接(图1.1)，线缆两端的RJ-45接头的线序完全相同。 （2）交叉线一般用于集线器（或交换机）与集线器（或交换机）之间的连接图（图1.1），线缆两端的RJ-45接头的线序一端是TIA/EIA 568A，另一端是TIA/EIA 568B (图1.2)。工程中多选择T568B标准。 图1 直通线与交叉线的应用 （3）反转线一般用于与Console端口的连接。用于RJ-45与RS-232之间的转换，其两端线序完全相反。 图2TIA/EIA 568A及TIA/EIA 568B标准
2．熟悉实验工具及使用方法 网线制作与测试的主要工具是线钳与测线器（图1.3-1.6）。 图1.3线钳测线器图1.4线钳 图1.5测线器（正面）图1.6测线器（侧面） 3．掌握网络互连设备的作用、检查设备的性能参数 检查网卡、以太网交换机、二层交换机、三层交换机、路由器的型号、参数及性能（图1.7-1.9）。 图1.7AMP以太网交换机
图1.8锐捷三层交换机3550与二层交换机1908 图1.9 锐捷路由器2601 五. 实验步骤 1 网线的制作与测试 (1) 每组做1根直通线，一根交叉线。 (2) 将每根线用测线仪进行测试。 网线制作好之后，首先进行连通性测试。如果是一项实际工程，还需要按照国际标准TIA/EIA TSB-67对布线系统的端接线图、长度、衰减和近端串扰进行测试。 连通性测试可以使用仪器仪表进行，本实验采用网络布线中常用的测线器（cable tester）。测试线缆时，将一根线缆的两端分别插入主副测试仪的插座中，然后打开电源。对于直通线，正确时，两端的8个信号灯会按相同的顺序跳亮；对于交叉线，在主测试仪端，信号灯按1-2-3-4-5-6-7-8的顺序亮灯时，在副测试仪中信号灯会按1-3-2-4-5-6-7-8的顺序亮灯。否则，表明有错。若有信号灯不亮，则说明此路线不通。 2 安装网卡及网卡驱动程序 3 连接计算机 （1）RJ-45头分别插入计算机后面的RJ-45插座内。 （2）将计算机与交换机之间用双绞线（直通线）连接起来。
实训3交换式以太网 在计算机网络新应用技术发展过程中，局域网技术一直是最为活跃的领域之一。局域网技术已经在企业、机关、学校乃至家庭中得到了广泛的应用。本次实训利用多台计算机和交换机构建一个小型的交换式以太网。 【实训内容】 ◎局域网的特点（拓扑结构、工作模式、连接介质、介质访问控制方法）◎常用联网设备（交换机、路由器） ◎以太网的特点以及新技术 .1准备知识 .1.1局域网 局域网（LAN，Local Area Networks）是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络。从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点： 1．传输速率高 局域网内计算机间数据传输速度非常快，根据传输介质和网络设备的不同，线路所提供的带宽最小也能达到10Mbps，稍快一些可达到100Mbps、1000Mbps，甚至是10Gbps，所以能支持计算机之间的高速通信，时延较低。无论是普通的办公自动化、多媒体教学还是视频点播，都能非常轻松地实现。 2．区域范围小 不同地传输介质所能够提供的传输距离是不同的。一般，双绞线为100米，多模光纤为200～500米、单模光纤则可以达到10千米～100千米。虽然借助于单模光纤和相应的网络设备，可以将局域网的传输访问扩大至数十千米，局域网往往不会拥有如此巨大的规模。通常情况下，只需要使用多模光纤将各建筑物连接起来。除非由于合并（如高等院校间的合并）或吞并（如企业间的购并）等特殊原因，将原来相隔较远的两个或两个以上地域内的计算机连接起来而形成的网络，才会用到单模光纤。 3．误码率低 相对于广域网和城域网由于局域网的传输距离较短、经过的网络连接设备少，且受到外界干扰的程度也小，所以数据在传输过程中的误码率也相对较低。误码率通常可控制在10-8。 4．易于维护和管理 局域网通常由一个单位或组织建设和拥有，易于维护和管理
第七篇以太网交换技术 第二十八章以太网交换技术原理 在局域网中，交换机是非常重要的网络设备，负责在主机之间快速转达数据帧。交换机与集线器的不同之处在于，交换机工作在数据链路层，能够根据数据帧中的mac地址进行转发 28.1 共享式与交换式以太网 1.共享式以太网 Hub与同轴电缆都是典型的共享式以太网所用的设备，工作在OSI模型的物理层。Hub与同轴电缆所连接的设备位于一个冲突域中，域中是设备共享宽带，设备间利用CSMA/CD机制来检测及避免冲突。 共享式以太网中，每个终端所使用的宽带大致相当于总线带宽、设备数量。缺点： （1）终端主机会收到大量的不属于自己的报文，它需要对这些报文进行过滤，从而影响主机处理性能。 （2）两个主机之间的通讯数据会毫无保留地被第三方收到，造成一定的网络安全隐患。 2.交换式以太网 交换式以太网大大减小了冲突域的范围，增加了终端主机之间的宽带，过滤了一部分不需要转发的报文。 交换式以太网所使用的设备是网桥和二层交换机。 二层交换机与网桥的区别在于交换机比网桥的端口更多、转发能力更强、特性更加丰富。 二层交换机也采用CSMA/CD机制来检测以及避免冲突，但与Hub所不同的是，二层交换机各个端口会独立地进行冲突检测，发送和接收数据，互相不干扰。所以。二层交换机中各个端口属于不同的冲突域，端口之间不会竞争带宽的冲突发生。 由于二层交换机的端口处于不同的冲突域中，终端主机可以独占端口的带宽，所以交换式以太网的交换效率大大高于共享式以太网。 28.2MAC地址学习 为了转发报文，以太网交换机需要维护mac地址表。Mac地址表的表项中包含了与本交换机相连的终端主机的mac地址、本交换机连接主机的端口等信息。 交换机在mac地址学习时，需要遵循的原则： 一个mac地址只能被一个端口学习。 一个端口可学习多个mac地址。 如果一个主机从一个端口转移到另一个端口，交换机在新的端口学习到了此主机mac地址，则会删除原有的表项。
【实验一以太网数据帧的构成】 【实验目的】 1、掌握以太网帧的构成，了解各个字段的含义； 2、能够识别不同的MAC地址并理解MAC地址的作用； 3、掌握网络协议分析器的基本使用方法； 4、掌握协议仿真编辑器的基本使用方法； 【实验学时】 4学时； 【实验类型】 验证型； 【实验内容】 1、学习协议仿真编辑器的五个组成部分及其功能； 2、学习网络协议分析器的各组成部分及其功能； 3、学会使用协议仿真编辑器编辑以太网帧，包括单帧和多帧； 4、学会分析以太网帧的MAC首部； 5、理解MAC地址的作用； 6、理解MAC首部中的LLC-PDU长度/类型字段的功能； 7、学会观察并分析地址本中的MAC地址； 8、了解LLC-PDU的内容； 【实验原理】 局域网（LAN）是在一个小的范围内，将分散的独立计算机系统互联起来，实现资源的共享和数据通信。局域网的技术要素包括了体系结构和标准、传输媒体、拓扑结构、数据编码、媒体访问控制和逻辑链路控制等，其中主要的技术是传输媒体、拓扑结构和媒体访问控制方法。局域网的主要的特点是：地理分布范围小、数据传输速率高、误码率低和协议简单等。 1、三个主要技术 ⑴传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆、无线。 ⑵拓扑结构：总线型拓扑、星型拓扑和环型拓扑。 ⑶媒体访问控制方法：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术。 2、IEEE 802标准的局域网参考模型 IEEE 802参考模型包括了OSI/RM最低两层（物理层和数据链路层）的功能。OSI/RM的数据链路层功能，在局域网参考模型中被分成媒体访问控制MAC（Medium Access Control）和逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）两个子层。由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802 标准特意把LLC 独立出来形成单独子层，使LLC子层与媒体无关，仅让MAC子层依赖于物理媒体和媒
V ol.14, No.3 ?2003 Journal of Software 软 件 学 报 1000-9825/2003/14(03)0496 交换式以太网上的多播协议 ? 王 军+, 吴志美 (中国科学院 软件研究所,北京 100080) Multicast Protocol over Switch Ethernet WANG Jun +, WU Zhi-Mei (Institute of Software, The Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China) + Corresponding author: Phn: 86-10-62645407, E-mail: wyj@https://www.doczj.com/doc/d818224879.html, https://www.doczj.com/doc/d818224879.html, Received 2001-10-16; Accepted 2002-04-10 Wang J, Wu ZM. Multicast protocol over switch Ethernet. Journal of Software , 2003,14(3):496~502. Abstract : Many services, including video conference, whiteboard and video broadcasting, have been running over LANs. However, most of LANs, such as Ethernet, treat multicast just as broadcast, and they all have few supports for multicast. In this paper, a multicast protocol in an LAN switch, named IGMP snooping, is implemented based on VLAN and IGMP. IGMP snooping will be applied to the IP multicast stream control on the switch Ethernet. The basic idea, syntax and semantics of this protocol are given in this paper, and the verification and test procedure is also provided. Key words : IGMP snooping; multicast; IGMP; CGMP; GMRP 摘 要: 目前,桌面会议、电子白板和视频广播等多播服务大都运行在局域网环境中,而绝大多数局域网结构,如以太网,都采用广播方式处理多播数据,对多播的支持有限.采用IGMP Snooping 的方法,在二层交换机中设计一个基于VLAN 和IGMP 的多播协议,用于控制交换以太网中不断增长的IP 多播流.描述了该协议的基本思想、语法和语义以及一个该协议验证和测试的过程. 关键词: IGMP snooping;多播;Internet 组管理协议;Cisco 组管理协议;多播组注册协议 中图法分类号: TP393 文献标识码: A 目前,在宽带网上的许多新兴业务,例如数据分发、远程学习和分布式数据库等都需要底层网络支持多播通信,在促进有线电视网和计算机网融合的过程中,计算机网也需要提供类似于传统电视网的多点通信能力.现在以太网是最有发展前途的宽带接入方式,在以太网上实现多播通信就成为网络发展的一个必然趋势.传统的以太网由于其通信采用共享介质,多播数据被当作广播来处理,浪费了网络带宽和主机资源.在交换式以太网中,由于引入了VLAN,可以将通信划分为几个区域,隔离不同的接收者,从而使真正的多播成为可能.实现交换式以太网上的多播与实现IP 多播相比,只需要实现支持动态组的组管理协议,不需要路由协议. ? Supported by the National Grand Fundamental Research 973 Program of China under Grant No.G1998030405 (国家重点基础研究发展规划(973)); the Beijing Committee of Science and Technology under Grand No.H011710010123 (北京市科学技术委员会资助项目) 第一作者简介: 王军(1976－),男,河南汤阴人,博士生,主要研究领域为多媒体数据压缩,网络通信.