在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)中，動(dòng)手實(shí)踐是理解抽象理論的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。“單交換機(jī)互聯(lián)終端”實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)經(jīng)典的入門實(shí)驗(yàn)，旨在幫助學(xué)生直觀地理解局域網(wǎng)（LAN）的基本構(gòu)建、交換機(jī)的工作原理以及終端設(shè)備間通信的初步流程。本實(shí)驗(yàn)不僅涉及物理連接，更深入到網(wǎng)絡(luò)配置與數(shù)據(jù)交換的邏輯層面。
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與核心原理
1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：
- 掌握使用一臺(tái)交換機(jī)組建小型局域網(wǎng)的物理連接方法。
- 理解交換機(jī)基于MAC地址表進(jìn)行數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)的基本工作模式。
- 學(xué)會(huì)為網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備（如PC）配置基本的IP地址、子網(wǎng)掩碼等參數(shù)，并驗(yàn)證其連通性。
- 通過實(shí)際操作，觀察并理解交換機(jī)在初始狀態(tài)（空MAC表）和學(xué)習(xí)狀態(tài)下的不同行為。
2. 核心原理：
交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層的核心設(shè)備，它通過“自學(xué)習(xí)”機(jī)制構(gòu)建并維護(hù)一個(gè)MAC地址與端口號(hào)的映射表。當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，它會(huì)查看幀中的目標(biāo)MAC地址：
- 如果地址表中存在該地址的條目，則直接將幀從對應(yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)出去（定向轉(zhuǎn)發(fā)）。
- 如果地址表中沒有該地址條目，則會(huì)將幀從除接收端口外的所有其他端口廣播出去（泛洪），以確保幀能到達(dá)目標(biāo)。交換機(jī)會(huì)記錄下發(fā)送該幀的源MAC地址及其進(jìn)入的端口，更新到地址表中。這個(gè)過程就是“自學(xué)習(xí)”。
在本實(shí)驗(yàn)中，所有終端連接到同一臺(tái)交換機(jī)，本質(zhì)上是處于同一個(gè)廣播域內(nèi)，通過交換機(jī)的上述機(jī)制實(shí)現(xiàn)相互通信。
二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與拓?fù)浯罱?/h3>
1. 所需設(shè)備：
- 一臺(tái)二層以太網(wǎng)交換機(jī)（如Cisco 2960系列或同等級別可網(wǎng)管/不可網(wǎng)管交換機(jī)）。
- 三臺(tái)及以上配備有線網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)（PC）或終端設(shè)備。
- 若干條直通雙絞線（UTP）。
2. 物理拓?fù)浯罱ǎ?/strong>
將每臺(tái)PC的網(wǎng)卡接口，通過直通線分別連接到交換機(jī)上任意一個(gè)以太網(wǎng)端口（如FastEthernet 0/1, 0/2, 0/3）。這樣就形成了一個(gè)星型物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，交換機(jī)作為中心節(jié)點(diǎn)。連接時(shí)，注意觀察交換機(jī)與PC網(wǎng)卡的鏈路指示燈是否正常亮起，這是物理層連通的基本指示。
三、 實(shí)驗(yàn)步驟與配置
1. 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置（以Windows PC為例）：
為每臺(tái)PC配置一個(gè)屬于同一網(wǎng)段的靜態(tài)IP地址，例如：
- PC1: IP地址 192.168.1.10，子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0
- PC2: IP地址 192.168.1.11，子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0
- PC3: IP地址 192.168.1.12，子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0
配置網(wǎng)關(guān)在本實(shí)驗(yàn)中非必需，因?yàn)橥ㄐ虐l(fā)生在同一網(wǎng)段內(nèi)。配置方法通常通過操作系統(tǒng)的“網(wǎng)絡(luò)和共享中心”->“更改適配器設(shè)置”->“本地連接”屬性中的“Internet協(xié)議版本4 (TCP/IPv4)”進(jìn)行設(shè)置。
2. 連通性測試：
這是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。在一臺(tái)PC上打開命令提示符（CMD），使用 ping 命令測試與其他PC的連通性。例如，在PC1上執(zhí)行：
`
ping 192.168.1.11
`
如果收到來自PC2的回復(fù)（Reply），說明網(wǎng)絡(luò)層及以下各層工作正常，通信成功。首次ping時(shí)，可能會(huì)因?yàn)锳RP（地址解析協(xié)議）過程有少許延遲。
3. 觀察交換機(jī)行為（若使用可網(wǎng)管交換機(jī)并配置管理）：
可以通過控制臺(tái)線纜連接交換機(jī)的Console口，進(jìn)入命令行界面，使用 show mac-address-table 命令查看MAC地址表。在PC間進(jìn)行ping測試前后分別查看該表，可以清晰地觀察到交換機(jī)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)到各個(gè)PC的MAC地址及其對應(yīng)的端口，從而理解其轉(zhuǎn)發(fā)決策的依據(jù)。
四、 實(shí)驗(yàn)分析與思考
- 廣播與單播： 首次通信時(shí)，交換機(jī)的MAC地址表為空，數(shù)據(jù)幀會(huì)如何轉(zhuǎn)發(fā)？當(dāng)交換機(jī)學(xué)習(xí)到所有地址后，后續(xù)通信的轉(zhuǎn)發(fā)方式有何變化？這體現(xiàn)了從廣播到單播的效率提升。
- 隔離與安全： 思考僅憑一臺(tái)基礎(chǔ)二層交換機(jī)，能否阻止同一網(wǎng)段內(nèi)兩臺(tái)PC之間的通信？為什么？（答案通常是：不能。因?yàn)槎咏粨Q機(jī)會(huì)根據(jù)MAC地址表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，只要知道目標(biāo)地址，就會(huì)允許幀通過。要實(shí)現(xiàn)訪問控制，需要更高級的設(shè)備如三層交換機(jī)或防火墻，或通過端口安全等特性進(jìn)行配置，但這已超出本基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)范圍。）
- 故障排查： 如果
ping命令失敗，應(yīng)如何分層排查？檢查順序應(yīng)為：物理線路與指示燈 -> 網(wǎng)卡狀態(tài) -> IP地址配置（是否在同一網(wǎng)段）-> 操作系統(tǒng)防火墻設(shè)置。
五、 實(shí)驗(yàn)
“單交換機(jī)互聯(lián)終端”實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐的基石。通過親手搭建和配置，學(xué)生能夠?qū)旧详P(guān)于交換機(jī)、MAC地址、局域網(wǎng)、IP編址等概念具象化，深刻理解數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)內(nèi)“如何從一臺(tái)電腦到達(dá)另一臺(tái)電腦”的完整過程。這個(gè)簡單的星型網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)代復(fù)雜企業(yè)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的微觀縮影，掌握了它，就為后續(xù)學(xué)習(xí)VLAN、路由等更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
