以太网组网实验

实验四 以太网组网实验

一、实验目的与任务

掌握以太网的基本配置过程；将几台计算机联网配置成功通信。

二、实验性质

验证。

三、实验环境与器具

Windws 9x/NT/2000/XP/2003、TCP/IP协议；

Visual C++ 6.0、Visual Basic 6.0、Turbo C/C++ 、C++ Builder、Java 、C# 或 其它

四、实验理论与参考

1. 计算机网络组网的一般任务和层次化原则

（1) 计算机网络组网的层次化原则

计算机网络组网也要依照ISO/OSI 参考模型或TCP/IP 模型来进行，通过将复杂的网络组网任务分化至不同的OSI 层上，可以大大简化网络组网的复杂性。

（2) 组建TCP/IP 网络的一般任务

对于目前主流的TCP/IP 协议组网方式，其任务涉及物理层、数据链路层、网络层、传输层与应用层。层次化模型中的第一层均利用其直接相邻的下层所提供的服务并为其直接相邻的上层提供服务。由于传输层与应用层的配置与具体的应用层应用有关，所以本实验作为组网的入门实验主要关注物理层、数据链路层、网络层的配置，该三层作为面向通信的层主要为上层的应用提供通信服务。

物理层主要涉及物理传输介质、物理接口，物理层的网络互连设备有中继器与集线器。数据链路层则主要负责相邻节点之间可靠的帧传输。在局域网中，数据链路层的功能(包括帧的封装和拆封、MAC 访问控制等) 主要在网卡中实现；数据链路层的网络互连设备有网桥与交换机。网络层则负责源网络到目标网络的数据报(Packet)传输，在TCP/IP 网络中，网络层的主要协议为IP 协议。

2. 网卡

（1）网卡的作用

网卡是局域网中提供各种网络设备(如服务器、工作站) 与通信网络通信介质相连的接口，其品种和质量的好坏，直接影响网络的性能和网上所运行软件的效果。

网卡的主要结构如下图所示，其主要实现数据的发送与接收、帧的封装与拆封、编码与解码、介质访问控制等功能。其功能涵盖了OSI 的物理层与数据链路层，所以通常将网卡归于数据链路层的设备。

（2）网卡的分类

网卡可按不同的标准进行分类，常见的分类标准有以下：

① 按网卡支持的数据总线分：8 位XT 总线、16 位的AT/ISA 总线、32 位EISA /PCI总线的网卡。

② 按网卡支持的传输介质分：支持双绞线、光纤或同轴电缆连接的网卡。

③ 按MAC 层协议为：以太网卡、令牌网卡和FDDI 网卡等。

在选购网卡时必须综合考虑上述多种因素。

（3）网卡地址

每一网卡在出厂时都被分配了一个全球唯一的地址标识，该标识被称为网卡地址，又称MAC 地址、物理地址或硬件地址。

网卡地址由48bit 长度的二进制数组成。其中，前24bit 表示生产厂商，后24bit 为生产厂商所分配的产品序列号。若采用12 位的十六进制数表示，前6 个十六进制数表示厂商，后6 个十六进制数表示该厂商网卡产品的序列号。如网卡地址00-90-27-99-11-cc ，其中前6 个十六进制表示该网卡由Intel 公司生产，相应的网卡序列号为99-11-cc 。网卡地址主要用于设备的物理寻址，与下面所介绍的IP 地址所具有的逻辑寻址作用有着截然不同的区别。

3. IP 地址

（1）TCP/IP 网络与IP 地址

TCP/IP 是Transmission Control Protocol/Internet Protocol（传输控制协议/互连协议）的缩写。TCP/IP 是一个网络传输协议栈，它得到所有主流操作系统的支持。TCP/IP 可以作为网络的唯一协议，也可以与其他的协议结合使用。

在网络中，用于进行网络通讯的设备（如路由器、服务器、工作站等）统称为主机。在IP 网络中，每个主机必须有一个专门的地址，称为IP 地址。在网络上的每个IP 地址必须是唯一的，两个或多个计算机的IP 地址如果发生冲突，则这些计算机就无法正确地访问和使用网络。IP 地址是一个32 位的二进制数，通常用打点十进制数字表示。每个IP 地址分为4 段（每段8 位二进制数），分别用小数点隔开，如210.33.46.59。IP 地址实际上包含两个信息项：网络地址和网络中的主机地址。IP 地址是第三层地址，用于网络中的逻辑寻址（即进行路由选择的依据）

（2）IP 地址的分类

IP 地址分为3 类：A 、B 和C 类，分别规定如下：

① A 类地址：高8 位表示网络地址（最高位为0，N 表示网络位，H 表示主机位），低24 位为主机地址

0NNNNNNN HHHHHHHH HHHHHHHH HHHHHHHH

相应地，共有27-2 个A 类网，一个A 类网可以有224-2 台主机。A 类地址的第一个打点

十进制值为1-127，A 类地址范围为1.0.0.0 到127.255.255.255，其中127.0.0.0 专门作网络测试之用

② B 类地址：高16 位表示主机地址，低16 位为主机地址（最高两位为10，N 表示网络位，H 表示主机位）

10NNNNNN NNNNNNNN HHHHHHHH HHHHHHHH

相应地，共有214个B 类网，每个B 类网络可拥有216-2 台主机。B 类地址的第一个打点十进制值为128-191，地址范围为128.0.0.0 到191.255.255.255

③ C 类地址：高24 位表示网络地址，低8 位表示主机地址。（最高三位为110，N 表示网络位，H 表示主机位）

110NNNNNN NNNNNNNN NNNNNNNN HHHHHHHH

相应地，共有221 个C 类网，每个C 类网中可拥有28-2 台主机。C 类地址的第一个打点十进制值为192-223，地址范围为192.0.0.0 到223.255.255.255

请学生注意，凡IP 地址中的主机号部分为全1 者表示本网的广播地址，主机号部分为全0 表示本网的网络号，这些地址不可用作主机的IP 地址。

（3）子网掩码（Subnet mask）：

子网掩码(subnet masking)的功能是告知主机或路由设备，其IP 地址的哪一部分是包括子网号的网络号部分，哪一部分是主机号部分。子网掩码采用与IP 地址相同的编址格式，即4 个8 位组的32 位长格式。但在子网掩码中，网络部分和子网络部分对应的位全为“1”，主机部分对应的位全为“0”。

通过将子网掩码与IP 地址进行“与”操作，可提供所给定的IP 地址所属的网络号（包括子网络号），IP 地址与子网掩码的每一二进制位的与结果为“1”的部分即为IP 地址的网络号，为0 的部分即为IP 地址的主机号。网络中的每一个主机在进行IP 包的发送前，均要用本机的子网掩码对源IP 地址和目标IP 地址进行求与操作，提取源和目标网络号以判断两者是否仅位于同一网段中。

与A 、B 、C 三类IP 地址对应的缺省子网掩码分别为：255.0.0.0(A 类) 、255.255.0.0(B 类) 和255.255.255.0(C 类) 。

（4）PING 和WINIPCFG 实用网络工具

ⅰPing 命令

Ping 是TCP/IP 环境下的一个非常有用的实用工具，我们经常借助于Ping 命令来测试网络中的主机的存在性或连通性。Ping 基于TCP/IP 的网络层协议ICMP 实现，通过发送ICMP 的回送报文（echo back）到远程主机，以判断远程主机能否进一步用于实现TCP/IP 业务。若该命令给出了正确的结果，则表明主机至少在网络层及网络层以下是工作正常的。Ping 的常用方法参见下表： 命令格式

Ping A.B.C.D 功能描述 A.B.C.D 表示主机的IP 地址或域名，这是一般的用法

Ping A.B.C.D ＋其他参数 高级用法，详细用法请学生查阅机器上的在线帮助

Ping127.0.0.1

ⅱWINIPCFG 命令 通过对回送地址连通性的测试来检查网卡工作是否正常。

WINIPCFG 是WINDOWS 操作系统中用于查看主机的IP 配置命令，其显示信息中还包括主机网卡的MAC 地址信息。该命令还可释放动态获得的IP 地址并启动新一次的动态IP 分配请求。另一个查看IP 配置的命令是IPCONFIG ，但该命令不能给出关于网卡MAC 地址的信息。

五、实验内容与步骤

1. 网络的物理连接

两台机器构成的局域网其物理连接可采用以下两种方式——学生可根据实验室的具体条件选择上述方法中的一种：

1) 采用UTP ：

交叉线把两台计算机直接连接起来，物理拓扑如下图。由于是通过网卡直接相连，所以这种方式只能连接两台机器：

2) 采用HUB （集线器）进行网络的连接，物理拓扑如下图：

通过这种方式所能连接机器数目决定于HUB 的端口数目，通常 Hub 可以是 4到24 口(4,8,16,24).

2．网卡（NIC ）的检测

对于两台机器构成的局域网环境，其数据链路层工作正常与否主要取决于网卡，所以必须保证网卡工作状态的正常。请学生参照下面方法检测网卡。

1) 打开控制面板中系统应用程序。

2) 选择“设备管理器”卡，双击网络适配器，双击相应的网络适配器（如Inter(R)Pro 100+/PCI Adapter ），出现网络适配器的属性窗口。检测网卡是否工作正常？

3) 如果“设备状态”提示工作正常，并且确认在“设备的用法”列表中，“在此硬件配置文件中禁用”复选框未被选中，则表明网卡已正常工作，下一步可进行网络层的配置。

4) 如果网卡工作不正常，则单击上图中的资源选项卡，查看中断值与I/O 地址是否与其它硬件冲突？如冲突，则更改网卡的中断值、I/O 地址避免冲突；如没有冲突，则单击上图中的驱动程序选项卡，重新配置相应的网卡驱动程序。

5) 若上述方法仍不能使网卡正常工作，可以考虑采用专用的网卡检测工具如“DIAG100”等专用软件进行进一步的检查，或者更换网卡

3. 网络协议的安装与配置

完成了实验内容1 和2 的各项工作，并且确定网卡工作正常后，相当于所建立的网络在物理层与数据链路层已能进行正常的工作，所以下一步要进行第三层(网络层) 配置。主要包括TCP/IP 协议安装与IP 地址的设定两大任务。下面给出的是WINDOW98 的例子，其他WINDOW 操作系统基本上是类似的，细微的区别请学生查看操作系统使用的帮助信息（注意：实验者要培养自己利用系统在线帮助的能力）

1) 添加TCP/IP 协议

① 打开控制面板中的网络程序，单击“配置”选项卡。

② 单击“添加⋯”按钮，出现添加网络组件窗口。

③ 以要安装的网络组件列表中，双击“协议”，出现选择网络协议对话框。

④ 在厂商列表中，选择Microsoft ，在网络协议列表中，选择TCP/IP，然后按“确定”按钮。返回到选择网络组件对话框，再选择“确定”按钮，返回到网络配置窗口中。

2) 配置IP 地址和子网掩码

① 双击网络程序中配置选项卡，在已安装的网络组件的列表中，双击TCP/IP协议（或选择TCP/IP 协议，再单击“属性”按钮）。出现TCP/IP 属性窗口。

② 单击IP 地址选项卡，选择指定IP 地址的复选框。输入相应的IP 地址和子网掩码。单击“确定”按钮。

③ 单击网络窗口中的“确定”按钮，此时会提示是否重新启动计算机，单击“是” 重新启动计算机。

4. 用winipcfg 命令检查

TCP/IP 设置以及其它信息重新启动计算机后，可利用winipcfg 命令检查网络的设置是否与预期的一致。

1) 单击“开始”菜单中的“运行”选项。

2) 输入 “winipcfg” 命令。

3) 单击确定。出现IP 配置窗口，如需要，单击“详细信息”按钮，查看所有与你的机器相关的 TCP/IP 设置。

5. 网络连通性的测试与故障排除

利用PING 实用程序可进行网络连通性的测试。若PING 给出了正确的结果，则说明网络工作状态正常。若PING 不能给出网络连通的结果，则表明出现了网络故障。学生可使用PING 命令进行网络故障的检查：

1) PING 127.0.0.1（若PING 通，表示网卡工作正常；否则要检查网卡）。

2) PING 本台计算机的IP 地址（若PING 通，表示本机网络设置正常；否则要检查相关的网络配置）。

3) PING 与本台计算机相连的其它计算机的IP 地址（若PING 通，表示网络工作正常；否则要检查连网设备和物理线路）。

6. 对IP 地址与子网掩码的认识

请学生分别按下表的IP 规划为主机1 和主机2 分配IP 地址和子网掩码，然后每次在IP 设置生效后在两台主机上互相“PING”对方，并将网络连通状态的结果记录于下表中： 主机1的IP 地址 主机1的子网掩码 主机2的IP 地址主机2的子网掩码 主机1、2能

否通

通/不通

通/不通

通/不通 210.33.46.61 210.33.45.61 186.33.46.61 255.255.255.0 255.255.255.0 255.255.0.0 210.33.46.62 210.33.46.62 210.33.46.62 255.255.255.0 255.255.255.0 255.255.255.0

186.33.46.61

210.33.45.61 255.255.0.0 255.255.0.0 186.33.45.62 210.33.46.62 255.255.255.0 255.255.0.0 通/不通 通/不通

六、进一步提高与思考

1. 如果连接在同一网段上的计算机，如果有两台或两台以上的计算机使用相同的IP 地址，会出现什么情况。

2. 解释实验内容6 中，各实验结果的原因（提示：从子网掩码的工作原理出发去考虑）？连接在同一网段上的计算机，其IP 地址和子网掩码必须满足什么条件，这个网络才能正常工作。

3. 如果在一个网络中，某台计算机PING 自己网段的其它IP 地址能通，而PING 自己网段中的某一台主机不通，则故障的可能原因有哪些？