Packet Tracer仿真軟件在計算機網絡教學中的應用

王 成，王增強，張 華

(通化師范學院 計算機學院,吉林 通化 134002)

計算機網絡作為計算機專業本科學生的必修課程，是研究計算機網絡基本原理和網絡工程基礎實踐的一門課程，它是一門強調理論和實踐相結合的課程[1].如果僅講授理論課程，抽象的理論知識學生難以接受和理解，學生也會感到枯燥乏味，以至出現厭學情緒.由于網絡實驗設備的價格較高，部分學校的實驗環境不完善，設備更新滯后，甚至根本就沒有相應的實驗設備，計算機網絡的實踐教學往往流于形式.因此，將Packet Tracer仿真軟件引入到計算機網絡基礎理論和實驗教學中，可以極大的提高教學質量和學生的動手能力，加深學生對基礎理論的理解.

1 Packet Tracer介紹

Packet Tracer 是Cisco公司針對CCNA認證考試發布的一個輔助學習工具，是一個集成的仿真、可視化、協作和評估環境，Packet Tracer提供了大量的設備仿真模型，學生可以在軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網絡拓撲，也可以在IOS 環境中對虛擬設備進行配置，幫助學生熟悉網絡設備的各種配置命令，并可提供數據包在網絡傳輸中的詳細處理過程，觀察網絡實時運行情況.利用Packet Tracer軟件可以方便快捷地進行網絡組建、設備配置、協議測試等計算機網絡實驗[2].

2 網絡地址轉換(NAT)原理介紹

網絡地址轉換(NAT)是將IP數據包頭中的IP 地址轉換為另一個IP 地址的過程.NAT將網絡劃分為內部網絡和外部網絡兩部分，內部網絡主機利用NAT訪問外部網絡時，是將內部網絡的本地地址轉換為全局地址(互聯網合法的IP地址)后轉發數據包.NAPT采用端口多路復用方式，使用不同的端口來映射多個內網IP地址到一個指定的外網IP地址，內部網絡的所有主機均可共享一個合法外部IP地址實現對Internet的訪問，從而可以最大限度地節約IP地址資源.同時，又可隱藏網絡內部的所有主機，有效避免來自Internet的攻擊[3].

網絡地址轉換(NAT)是局域網接入互聯網和ISP服務商提供寬帶服務的重要技術手段，同時又是緩解IP地址短缺、保護內部網絡安全的重要方法，其工作過程和工作原理比較復雜，是課程的重點和難點.授課過程中如果僅靠文本，圖表等靜態資料，學生很難理解NAT的基本工作原理.利用Packet Tracer不但可以大大增強教學的直觀性、互動性，提高學生的學習興趣，而且通過分析傳輸的數據包，能夠使學生從根本上理解NAT的工作過程，下面通過具體的實驗過程和數據包分析予以說明.

3 網絡地址轉換(NAT)實驗拓撲圖及配置

在Packet Tracer中搭建網絡環境，左側部分模擬企業內部網絡，R1為企業網的網關路由器；右側模擬網絡接入服務商的網絡結構，R2為ISP路由器，Web Server模擬的互聯網中WEB服務器，其中已經內置網站內容.網絡拓撲圖見圖1.

圖1 網絡地址轉換(NAT)實驗拓撲圖

添加設備并連線后按照實驗需求，配置PC機和網絡設備各端口的IP地址(見表1)，并且在R1和R2路由器上分別設置靜態路由，使左右兩個網絡的互通，企業內部的PC機可以訪問互聯網中的Web服務器.

表1 路由器端口設置及PC的IP地址分配表

4 數據傳輸過程分析

網絡環境完成配置并測試通過后，把Packet Tracer切換到模擬狀態.在計算機PC0的瀏覽器中輸入Web服務器的IP地址，瀏覽器顯示Web服務器預置的網頁內容，這時Packet Tracer主窗口會通過動畫演示數據包傳輸的過程，事件列表窗口顯示傳輸過程中各設備收到的數據包(設置過濾HTTP 和TCP協議)，并且可以通過點擊事件的信息顏色塊查看數據包的具體內容和格式.數據包傳輸動畫演示、事件列表和R1路由器數據包的具體內容見圖2.

圖2 數據包傳輸動畫演示、事件列表和R1路由器數據包的具體內容截圖

通過每個事件的信息塊逐個查看數據包的內容，可以查看數據包內的源IP和目的IP地址.這里以簡單表格的形式直接給出各設備數據包內的IP地址，見表2.

從表2可以知道數據包從PC0傳送到Web Server的過程中，數據包的源IP地址和目的地址均沒有變化，Web Server收到的數據包顯示的來源是PC0的IP地址.

在R1路由器上配置NAT網絡地址轉換，具體配置命令如下：

R1(config)#interface fastEthernet 0/0

R1(config-if)#ip nat inside

R1(config)#interface serial 2/0

R1(config-if)#ip nat outside

R1(config)#access-list 1 permit 192.168.1.0 0.0.0.255

R1(config)#ip nat pool thnu 200.5.120.9 200.5.120.9 netmask 255.255.255.0

R1(config)#ip nat inside source list 1 pool thnu overload

配置NAT后，重新訪問Web Server，記錄數據包內的IP地址，觀察IP地址在傳輸過程中的變化，見表3.

觀察表3可以知道，從PC0發的數據包在經過路由器R1時，源IP地址發生了變化，由192.168.1.1變換成200.5.120.9，Web Server收到的數據包中顯示的源地址并不是PC0，而是路由器的外網端口IP地址，換言之就是說Web Server并不知道PC0的存在；同理，從Web服務器返回的數據包經過R1的時候目的IP地址發生變換，由202.5.120.9變換成192.168.1.1，至此我們非常清楚的看到了R1路由器具有地址轉換的作用.

表2 配置靜態路由后數據包內IP地址情況

表3 配置NAT后數據數據包內IP地址變換情況

5 結語

Packet Tracer可以動畫模擬顯示數據包的傳送路線，通過可視化模式顯示數據包的傳輸過程，使用戶能對抽象的數據的傳送具體化，并且可以查看具體數據的內容和格式.本文通過演示NAT網絡地址轉換的實現過程，使學生非常清楚在整個數據傳輸過程中IP地址的變換過程，發生變換的位置，能夠透徹的理解NAT的工作原理.將Packet Tracer作為一種模擬工具引入課堂教學過程中，可以將抽象的原理形象化，將單調的教學形式多樣化，取得了良好的教學效果.

參考文獻：

[1]劉利強,陳凱文,周細義.計算機網絡實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理,2007(12):118-120.

[2]PacketTracer幫助文檔[EB/OL].http://www.cisco.com/web/learning/netacad/index.html

[3]梁廣民,王隆杰．思科網絡實驗室CCNA實驗指南[M].北京:電子工業出版社,2009.