基于Packet Tracer軟件的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)

[摘 要]以VLAN間路由實(shí)驗(yàn)為例，基于Packet Tracer模擬器進(jìn)行：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)，交換機(jī)和路由器的配置，虛擬網(wǎng)絡(luò)的仿真測(cè)試，結(jié)果表明單臂路由器VLAN間路由的技術(shù)可行。說明在有限的教學(xué)條件中嘗試仿真模擬軟件，既能降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資成本，又能提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的效率，能夠更好地將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來。

[關(guān)鍵詞] Packet Tracer 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) VLAN 教學(xué)

本文系陜西教育學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：10JG0047Q）。

引 言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門原理概念多，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，通過實(shí)驗(yàn)可以深入理解和學(xué)習(xí)本課程，所以，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)部分在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中占有十分重要的位置[1-2]。然而，目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程還不能完全開展，原因是：（1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)涉及交換機(jī)、路由器、計(jì)算機(jī)等大量設(shè)備，這些設(shè)備價(jià)格比較高，并且更新?lián)Q代很快，很多學(xué)校的硬件條件都不達(dá)標(biāo)。（2）實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備在頻繁的使用中損耗很大，實(shí)驗(yàn)室管理和運(yùn)行成本較大。(3)教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的工作量大，實(shí)驗(yàn)過程比較復(fù)雜，教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)效果不理想。基于以上現(xiàn)狀，現(xiàn)引入Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬器來搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)，來彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的不足[3-5]。

Packet Tracer簡(jiǎn)介

Packet Tracer是思科（Cisco）公司開發(fā)的一個(gè)用來設(shè)計(jì)、配置和網(wǎng)絡(luò)故障排除的仿真模擬軟件，該軟件是思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院中最流行、操作最簡(jiǎn)單、最接近真實(shí)環(huán)境的模擬工具[6]。目前，它的最高版本為Packet Tracer 5.3.1，能夠滿足CCNA和部分CCNP的仿真實(shí)驗(yàn)[7]。將Packet Tracer軟件用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)之中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和目的，學(xué)生可以在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中自由選擇所需要的路由器、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)和各種線纜等實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后選中設(shè)備進(jìn)行配置，完成后進(jìn)行性能模擬測(cè)試。而且，學(xué)生可以方便地重復(fù)再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的任何過程，達(dá)到更有效學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、分析網(wǎng)絡(luò)性能的目的。

用Packet Tracer實(shí)踐教學(xué)

本文以“VLAN間路由”實(shí)驗(yàn)為例，詳細(xì)說明Packet Tracer在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

1.實(shí)驗(yàn)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用單臂路由器實(shí)現(xiàn)VLAN間路由，具體設(shè)備有1臺(tái)路由器，3臺(tái)交換機(jī)和3臺(tái)PC機(jī)（計(jì)算機(jī)），3臺(tái)PC代表了3個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)。其中，路由器型號(hào)是1841，命名為R1；3臺(tái)交換機(jī)型號(hào)是2960-24T，分別命名為S1、S2、S3；3臺(tái)PC機(jī)分別命名為PC1、PC2、PC3。已繪制好的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。也可使用其他具有拓?fù)鋱D中所示接口的交換機(jī)或路由器，但是，其他型號(hào)的設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生不同的輸出。

2．配置命令及解析

（1）交換機(jī)的配置解析

①在交換機(jī)上配置VTP。VTP可讓網(wǎng)絡(luò)管理員通過創(chuàng)建VTP域來控制網(wǎng)絡(luò)上的VLAN[8]。在每個(gè)VTP域中，可以將一臺(tái)或多臺(tái)交換機(jī)配置為VTP服務(wù)器。然后在VTP服務(wù)器上創(chuàng)建VLAN，并將這些VLAN傳送給域中的其他交換機(jī)。客戶端交換機(jī)從服務(wù)器交換機(jī)處獲知VTP域名，但前提是客戶端交換機(jī)的域?yàn)榭誟9]。如果客戶端交換機(jī)已設(shè)置有域名，則不會(huì)獲知新的域名。因此，最好是在所有交換機(jī)上手動(dòng)配置域名，以確保域名配置正確。在本實(shí)驗(yàn)中，將使用S2作為VTP服務(wù)器，S1和S3則配置為VTP客戶端模式。為方便配置命令的解析，以符號(hào)“/*”開始為配置命令的解析，并以符合“*/”結(jié)束。在三臺(tái)交換機(jī)上，全部將VTP域名設(shè)置為LianXi，VTP口令設(shè)置為cisco：

S1(config)#vtp mode client /*將S1配置為客戶端模式*/

S1(config)#vtp domain LianXi /*將域名配置為LianXi */

S1(config)#vtp password cisco /*域名口令配置為cisco */

S1(config)#end /*退出配置模式*/

S2(config)#vtp mode server /*將S2配置為服務(wù)器模式*/

S2(config)#vtp domain LianXi /*將域名配置為LianXi */

S2(config)#vtp password cisco /*域名口令配置為cisco */

S2(config)#end

②配置交換機(jī)中繼端口并指定中繼端口的本征VLAN。分別將S1、S2和S3的Fa0/1到Fa0/5配置為中繼端口，并指定VLAN 99為這些中繼端口的本征VLAN。下面僅給出S2的中繼端口Fa0/1的配置命令：

S2(config-if)#switchport mode trunk /*把接口fa0/1配置為中繼模式*/

③在VTP服務(wù)器上配置VLAN，以下僅給出VLAN10的命令：

S2(config)#vlan 10 /*創(chuàng)建一個(gè)編號(hào)為10的VLAN */

S2(config-vlan)#name teacher /*給VLAN 10命名為：teacher */

S2(config)#interface fa0/6 /*進(jìn)入fa0/6的配置模式*/

S2(config-if)#switchport access vlan 10 /*將fa0/6劃分到VLAN 10，在本實(shí)驗(yàn)中用此接口與PC1相連接*/

S2(config-if)#end

S2#copy running-config startup-config /*保存運(yùn)行配置到啟動(dòng)配置文件，下次重啟設(shè)備時(shí)將會(huì)使用修改后的配置*/

④結(jié)果測(cè)試，檢查VLAN之間的連通性。在三臺(tái)計(jì)算機(jī)上打開命令提示符窗口，從PC1 ping PC2，從PC2 ping PC3，從PC3 ping PC1。結(jié)果都不能ping成功。實(shí)驗(yàn)做到此步驟，學(xué)生已經(jīng)明白，VLAN之間的連通性正如任意兩個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)之間的連通性一樣，需要通過網(wǎng)絡(luò)層路由才能實(shí)現(xiàn)。

（2）路由器的配置解析

本實(shí)驗(yàn)通過在路由器的一個(gè)快速以太網(wǎng)端口上創(chuàng)建虛擬接口（稱為子接口）并將其配置為dot1q來實(shí)現(xiàn)。具體路由器的配置命令如下：

R1(config)#interface fa0/0 /*進(jìn)入fa0/0的配置模式*/

R1(config-if)#no shutdown /*因?yàn)槁酚善鹘涌谀J(rèn)關(guān)閉，使用no shutdown命令啟用物理接口，子接口將默認(rèn)打開*/

R1(config-if)#interface fa0/0.10 /*創(chuàng)建路由器子接口fa0/0.10。子接口可以使用任何接口號(hào)，只要它能以32位表示，但最好將VLAN編號(hào)指定為接口號(hào)*/

R1(config-subif)#encapsulation dot1q 10 /*配置Trunk鏈路的封裝類型，同一鏈路的兩端封裝要相同*/

R1(config-subif)#ip address 172.168.10.1 255.255.255.0 /* 配置IP地址和子網(wǎng)掩碼*/

子接口fa0/0.20和fa0/0.30的配置與fa0/0.10的相似，略。

3.結(jié)果分析

通過show命令查看路由表：

R1#show ip route

<省略部分輸出>

Gateway of last resort is not set

172.168.0.0/24 is subnetted， 4 subnets

C 172.168.10.0 is directly connected， FastEthernet0/0.10

C 172.168.20.0 is directly connected， FastEthernet0/0.20

C 172.168.30.0 is directly connected， FastEthernet0/0.30

C 172.168.99.0 is directly connected， FastEthernet0/0.99

由以上動(dòng)態(tài)路由信息，可以確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連。接下來，再次用ping命令進(jìn)行VLAN之間連通性的測(cè)試。結(jié)果PC1、PC2與PC3之間能相互ping通，表明通過單臂路由器可以實(shí)現(xiàn)VLAN間路由。為了加深學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容的理解，還可以切換到模擬模式監(jiān)控ping操作。

結(jié) 語

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)中采用Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖约豪L制拓?fù)鋱D，使用不同型號(hào)的交換機(jī)、路由器以及各種類型的傳輸介質(zhì)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果逼真、操作方便，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果良好。通過本文可以看出，在有限的教學(xué)條件中嘗試仿真模擬軟件，既能降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資成本，又能提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的效率，能夠更好地將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來。

參考文獻(xiàn)：

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作者單位：陜西教育學(xué)院計(jì)算機(jī)系 陜西西安