基于PacketTracer網(wǎng)絡(luò)案例實驗設(shè)計和開發(fā)

林婷薇 童孟軍 劉芳

摘 要： Packet Tracer思科網(wǎng)絡(luò)學(xué)院仿真教學(xué)軟件是思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院中最流行、操作最簡單、最接近真實環(huán)境的模擬工具。基于Packet Tracer進行了網(wǎng)絡(luò)實驗的設(shè)計，教學(xué)實踐表明，Packet Tracer能夠模擬真實的網(wǎng)絡(luò)交互設(shè)備，使得學(xué)生可以隨時隨地的對這些設(shè)備進行操作，使得老師的授課更加生動形象，也更利于學(xué)生理解。

關(guān)鍵詞： Packet Tracer； 網(wǎng)絡(luò)模擬器； 計算機網(wǎng)絡(luò)； 案例實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）10-08-03

Design and development based on packet tracer network case experiments

Ling Tingwei1， Tong Mengjun1，3， Liu Fang2

（1. School of information engineering of Zhejiang A&F University， Lin'an， Hangzhou 311200， China； 2. School of Computer Science and Technology， Hangzhou Dianzi University； 3. Zhejiang A&F University Zhengjiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology Research）

Abstract： Packet Tracer is a simulator software developed by Cisco company which aims at simulating the operations of computer network designing configuration and trouble shooting. It's the most popular， the easiest simulator. Packet Tracer can simulate the communicate of real network equipment and permit the users to configure all these equipment freely. It also can make the teacher's lesson more lively and easy to understand.

Key words： Packet Tracer； simulator； computer network； case experiments

0 引言

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是計算機類專業(yè)重要的核心課程，是一門理論和實踐并重的課程，講授該課程既要注重網(wǎng)絡(luò)原理、體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議的分析，又要在此基礎(chǔ)上強調(diào)對學(xué)生組建、維護、管理網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，如果不配合充分的實踐，就很難讓學(xué)生從理論知識中真正理解復(fù)雜的原理和技術(shù)。

計算機網(wǎng)絡(luò)這樣的課程教學(xué)需要大量高端設(shè)備，而一些院校的網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備相對落后無法向?qū)W生提供。為此，我們引入了Packet Tracer模擬器，通過虛擬軟件技術(shù)，建立一個仿真的實驗環(huán)境，這對于提高學(xué)生動手和創(chuàng)造能力，以及提高教師的教研水平都具有較大的意義。

1 PacketTracer背景介紹

Packet Tracer是由Cisco公司發(fā)布的一個輔助學(xué)習(xí)工具，為學(xué)習(xí)思科網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)員設(shè)計、配置、排除網(wǎng)絡(luò)故障提供了網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。用戶可以在軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⒖商峁?shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進的詳細(xì)處理過程，讓學(xué)生觀察網(wǎng)絡(luò)實時運行情況，還可以學(xué)習(xí)IOS的配置，鍛煉故障排查能力。

在Packet Tracer中搭建路由器所在網(wǎng)絡(luò)包括兩部分內(nèi)容：第一是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，第二是連接方式。Packet Tracer中互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連線有九種，其中用到最多的是直連網(wǎng)線、交叉網(wǎng)線、串行線和自適應(yīng)網(wǎng)線。本設(shè)計的路由器配置建立在一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)中，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計尤為重要。

2 Packet Tracer活動向?qū)Ы榻B

2.1 活動向?qū)ё饔煤喗?/p>

為了方便教學(xué)活動的開展，Packet Tracer特意為學(xué)生和教師添加了一個有用的工具：活動向?qū)АＭㄟ^活動向?qū)Э梢允菇處煼浅７奖愕貫閷W(xué)生創(chuàng)建一個非常具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，然后讓學(xué)生完成這個網(wǎng)絡(luò)的搭建與配置。通過活動向?qū)Э梢詫碱}進行分?jǐn)?shù)的設(shè)置，一般情況下每設(shè)置一個知識點系統(tǒng)就會給這個點設(shè)置1分，而該考試題的總分要視該試題所包含的知識點的數(shù)量來決定[1]。

當(dāng)我們進入如圖1所示的活動向?qū)υ捒蛞院螅梢钥吹阶筮呌?0個按鈕，它們分別對應(yīng)10種不同的功能。

圖1 活動向?qū)Ы缑?/p>

⑴ 【W(wǎng)elcome】是歡迎界面，這個界面對活動向?qū)У墓δ苓M行了比較系統(tǒng)的介紹。

⑵ 【Variable Manager】是變量管理器。

⑶ 【Instructions】是文字編輯器，教師命題的文字和圖片部分就在這里進行編輯。

⑷ 【Answer Network】按鈕可以打開一個的窗口，在這個窗口中教師可以為自己設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)給出答案。

⑸ 【Initial Network】按鈕可以打開一個界面，通過這個界面可以設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生來完成搭建和設(shè)置。

⑹ 【Password】按鈕可以為我們設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)問題添加密碼。

⑺ 【Test Activity】按鈕可以打開Packet Tracer Activity窗口，在這個窗口中有我們?yōu)閱栴}網(wǎng)絡(luò)編寫的說明，也有測試該網(wǎng)絡(luò)是否正確的按鈕和重置網(wǎng)絡(luò)的按鈕。

⑻ 【Check Activity】按鈕的功能與【Test Activity】按鈕基本一樣。

⑼ 【Save】按鈕的功能是將編寫好的網(wǎng)絡(luò)問題保存在磁盤中，文件的擴展名是pka。

⑽ 【Exit】按鈕是當(dāng)我們結(jié)束問題的編輯工作時用來退出活動向?qū)Ы缑娣祷豍acket Tracer的界面。

2.2 HTML基本使用介紹

在活動向?qū)е胁僮髦改鲜窃O(shè)計網(wǎng)絡(luò)評估測試題的一個重要環(huán)節(jié)，通過操作指南用戶可以知道應(yīng)該怎樣搭建和設(shè)置網(wǎng)絡(luò)。

在操作指南的圖文編輯中，有不少HTML語言的標(biāo)簽，這些標(biāo)簽寫在尖括號中，在文字的前后各有一個，成對出現(xiàn)，這就是我們所說的HTML語言的標(biāo)簽。

與此同時，活動向?qū)榫W(wǎng)絡(luò)試題提供試題答案管理器這項功能。在將設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)連通后，會出現(xiàn)一個樹狀結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中，我們可以為這道網(wǎng)絡(luò)測試題添加所需測試的內(nèi)容，也會為每一個內(nèi)容設(shè)置分值。在樹形結(jié)構(gòu)列表中Feedback When Incorrect欄是錯誤操作信息反饋欄，教師可以在這一欄中編寫一些反饋信息，如果學(xué)生在這項操作中出現(xiàn)了錯誤，那么系統(tǒng)會把教師所編輯的反饋內(nèi)容顯示出來，這樣可以給學(xué)生一些提示[2]。

3 Packet Tracer具體實驗案例

Packet Tracer模擬器中現(xiàn)有21個實驗的學(xué)習(xí)練習(xí)題以及對應(yīng)的測試題，可供教師在教學(xué)、作業(yè)、測驗中隨意使用。每個實驗，模擬器都會提供相關(guān)的知識、實驗拓?fù)渲械穆酚善鱅P地址方案以及實驗任務(wù)和配置過程。根據(jù)要求，學(xué)生可以進行連線，當(dāng)完成連線后，學(xué)生可以知道自己的完成情況，也可知道所得的分?jǐn)?shù)。以下是其中兩個實驗案例。

3.1 RIP路由協(xié)議相關(guān)實驗設(shè)計

實驗設(shè)計思路及背景：

RIP是路由信息協(xié)議，是使用最廣泛的距離矢量路由協(xié)議。和其他的距離矢量選擇協(xié)議一樣，它也是遵循距離矢量選擇協(xié)議的規(guī)律，RIP每隔30秒就發(fā)送自己完整的路由表到所有激活的接口[3]。

為了加強對該協(xié)議的學(xué)習(xí)，本次設(shè)計考慮到了RIP協(xié)議一些重要的特性，如版本1不支持不連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)；版本2默認(rèn)時不接受版本1的更新信息等等[4]。根據(jù)這些特性，本次設(shè)計的理念是想辦法解決這些問題，使這些功能能夠?qū)崿F(xiàn)。

實驗設(shè)計拓?fù)洌?/p>

根據(jù)實驗需解決的問題，RIPv1與RIPv2之間路由選擇的解決方案如圖2所示。

圖2 RIPv1與RIPv2拓?fù)鋱D

實驗設(shè)計要點：

⑴ 掌握RIPv1和RIPv2的基本配置。

⑵ 掌握如何讓RIPv1和RIPv2兼容。在屬于RIPv2網(wǎng)絡(luò)并連接RIPv1網(wǎng)絡(luò)的接口上執(zhí)行命令，可以使得RIPv2網(wǎng)絡(luò)接收版本1的路由信息，從而實現(xiàn)RIPv1和RIPv2網(wǎng)絡(luò)的兼容。

實驗需達到的效果：

希望通過兩個實驗設(shè)計的全過程讓學(xué)生更加熟悉RIPv1和RIPv2的差異性和統(tǒng)一性，在今后路由協(xié)議的運用中做到游刃有余。

實驗主要涉及協(xié)議：

路由信息協(xié)議是一種使用最廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，是在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上使用的路由協(xié)議（在少數(shù)情形下，也可以用于連接到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)），它可以通過不斷地交換信息讓路由器動態(tài)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連接的變化，這些信息包括每個路由器可以到達哪些網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)有多遠(yuǎn)等[5]。

RIP是由“網(wǎng)關(guān)信息協(xié)議”發(fā)展過來的，可以說網(wǎng)關(guān)信息協(xié)議是RIP的最早版本。后來的一個版本才被命名為“路由信息協(xié)議”，是Xerox網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議簇的一部分[6]。

3.2 OSPF協(xié)議相關(guān)實驗設(shè)計

本次實驗設(shè)計思路及背景：

OSPF協(xié)議是一個鏈路狀態(tài)協(xié)議，其分層次的概念深受許多企業(yè)的青睞，在許多企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)中OSPF都是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃師優(yōu)先考慮使用的路由協(xié)議。基于該協(xié)議使用的廣泛性和實用性，就有了本次實驗設(shè)計的構(gòu)想。

實驗設(shè)計拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 OSPF配置

實驗設(shè)計要點：

希望學(xué)生深刻理解區(qū)域的概念。OSPF提出了“區(qū)域”的概念，一個網(wǎng)絡(luò)可以由單一區(qū)域或者多個區(qū)域組成。其中一個特別的區(qū)域被稱為骨干區(qū)域，該區(qū)域是整個OSPF網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū)域，并且所有其他的區(qū)域都與之直接連接[7]。

⑴ 掌握OSPF基本配置。

⑵ 理解DR和BDR的選舉過程并控制選舉。同一個廣播域的路由器或者一個點對點連接的兩端的路由器，在發(fā)現(xiàn)彼此的時候，建立鄰接[8]。OSPF協(xié)議同時使用單播和組播來發(fā)送Hello包和鏈路狀態(tài)更新，使用的組播地址為224.0.0.5和224.0.0.6。與RIP和BGP不同的是，OSPF協(xié)議不使用TCP或者UDP協(xié)議而是承載在IP協(xié)議之上，IP協(xié)議號為89，工作在OSI模型的傳輸層[9]。

⑶ 多路訪問網(wǎng)絡(luò)以及非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)的路由器會選舉指定路由器（DR）和備份指定路由器（BDR），DR和BDR作為網(wǎng)絡(luò)的中心負(fù)責(zé)路由器之間的信息交換從而降低了網(wǎng)絡(luò)中的信息流量。OSPF協(xié)議同時使用單播和組播來發(fā)送Hello包和鏈路狀態(tài)更新，使用的組播地址為224.0.0.5和224.0.0.6[10]。

4 實驗結(jié)果歸納及問題分析

4.1 設(shè)計結(jié)果歸納

本次設(shè)計實現(xiàn)了兩方面的功能，一方面是教師編寫基于Packet Tracer的路由器配置的測試題目，設(shè)置分值，設(shè)置測試時間及管理密碼等，并且可以跟蹤檢查學(xué)生對于路由器配置的掌握程度，方便輔導(dǎo)學(xué)生；另一方面，學(xué)生通過這樣的測試系統(tǒng)可以在做題的過程中了解自己配置的進程，還可以一邊配置，一邊檢查，方便自測，查找配置缺陷、網(wǎng)絡(luò)連通障礙等等。盡管在時間以及操作上對考生做了限制，采用Packet Tracer來進行實驗反倒能加快學(xué)生對知識的掌握速度，避免了將很多時間浪費在物理硬件設(shè)備的連接和調(diào)試上。

4.2 設(shè)計中所遇問題分析

本次設(shè)計中主要做的就是展現(xiàn)Packet Tracer相對于其他網(wǎng)絡(luò)模擬器的優(yōu)勢方面，從而為將Packet Tracer應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的教學(xué)做適當(dāng)?shù)匿亯|。

系統(tǒng)設(shè)計還存在欠缺，有很多模塊操作還不夠人性化，對很多錯誤信息的處理還不夠全面。所開發(fā)的Packet Tracer軟件也有一定的限制，比如說在實現(xiàn)控制列表方面，不能夠使用自反控制列表等。

5 結(jié)束語

本次設(shè)計主要研究Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬器并應(yīng)用其設(shè)計和開發(fā)針對計算機網(wǎng)絡(luò)課程的網(wǎng)絡(luò)案例。我們嘗試將Packet Tracer軟件引入計算機網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)中，利用Packet Tracer軟件作為教學(xué)工具進行計算機網(wǎng)絡(luò)工程實踐教學(xué)的平時練習(xí)和測驗，既節(jié)省了可觀的儀器設(shè)備購置費用，同時也通過仿真演示使抽象的基礎(chǔ)理論和基本概念變得通俗易懂，彌補了實驗手段不足等問題。利用該系統(tǒng)可以增強Packet Tracer中Activity Wizard模塊的功能，對此有待進一步研究，這樣可以同步設(shè)置多個測試項目，而不用針對每個具體項目都制作一次Packet Tracer，檢查的結(jié)果直接通過網(wǎng)絡(luò)提交到教師機，方便教師進行閱卷。

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