Packet Tracer在高中網絡基礎教學中的應用

包凌琰

【摘 要】在高中網絡基礎教學過程中，由于經費、課時等多種因素限制，導致教學效果不理想。Packet Tracer軟件可以通過一系列的模擬實驗，讓學生在實踐中理解網絡相關知識，并轉化為自身技能。

【關鍵詞】Packet Tracer;網絡基礎;模擬實驗

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2021）06-080-03

《普通高中信息技術課程標準》中明確指出：學生應了解網絡設備的功能，能通過網絡命令查詢網絡及設備的工作狀態、發現聯網故障。計算機網絡基礎課程的理論性與實踐性極強，既注重網絡原理、體系結構的知識，又強調網絡組建及維護等應用能力的培養[1]。近年來，隨著教學條件的不斷改善，不少高中在網絡硬件方面加大了資金投入，然而硬件條件的提升卻沒有從根本上改變網絡基礎的教學現狀，對于普通高中來說，還沒有充足的實驗設備和足夠的時間供學生親自操作。學生對網絡相關知識的學習只流于表面，往往通過強記來處理相關知識，掌握的知識往往是零散的、不成體系的，更不能利用所學來解決實際的網絡問題。

Packet Tracer簡介

Packet Tracer是由Cisco公司發布的一個輔助學習工具，為學習網絡課程的初學者設計網絡、配置網絡、排除網絡故障提供了網絡模擬環境。該軟件采用了圖形化的操作界面，可以通過拖拽創建網絡模型，并且提供了數據包在網絡中行進的詳細處理過程[2]。

利用Packet Tracer進行網絡基礎教學的可行性分析

Packet Tracer作為一款模擬軟件，應用于高中網絡基礎教學有以下優勢。

簡單易用。軟件使用圖形界面，操作簡單易懂，無需掌握復雜的專業知識，只需簡單的圖標拖曳即可迅速搭建網絡。

成本低廉。網絡實驗涉及的硬件極多，包括計算機、交換機、集線器、路由器等大量設備。這些設備往往價格昂貴，并且需要占用大量場地，經常進行維護、升級、更換。而Packet Tracer屬于免費軟件，相對而言成本幾乎可以忽略不計。

安全性高。硬件設備操作有一定技術要求，誤操作可能會損壞硬件，也有用電安全隱患。利用Packet Tracer模擬軟件進行教學可以完美地回避上述問題。

模擬程度高。舉例來說，想在Packet Tracer中為計算機添加一個網卡必須先將計算機斷電才能操作。Packet Tracer極大程度地模擬了真實的軟硬件，可以讓學生仿佛在操作真實的硬件。其逼真的模擬環境可以讓學生更加深刻地理解所學知識，將知識轉化為相關技能。

教學效率高。對于一些復雜的知識點或實驗，教師可以通過軟件搭建的模型來進行教學;對于一些簡單的知識點或實驗，學生可以通過軟件來鞏固知識。

利用Packet Tracer進行仿真實驗

1.雙機互聯

實驗目的：驗證IP地址與子網掩碼之間的關系。

實驗拓撲結構：本實驗由一臺PC機和一臺服務器構成，通過交叉線進行連接。具體操作如下。

（1）單擊左下角計算機圖標（圖1），在右側彈出的界面中選擇PC和Server拖動至操作界面。（2）單擊左下角網線圖標，選擇交叉線連接計算機。（3）單擊PC-PT機，在彈出的窗口中單擊“Desktop”選項卡，打開“IP Configuration”，將IP設置為192.168.0.101，子網掩碼設置為255.255.255.0。對Server-PT進行同樣的操作，但IP設置為192.168.0.100。（4）單擊PC-PT機，在彈出的窗口中單擊“Command Prompt”，輸入ping 192.168.0.100，顯示如圖2所示，通訊成功。（5）Server-PT的IP設置為192.168.1.100，然后繼續在PC-PT上ping服務器，顯示如圖3所示，通訊不成功。

通過該實驗，學生對IP地址與子網掩碼的工作原理有了更加直觀的了解：IP地址與子網掩碼可以確定計算機所在的網絡，兩臺計算機只有處于同一網絡，才能夠直接互相通訊。另外，可以點擊PC-PT，在彈出窗口中選擇“Web Browser”，在瀏覽器中輸入http：//192.168.0.100后按“回車”鍵。可以通過打開網頁的方式讓學生有更加直觀的感受。

2.多機互聯

實驗目的：驗證集線器與交換機的工作原理及兩者差異。

實驗拓撲結構：本實驗由兩臺PC、一臺服務器、一個集線器和一個交換機構成。具體操作如下。

（1）與雙機互聯類似，拖動三臺計算機到工作區。將服務器IP地址設置為192.168.0.100，子網掩碼為255.255.255.0。將另外兩臺計算機IP地址設置為192.168.0.101和192.168.0.102，子網掩碼均為255.255.255.0。（2）單擊圖1中的交換機等網絡設備圖標，拖動一個集線器HUB-PT和一個交換機2950-24備用。（3）用直通線將三臺計算機連接到集線器上。參照“雙機互聯”實驗中的步驟（4）和（5），利用ping命令測試三臺計算機間是否連通。（4）用直通線將三臺計算機連接到交換機上，等待網線與路由器的連接點處的指示燈由紅變橙，最終變為綠色。參照“雙機互聯”實驗中的步驟（4）和（5），利用ping命令測試三臺計算機間是否連通。

通過實驗學生可以深刻體會到無論是交換機還是集線器，它們都能將多臺計算機連接起來，從而構成一個小的局域網，但兩者之間的工作特性有著明顯差異。最直觀的感受是集線器網線連接后即可直接工作，而交換機需要等待一段時間。教師此時在軟件右下方的“Simulation”模塊中，通過實時監控將交換機和集線器的數據包發送流程展示給學生。將學生觀測到的現象本質一一展示在學生面前，即集線器采用的傳輸技術是廣播式，因而通電直接工作;交換機工作前需要做大量準備工作，以確保數據傳送的高效，因而通電后需要等待一段時間。

3.跨網段互聯

實驗目的：驗證網關的作用，感受網關的工作流程。

實驗拓撲結構：本實驗由三個2950T-24交換機和一個1841路由器以及若干臺計算機構成。具體操作如下。

用兩個交換機和若干臺計算機構建兩個不同的網段局域網。具體設置如表1所示。

（1）用直通線將交換機Switch0和Switch2分別連接到交換機Switch1上，等待所有指示燈變綠，然后用ping命令測試不同網絡間的計算機是否連通。（2）將第三臺交換機刪除，換成1841路由器連接兩個局域網。（3）單擊1841路由器，在彈出的窗口中點擊“Config”選項卡，然后點擊“FastEthernet0/0”（連接Switch0的接口），在右側詳細列表中將“Port Status”復選框勾選，對IP進行配置，將IP設置為192.168.0.1，子網掩碼為255.255.255.0。對“FastEthernet0/1”（連接Switch2）進行類似配置，IP改為192.168.1.1。（4）打開每一臺計算機的“IP Configuration”，在“Default Gateway”中填入本網絡的網關地址。打開方式參見“雙機互聯”步驟（3），網關地址具體為：連接Switch0的計算機填入192.168.0.1，連接Switch2的計算機填入192.168.1.1。（5）用ping命令測試各計算機是否連通。

通過實驗，學生可以了解計算機跨網段通訊的詳細流程：假設計算機A向計算機B發送數據，A先將數據包發送給網關，由網關轉發到對應的端口，最終計算機B收到數據包。而計算機B返回數據包依然要經過網關，流程和A發送至B類似。任何一個環節出錯，計算機通訊都將出現問題。

利用Packet Tracer模擬平臺進行教學，降低了學校的資金投入，打破了學生學習時間和空間上的限制，其效果直觀，學生印象深刻，對學生了解IP的作用、IP的分類、子網掩碼的工作原理、網關的作用及工作原理都有極大的幫助。不僅如此，教師可以在深度與廣度上進一步拓展，如繼續添加DNS服務器、DHCP服務器、無線AP等設備，讓網絡更加完善。而且整個教學流程適合做成項目，該項目由若干個子項目構成，學生在教師的協助下，通過自主學習與協作學習，不斷完成一項又一項的挑戰，激發了學習興趣，不僅掌握了知識，更提升了將知識轉化為解決實際問題的能力。