仿真軟件Packet Tracer在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)中的應(yīng)用

徐洪學(xué)，郭秀英

（沈陽大學(xué)信息工程學(xué)院，遼寧沈陽 110044）

仿真軟件Packet Tracer在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)中的應(yīng)用

徐洪學(xué)，郭秀英

（沈陽大學(xué)信息工程學(xué)院，遼寧沈陽 110044）

通過分析Packet Tracer軟件的功能和特點(diǎn)，認(rèn)為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件Packet Tracer，可以加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論和基本概念的認(rèn)識(shí)和理解，能夠培養(yǎng)學(xué)生解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程相關(guān)問題的綜合能力，為學(xué)生今后組建和使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也是解決目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足的好辦法。文章通過大量實(shí)例介紹了Packet Tracer軟件在虛擬局域網(wǎng)(VLAN)劃分和路由器路由表配置中的具體應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程；仿真軟件；Packet Tracer；虛擬局域網(wǎng)(VLAN)；路由器

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程作為計(jì)算機(jī)專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)必修課程，是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等課程為基礎(chǔ)，研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)現(xiàn)的一門課程。該課程使用系統(tǒng)集成的方法，根據(jù)建設(shè)目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)、功能、子系統(tǒng)集成在一起，為信息系統(tǒng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、傳輸平臺(tái)和提供基本的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，是從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的主要課程之一，在計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科教學(xué)中占有十分重要的地位。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，但由于各種主觀和客觀原因該門課程的實(shí)踐教學(xué)往往流于形式，如何在理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)中提高該課程的教學(xué)質(zhì)量是我們面臨的一個(gè)非常嚴(yán)峻的課題［1］。為此，我們嘗試將Packet Tracer軟件引入計(jì)算機(jī)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(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐教學(xué)的仿真演示和研究，既節(jié)省了可觀的儀器設(shè)備購置費(fèi)用，同時(shí)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(bǔ)了實(shí)驗(yàn)手段不足等問題［2，3］。

本文結(jié)合筆者近幾年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)實(shí)際，在分析Packet Tracer軟件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以虛擬局域網(wǎng)(VLAN)劃分及路由器路由表配置方法為教學(xué)實(shí)例，介紹Packet Tracer軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

一、Packet Tracer軟件簡(jiǎn)介

Packet Tracer是Cisco公司開發(fā)的一款計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包跟蹤器仿真軟件，是一個(gè)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)的用于設(shè)計(jì)、配置和解決復(fù)雜計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)問題的學(xué)習(xí)平臺(tái)［4］。該軟件利用一組簡(jiǎn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議模型，通過可視化的仿真界面和靈活方便的配置窗口為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。利用該環(huán)境，學(xué)習(xí)者可以重復(fù)再現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的任何細(xì)節(jié)，幫助學(xué)習(xí)者有效地學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、分析網(wǎng)絡(luò)的性能，更加深入理解網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜行為。

將Packet Tracer軟件用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)之中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和目的，學(xué)生可以選擇所需要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信協(xié)議及其參數(shù)，建立仿真的網(wǎng)絡(luò)模型，搭建虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并通過Packet Tracer軟件的可視化仿真界面和靈活方便的配置窗口參與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)，進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)操作，從而提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程的興趣，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

與實(shí)際的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)環(huán)境比較，Packet Tracer軟件具有以下幾方面特點(diǎn)。

（1）功能豐富。Packet Tracer軟件提供了豐富的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真設(shè)備，包括路由器、交換機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器以及各種連接電纜和終端等；支持常用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括HTTP，DNS，TFTP，Telnet，TCP，UDP，Single Area OSPF，DTP，VTP，STP等，同時(shí)也支持IP，Ethernet，ARP，Wireless，CDP，F(xiàn)rameRelay，PPP，HDLC，inter-VLAN routing和ICMP等協(xié)議。提供可視化的仿真界面和靈活方便的配置窗口，學(xué)生只需要通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊操作即可輕松地將所需的仿真設(shè)備添加到所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并通過配置窗口對(duì)仿真設(shè)備和協(xié)議進(jìn)行參數(shù)配置。

（2）實(shí)時(shí)仿真。Packet Tracer軟件為學(xué)生提供實(shí)時(shí)模式(Realtime)和仿真模式(Simulation)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)時(shí)模式與數(shù)據(jù)實(shí)際傳輸過程一樣；仿真模式以動(dòng)態(tài)方式模擬協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的傳輸過程。學(xué)生可以在實(shí)時(shí)模式中測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通性；也可以利用仿真模式觀察PDU在網(wǎng)絡(luò)中的傳送情況，跟蹤PDU在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)處理過程。這為學(xué)生快速、生動(dòng)地理解抽象的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了可能。

（3）方便靈活。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬過程中，只要網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和仿真參數(shù)等不發(fā)生改變，網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果就不會(huì)發(fā)生改變。學(xué)生可重復(fù)再現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，獲取相關(guān)的理論數(shù)據(jù)。此外，學(xué)生也可以按規(guī)則隨意修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和仿真參數(shù)，靈活設(shè)置網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境，從而獲取自己感興趣的、與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行細(xì)節(jié)相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過這種仿真實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生可以有針對(duì)性地更改網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境，從不同的角度獲取有用數(shù)據(jù)，分析網(wǎng)絡(luò)性能，全面理解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程。與實(shí)際的操作相比，使用靈活方便。

PacketTracer軟件可應(yīng)用于仿真構(gòu)建企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、虛擬局域網(wǎng)劃分與配置、多路由器與多交換機(jī)配置以及無線網(wǎng)絡(luò)仿真等實(shí)驗(yàn)。

二、利用Packet Tracer軟件實(shí)現(xiàn)VL AN劃分

虛擬局域網(wǎng)(VLAN：VirtualLocalArea Network)是一種通過將局域網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興技術(shù)［5］。一方面，VLAN建立在局域網(wǎng)交換機(jī)之上，另一方面，VLAN是局域交換網(wǎng)的靈魂。這是因?yàn)橥ㄟ^VLAN劃分，用戶能方便地在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備和快捷地組建寬帶網(wǎng)絡(luò)而無需改變?nèi)魏斡布屯ㄐ啪€路，實(shí)現(xiàn)從邏輯上對(duì)用戶和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分配，無需考慮具體的物理位置。由于VLAN是從邏輯上而不是從物理上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，所以同一個(gè)VLAN內(nèi)的各個(gè)工作站沒有限制在同一個(gè)物理范圍中，即這些工作站可以在不同物理LAN網(wǎng)段內(nèi)。

VLAN在交換機(jī)上的實(shí)現(xiàn)大致可以分為六種方法［5］：①基于端口劃分；②基于MAC地址劃分；③基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議劃分；④根據(jù)IP組播劃分；⑤按策略劃分；⑥按用戶定義、非用戶授權(quán)劃分。本文利用其中應(yīng)用最廣泛且最有效的基于端口劃分VLAN的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1.規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接

規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、所采用的協(xié)議以及擴(kuò)展和升級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理等各個(gè)方面因素，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的規(guī)劃直接影響到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能。

針對(duì)具體的VLAN劃分與配置實(shí)驗(yàn)，首先，需明確實(shí)驗(yàn)要求。作為實(shí)驗(yàn)案例，提出如下要求：用2臺(tái)交換機(jī)連接8臺(tái)PC機(jī)組建一個(gè)局域網(wǎng)，并將其劃分成3個(gè)VLAN，同一個(gè)VLAN內(nèi)的PC機(jī)可以分布在不同地理位置與不同交換機(jī)相連。其次，運(yùn)行Packet Tracer軟件，并在可視化的仿真界面內(nèi)直接使用拖拽方法，通過添加或移除網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、建立或刪除網(wǎng)絡(luò)連接來建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并實(shí)施網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接。

具體操作如下：選擇2臺(tái)2950-24型交換機(jī)，分別命名為Switch0和Switch1，并在Switch0中定義VLAN11和VLAN12，在Switch1中定義VLAN12和VLAN13；選擇8臺(tái)PC機(jī)，分別命名為PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7。用直通雙絞線將PC0、PC1、PC2、PC3分別與Switch0的FastEthernet 0/1、FastEthernet0/2、FastEthernet0/3 FastEthernet 0/4端口連接，將PC4、PC5、PC6、PC7分別與Switch1的FastEthernet0/1、FastEthernet0/2、FastEthernet0/ 3、FastEthernet0/4端口連接；用交叉雙絞線將Switch0和Switch1的FastEthernet0/24端口級(jí)接。PC0與PC1屬于VLAN11，PC2、PC3、PC4與PC5屬于VLAN12，PC6與PC7屬于VLAN13(VLAN的定義及劃分方法參見2.2)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.VLAN劃分及參數(shù)配置

規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并選擇連網(wǎng)設(shè)備后，可以通過交換機(jī)和PC機(jī)的“Config”配置窗口進(jìn)行VLAN劃分及參數(shù)配置，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連通性進(jìn)行測(cè)試。具體操作方法如下。

（1）定義VLAN。單擊Switch0，選擇Config，單擊VLAN Database，分別輸入VLAN Name和VLAN Number，并單擊Add按鈕，分別定義Switch0中VLAN11和VLAN12，如圖2所示。

類似地，利用同樣方法為Switch1定義VLAN12和VLAN13。

（2）VLAN劃分。單擊Switch0，選擇Config，單擊FastEthernet0/1，分別選擇Access模式和VLAN參數(shù)11，將Switch0的FastEthernet0/1端口劃分給VLAN11，如圖3所示。

利用同樣方法將Switch0的FastEthernet 0/2端口劃分給VLAN11，Switch0的FastEthernet0/3、FastEthernet0/4端口以及Switch1的FastEthernet0/ 1、FastEthernet0/2端口劃分給VLAN12，Switch1的Fast Ethernet0/3和FastEthernet0/4端口劃分給VLAN13。

（3）級(jí)接端口配置。單擊Switch0，選擇Config，單擊FastEthernet0/24端口，分別選擇Trunk模式和VLAN參數(shù)11及12，將Switch0的FastEthernet0/24端口配置為Trunk模式，如圖4所示。

利用同樣方法將Switch1的FastEthernet 0/24端口配置為Trunk模式。

（4）PC機(jī)參數(shù)配置。單擊PC0，選擇Config，單擊FastEthernet，填寫“IP address”為l92.168.1.1，“Subnet Mask”為255.255.255.224，其他參數(shù)選擇缺省值，如圖5所示。

用相同方法配置PC機(jī)PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7的“IP address”分別為l92.168.1.2、l92.168.1.33、l92.168.1.34、l92.168.1.35、l92.168.1. 36、l92.168.1.65和l92.168.1.66，它們的“Subnet Mask”皆為255.255.255.224。

3.網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試

VLAN劃分及PC機(jī)參數(shù)配置結(jié)束后，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連通性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法如下。

方法一：利用Ping命令測(cè)試。單擊任意一臺(tái)PC機(jī)，選擇Desktop，單擊Command Prompt，用Ping命令檢驗(yàn)同一VLAN內(nèi)和不同VLAN內(nèi)PC機(jī)的連通性。得到的結(jié)果應(yīng)為：同一VLAN內(nèi)的PC機(jī)都能相互Ping通，而不同VLAN內(nèi)的PC機(jī)都不能相互Ping通，這與真實(shí)VLAN環(huán)境得到的結(jié)果相同，如圖6所示。

方法二：通過添加協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)測(cè)試。單擊仿真工作區(qū)右側(cè)的“Add Simple PDU(P)”，再分別單擊屬于同一VLAN內(nèi)或不同VLAN內(nèi)的PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)(Realtime)或模擬(Simulation)連通性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果與方法一得到的結(jié)果相同。

三、利用Packet Tracer實(shí)現(xiàn)路由器路由表配置

軟件Packet Tracer既可以通過“Config”配置窗口對(duì)終端設(shè)備或交換設(shè)備做一些基本的配置，如IP地址、靜態(tài)路由、動(dòng)態(tài)路由等，也能夠利用IOS命令集窗口“CLI”對(duì)交換設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置，如圖7所示。通過“CLI”窗口，用戶能夠熟悉交換機(jī)、路由器的功能及其基本配置命令的使用。

下面通過實(shí)例分別利用“Config”配置窗口和IOS命令集窗口“CLI”對(duì)路由器路由表進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖8所示。

1.靜態(tài)路由表配置

單擊Router0，選擇Config，單擊Static按鈕，在配置界面中分別輸入目的網(wǎng)絡(luò)IP地址、子網(wǎng)掩碼以及下一跳路由器IP地址，并單擊Add按鈕，如圖9所示。其中IP地址192.168.2.2為Router1端口FastEthernet0/1的IP地址，即Router0的下一跳路由器IP地址。

對(duì)應(yīng)的IOS命令集序列如下：

類似地，利用相同方法可以配置Router1的靜態(tài)路由表為：192.168.1.0/24 192.168.2.1。

2.動(dòng)態(tài)路由表配置

單擊Router0，選擇Config，單擊Rip按鈕，在配置界面中分別輸入物理網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)IP地址，并單擊Add按鈕，如圖10所示。

對(duì)應(yīng)的IOS命令集序列如下：

類似地，利用相同方法可以配置Router1的動(dòng)態(tài)路由表。

3.網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試

類似VLAN連通性測(cè)試，路由器路由表配置結(jié)束后，可以分別利用Ping命令方法和通過添加協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)方法來測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連通性。測(cè)試結(jié)果表明：處在不同IP地址網(wǎng)段內(nèi)的PC機(jī)都能通過路由器相互通信，與真實(shí)路由器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境得到的結(jié)果相同。

本文詳細(xì)描述了VLAN劃分及路由器路由表配置過程，通過實(shí)例介紹了仿真軟件Packet Tracer在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)中的應(yīng)用。將Packet Tracer軟件應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)，通過其可視化的仿真界面和靈活方便的配置窗口，加深了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論和基本概念的認(rèn)識(shí)和理解，培養(yǎng)了學(xué)生解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程相關(guān)問題的綜合能力，這對(duì)加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力培養(yǎng)會(huì)有很大幫助，為學(xué)生今后組建和使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

［1］劉宏波，李金鐸，王永斌，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006（36）：257，300-302.

［2］王艷麗，陰國富.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)優(yōu)化探索［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（13）：175-176，179.

［3］劉智勇，邢敏.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（12）：98-100.

［4］黃筱燕，肖媛娥.Packet Tracer在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.井岡山學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（2）：55-57，87.

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The Application of Packet Tracer Software in Computer Network Engineering Teaching

XU Hong-xue，GUO Xiu-ying

（College of Information Engineering,Shenynag University,Shenyang 110044,China）

Through the analysis of Packet Tracer software’s functions and the characteristics,it is pointed out that using simulation software Packet Tracer in the computer network engineering teaching may deepen the students’awareness and understanding for the basic theory and the basic concepts,can cultivate the students’synthesizing capacity to solve the computer network engineering question,and lay a solid foundation for students to build and use computer network in the future,simultaneously is also a good way to solve the problem of funds insufficient in present computer network engineering test teaching.Through the abundant instances,the application of Packet Tracer software in the virtual local area network(VLAN)division and the router routing list configuration are introduced.

computer network engineering;simulation software;Packet Tracer;Virtual Local Area Network (VLAN);router

G 642.21

A

1008-3863（2010）01-0084-05

2009-09-15

徐洪學(xué)（1962-），男，遼寧大連人，沈陽大學(xué)教授，博士。

【責(zé)任編輯 王立坤】