Packet Tracer仿真軟件在計算機網(wǎng)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(wǎng)絡作為計算機專業(yè)本科學生的必修課程，是研究計算機網(wǎng)絡基本原理和網(wǎng)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(xiàn)厭學情緒.由于網(wǎng)絡實驗設備的價格較高，部分學校的實驗環(huán)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(wǎng)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(wǎng)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(fā)布的一個輔助學習工具，是一個集成的仿真、可視化、協(xié)作和評估環(huán)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(wǎng)絡拓撲，也可以在IOS 環(huán)境中對虛擬設備進行配置，幫助學生熟悉網(wǎng)絡設備的各種配置命令，并可提供數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡傳輸中的詳細處理過程，觀察網(wǎng)絡實時運行情況.利用Packet Tracer軟件可以方便快捷地進行網(wǎng)絡組建、設備配置、協(xié)議測試等計算機網(wǎng)絡實驗[2].

2 網(wǎng)絡地址轉換(NAT)原理介紹

網(wǎng)絡地址轉換(NAT)是將IP數(shù)據(jù)包頭中的IP 地址轉換為另一個IP 地址的過程.NAT將網(wǎng)絡劃分為內(nèi)部網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡兩部分，內(nèi)部網(wǎng)絡主機利用NAT訪問外部網(wǎng)絡時，是將內(nèi)部網(wǎng)絡的本地地址轉換為全局地址(互聯(lián)網(wǎng)合法的IP地址)后轉發(fā)數(shù)據(jù)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(nèi)網(wǎng)IP地址到一個指定的外網(wǎng)IP地址，內(nèi)部網(wǎng)絡的所有主機均可共享一個合法外部IP地址實現(xiàn)對Internet的訪問，從而可以最大限度地節(jié)約IP地址資源.同時，又可隱藏網(wǎng)絡內(nèi)部的所有主機，有效避免來自Internet的攻擊[3].

網(wǎng)絡地址轉換(NAT)是局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)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(nèi)部網(wǎng)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(tài)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?shù)臄?shù)據(jù)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(shù)據(jù)包分析予以說明.

3 網(wǎng)絡地址轉換(NAT)實驗拓撲圖及配置

在Packet Tracer中搭建網(wǎng)絡環(huán)境，左側部分模擬企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡，R1為企業(yè)網(wǎng)的網(wǎng)關路由器；右側模擬網(wǎng)絡接入服務商的網(wǎng)絡結構，R2為ISP路由器，Web Server模擬的互聯(lián)網(wǎng)中WEB服務器，其中已經(jīng)內(nèi)置網(wǎng)站內(nèi)容.網(wǎng)絡拓撲圖見圖1.

圖1 網(wǎng)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(wǎng)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(tài)路由，使左右兩個網(wǎng)絡的互通，企業(yè)內(nèi)部的PC機可以訪問互聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸過程分析

網(wǎng)絡環(huán)境完成配置并測試通過后，把Packet Tracer切換到模擬狀態(tài).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W(wǎng)eb服務器預置的網(wǎng)頁內(nèi)容，這時Packet Tracer主窗口會通過動畫演示數(shù)據(jù)包傳輸?shù)倪^程，事件列表窗口顯示傳輸過程中各設備收到的數(shù)據(jù)包(設置過濾HTTP 和TCP協(xié)議)，并且可以通過點擊事件的信息顏色塊查看數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容和格式.數(shù)據(jù)包傳輸動畫演示、事件列表和R1路由器數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容見圖2.

圖2 數(shù)據(jù)包傳輸動畫演示、事件列表和R1路由器數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容截圖

通過每個事件的信息塊逐個查看數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，可以查看數(shù)據(jù)包內(nèi)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(shù)據(jù)包內(nèi)的IP地址，見表2.

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

在R1路由器上配置NAT網(wǎng)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(shù)據(jù)包內(nèi)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(fā)的數(shù)據(jù)包在經(jīng)過路由器R1時，源IP地址發(fā)生了變化，由192.168.1.1變換成200.5.120.9，Web Server收到的數(shù)據(jù)包中顯示的源地址并不是PC0，而是路由器的外網(wǎng)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(shù)據(jù)包經(jīng)過R1的時候目的IP地址發(fā)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(tài)路由后數(shù)據(jù)包內(nèi)IP地址情況

表3 配置NAT后數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包內(nèi)IP地址變換情況

5 結語

Packet Tracer可以動畫模擬顯示數(shù)據(jù)包的傳送路線，通過可視化模式顯示數(shù)據(jù)包的傳輸過程，使用戶能對抽象的數(shù)據(jù)的傳送具體化，并且可以查看具體數(shù)據(jù)的內(nèi)容和格式.本文通過演示NAT網(wǎng)絡地址轉換的實現(xiàn)過程，使學生非常清楚在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中IP地址的變換過程，發(fā)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(wǎng)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(wǎng)絡實驗室CCNA實驗指南[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.