基于PacketTracer網(wǎng)絡(luò)案例實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)環(huán)境的模擬工具。基于Packet Tracer進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，教學(xué)實(shí)踐表明，Packet Tracer能夠模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)交互設(shè)備，使得學(xué)生可以隨時(shí)隨地的對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行操作，使得老師的授課更加生動(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)； 案例實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)重要的核心課程，是一門理論和實(shí)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(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生組建、維護(hù)、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(shí)踐，就很難讓學(xué)生從理論知識(shí)中真正理解復(fù)雜的原理和技術(shù)。

計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)室設(shè)備相對(duì)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(gè)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這對(duì)于提高學(xué)生動(dòng)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(gè)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(jì)、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)?，并可提供?shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)的詳細(xì)處理過程，讓學(xué)生觀察網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)運(yùn)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(jì)的路由器配置建立在一個(gè)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(jì)尤為重要。

2 Packet Tracer活動(dòng)向?qū)Ы榻B

2.1 活動(dòng)向?qū)ё饔煤喗?/p>

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

當(dāng)我們進(jìn)入如圖1所示的活動(dòng)向?qū)?duì)話框以后，可以看到左邊有10個(gè)按鈕，它們分別對(duì)應(yīng)10種不同的功能。

圖1 活動(dòng)向?qū)Ы缑?/p>

⑴ 【W(wǎng)elcome】是歡迎界面，這個(gè)界面對(duì)活動(dòng)向?qū)У墓δ苓M(jìn)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(jìn)行編輯。

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

⑸ 【Initial Network】按鈕可以打開一個(gè)界面，通過這個(gè)界面可以設(shè)置一個(gè)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?cè)O(shè)計(jì)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(gè)窗口中有我們?yōu)閱栴}網(wǎng)絡(luò)編寫的說明，也有測(cè)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(kuò)展名是pka。

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

2.2 HTML基本使用介紹

在活動(dòng)向?qū)е胁僮髦改鲜窃O(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估測(cè)試題的一個(gè)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(hào)中，在文字的前后各有一個(gè)，成對(duì)出現(xiàn)，這就是我們所說的HTML語言的標(biāo)簽。

與此同時(shí)，活動(dòng)向?qū)榫W(wǎng)絡(luò)試題提供試題答案管理器這項(xiàng)功能。在將設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)連通后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，我們可以為這道網(wǎng)絡(luò)測(cè)試題添加所需測(cè)試的內(nèi)容，也會(huì)為每一個(gè)內(nèi)容設(shè)置分值。在樹形結(jié)構(gòu)列表中Feedback When Incorrect欄是錯(cuò)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(xiàng)操作中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，那么系統(tǒng)會(huì)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(shí)驗(yàn)案例

Packet Tracer模擬器中現(xiàn)有21個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)練習(xí)題以及對(duì)應(yīng)的測(cè)試題，可供教師在教學(xué)、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)中隨意使用。每個(gè)實(shí)驗(yàn)，模擬器都會(huì)提供相關(guān)的知識(shí)、實(shí)驗(yàn)拓?fù)渲械穆酚善鱅P地址方案以及實(shí)驗(yàn)任務(wù)和配置過程。根據(jù)要求，學(xué)生可以進(jìn)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(gè)實(shí)驗(yàn)案例。

3.1 RIP路由協(xié)議相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(qiáng)對(duì)該協(xié)議的學(xué)習(xí)，本次設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)拓?fù)洌?/p>

根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

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(shí)現(xiàn)RIPv1和RIPv2網(wǎng)絡(luò)的兼容。

實(shí)驗(yàn)需達(dá)到的效果：

希望通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yùn)用中做到游刃有余。

實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連接的變化，這些信息包括每個(gè)路由器可以到達(dá)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(gè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及背景：

OSPF協(xié)議是一個(gè)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(shí)用性，就有了本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)想。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 OSPF配置

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

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(gè)網(wǎng)絡(luò)可以由單一區(qū)域或者多個(gè)區(qū)域組成。其中一個(gè)特別的區(qū)域被稱為骨干區(qū)域，該區(qū)域是整個(gè)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(gè)廣播域的路由器或者一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的兩端的路由器，在發(fā)現(xiàn)彼此的時(shí)候，建立鄰接[8]。OSPF協(xié)議同時(shí)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(hào)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(huì)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(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納及問題分析

4.1 設(shè)計(jì)結(jié)果歸納

本次設(shè)計(jì)實(shí)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(cè)試題目，設(shè)置分值，設(shè)置測(cè)試時(shí)間及管理密碼等，并且可以跟蹤檢查學(xué)生對(duì)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(cè)試系統(tǒng)可以在做題的過程中了解自己配置的進(jìn)程，還可以一邊配置，一邊檢查，方便自測(cè)，查找配置缺陷、網(wǎng)絡(luò)連通障礙等等。盡管在時(shí)間以及操作上對(duì)考生做了限制，采用Packet Tracer來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反倒能加快學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握速度，避免了將很多時(shí)間浪費(fèi)在物理硬件設(shè)備的連接和調(diào)試上。

4.2 設(shè)計(jì)中所遇問題分析

本次設(shè)計(jì)中主要做的就是展現(xiàn)Packet Tracer相對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)模擬器的優(yōu)勢(shì)方面，從而為將Packet Tracer應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)做適當(dāng)?shù)匿亯|。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在欠缺，有很多模塊操作還不夠人性化，對(duì)很多錯(cuò)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(shí)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(jì)主要研究Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬器并應(yīng)用其設(shè)計(jì)和開發(fā)針對(duì)計(jì)算機(jī)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(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)的平時(shí)練習(xí)和測(cè)驗(yàn)，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。利用該系統(tǒng)可以增強(qiáng)Packet Tracer中Activity Wizard模塊的功能，對(duì)此有待進(jìn)一步研究，這樣可以同步設(shè)置多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，而不用針對(duì)每個(gè)具體項(xiàng)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(jī)，方便教師進(jìn)行閱卷。

參考文獻(xiàn)：

[1] Yongbin Zhang. "Teaching Innovation in Computer Network

Course for Undergraduate Students with Packet Tracer"[J]. IEEE MTT-S Microwave Symposium Digest，2012.2：1101-1104

[2] Lou Xueming. "Application of BGP/MPLS VPN Technology in

Metropolitan Area Network"[J]. Asia Pacific Advanced Network，2004.2：25-29

[3] 李卓偉，李華，徐婷.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，

2007.4：1-3

[4] 張其林.網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，

2008.2（11）：3-6

[5] （美）Jeff Doyle.TCP/IP路由技術(shù)（第一卷）[M].人民郵電出版社，2003.

[6] 李萬高，胡耀東.虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)路由協(xié)議[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009.5

（15）：5-10

[7] 謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）[M].電子工業(yè)出版社，2008.

[8] （美）Donna L.Harrington.CCNP實(shí)戰(zhàn)指南：故障排除[M].人民郵電出

版社，2003.

[9] 李萬高，胡耀東.虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)路由協(xié)議[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2009.5

（15）：5-10

[10] 毛敏，肖隨貴.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)與高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合研究[J].教育與

職業(yè)，2008.30：5-10