多平臺下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃安安　陳潮　楊雪

摘要摘要：將Wireshark、Packet Tracer、VMware等平臺引入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中，提出了一種多平臺下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。針對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)等3類實(shí)驗(yàn)，精心設(shè)計(jì)和實(shí)施了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)施結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)提高了學(xué)生的操作技能和設(shè)計(jì)開發(fā)能力，提升了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；多平臺；網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)

DOIDOI：10.11907/rjdk.171152

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）005022204

0引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的重要內(nèi)容，是提高學(xué)生操作技能和開發(fā)設(shè)計(jì)能力的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)符合網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目尤為重要[13]。目前，雖然引入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中的軟件或平臺很多，但能夠形成較為完整的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系并不多見[45]。本文將國內(nèi)外一些知名企業(yè)、高校和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺引入到教學(xué)中，形成了較為完整的教學(xué)體系，可為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

1平臺簡介

1.1Wireshark

Wireshark是學(xué)者經(jīng)常使用的一款免費(fèi)開源的網(wǎng)絡(luò)封包分析軟件，其使用WinPCAP作為接口，直接與網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文交換，并能支持Windows和UNIX多種平臺。主要功能是實(shí)時(shí)擷取網(wǎng)絡(luò)封包，盡可能將包中詳細(xì)信息顯示出來。可通過多種方式查找或過濾數(shù)據(jù)包，還可進(jìn)行多種統(tǒng)計(jì)分析。對于分層的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，此款軟件應(yīng)用效果很好[68]。

1.2Cisco Packet Tracer

Packet Tracer是由思科公司開發(fā)的一款功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。學(xué)習(xí)者可以在友好的軟件圖形用戶界面上直接拖曳路由器、交換機(jī)等虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，搭建各種類型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以像使用真?shí)設(shè)備一樣對各種模擬設(shè)備進(jìn)行配置，還可以通過數(shù)據(jù)包跟蹤等方式對網(wǎng)絡(luò)連通性進(jìn)行測試，以驗(yàn)證設(shè)備配置的正確性 [910]。Packet Tracer提供了免費(fèi)、靈活、高效的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，已成為學(xué)習(xí)或訓(xùn)練最常用的一種工具，見圖1。

1.3VMware

VMware是威睿公司開發(fā)的一款功能強(qiáng)大的虛擬PC軟件，可以提供虛擬機(jī)功能。每臺虛擬機(jī)具有CMOS、內(nèi)存、磁盤和操作系統(tǒng)，用戶可以像使用真實(shí)PC一樣對其進(jìn)行操作[11]。在此平臺下可以安裝不同的操作系統(tǒng)，部署或搭建不同的服務(wù)器，從而形成虛擬局域網(wǎng)。

1.4協(xié)議編輯器

Wireshark僅能監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，不能處理網(wǎng)絡(luò)事務(wù)，因而不能像協(xié)議編輯器一樣發(fā)送和修改網(wǎng)絡(luò)包或做其它交互性工作。吉林中軟吉大信息有限公司開發(fā)的協(xié)議編輯器，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同進(jìn)行不同操作，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，以便利用協(xié)議分析器捕獲和解析。此平臺可以編輯不同協(xié)議的數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，也可以自定義編輯協(xié)議腳本進(jìn)行應(yīng)用，還可以利用其觸發(fā)器設(shè)置觸發(fā)條件，自動觸發(fā)數(shù)據(jù)包，完成交互[12]。

1.5CMD

命令提示符（CMD）是Windows系統(tǒng)中的命令工作提示符，是一個(gè)32位的命令行程序，命令行程序?yàn)閏md.exe，類似于微軟的DOS操作系統(tǒng)。在此平臺下可以輸入相關(guān)命令對計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等進(jìn)行管理操作。

2多平臺下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的目標(biāo)不僅要培養(yǎng)學(xué)生診斷網(wǎng)絡(luò)故障、管理和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能力，還要培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，發(fā)揮創(chuàng)新思維，具備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)和設(shè)計(jì)的能力。因此，在多平臺下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，要考慮3個(gè)原則[13]：①實(shí)用性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要貼近網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用，緊跟網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向；②開拓性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容應(yīng)從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理出發(fā)，提高理解能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，為今后學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)；③層次性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)遵循由簡單到復(fù)雜的規(guī)律，結(jié)合各平臺優(yōu)點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立多層次、立體化和多樣性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)包含網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)3大類。本文精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將Wireshark、Packet Tracer VMware協(xié)議編輯器、CMD等引入到網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建多平臺下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，如表1所示。

3設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

在多平臺下網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要有制作雙絞線、常用網(wǎng)絡(luò)命令、安裝網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等，平臺主要有硬件平臺和CMD。在Windows系統(tǒng)下常用網(wǎng)絡(luò)命令一般包括9個(gè)，其功能如表2所示。下面以常用網(wǎng)絡(luò)命令實(shí)驗(yàn)中Tracert命令為例，說明CMD在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用。

Tracert命令使用字段ICMP錯(cuò)誤消息和IP生存時(shí)間（TTL）來確定從一個(gè)主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)上其它主機(jī)的路由[14]。其功能主要是追蹤本機(jī)到目標(biāo)主機(jī)的路由器線路，發(fā)現(xiàn)故障路由設(shè)備或網(wǎng)關(guān)，判斷發(fā)生故障的區(qū)段，從而確定故障位置，以便排除故障。跟蹤數(shù)據(jù)包從本地機(jī)到達(dá)www.sina.com.cn所經(jīng)過的路徑，結(jié)果如圖1所示。

從測試結(jié)果可以看出，從本機(jī)到達(dá)目標(biāo)主機(jī)經(jīng)過了11個(gè)路由器，雖然在第9個(gè)路由器出現(xiàn)了“請求超時(shí)”，表示沒有ICMP回復(fù)，但是目標(biāo)主機(jī)是可達(dá)的，說明此路由器可能設(shè)置了不允許Ping或其它情況?？梢娫贑MD下通過測試各種網(wǎng)絡(luò)命令，可以讓學(xué)生更好地運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)命令診斷網(wǎng)絡(luò)。

3.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置實(shí)驗(yàn)

目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備種類繁多，按照OSI七層參考模型，各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對應(yīng)的層次如表3所示。下面以交換機(jī)和路由器的基本配置實(shí)驗(yàn)為例，說明Packet Tracer在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

交換機(jī)與路由器配置成功后，再給濱江主機(jī)配置IP地址：192.168.0.2，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)：192.168.0.1；臨安主機(jī)配置IP地址：192.168.1.2，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1，如圖2所示。

最后在濱江主機(jī)上通過Ping命令測試與臨安主機(jī)的連接情況，結(jié)果如圖3所示，說明濱江主機(jī)與臨安主機(jī)是連通的。

3.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)

在OSI參考模型下，各層次都有不同的協(xié)議，按照傳統(tǒng)的理論教學(xué)學(xué)生很難掌握。在多平臺網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，結(jié)合各平臺優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了VMware平臺下的HTTP、FTP和STMP等應(yīng)用層協(xié)議實(shí)驗(yàn)，以及在Wireshark、協(xié)議編輯器等平臺下結(jié)合TCP、UDP、IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)。下面以傳輸控制協(xié)議TCP實(shí)驗(yàn)為例，說明相關(guān)平臺在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用。

傳輸控制協(xié)議TCP實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握TCP協(xié)議的報(bào)文格式，以及建立和釋放過程。本實(shí)驗(yàn)將主機(jī)A和B作為一組，主機(jī)B啟動Wireshark捕獲數(shù)據(jù)，并設(shè)置過濾條件（提取TCP協(xié)議）。主機(jī)B在CMD下輸入netstatan命令，查看主機(jī)B的TCP端口號，可知139端口處在打開狀態(tài)。主機(jī)A啟動TCP工具連接主機(jī)B的139端口，鏈接成功后查看主機(jī)B捕獲的數(shù)據(jù)，共捕獲3個(gè)報(bào)文。對報(bào)文的關(guān)鍵字段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5中的報(bào)文1～3。主機(jī)A斷開與主機(jī)B的TCP連接，主機(jī)B再捕獲3個(gè)報(bào)文，結(jié)果如表5中的報(bào)文4～ 6。Wireshark捕獲的6個(gè)TCP報(bào)文如圖4所示。

4結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)過程中非常重要。本文將Wireshark、Packet Tracer、VMware、網(wǎng)絡(luò)編輯器和CMD等不同的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺引入到網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中，按照實(shí)用性、開拓性、層次性原則設(shè)計(jì)出不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)施結(jié)果表明，對于理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，本文方法調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深了對理論知識的理解和掌握，提高了操作技能和設(shè)計(jì)開發(fā)能力。

圖5TCP的三次握手建立連接和三次握手釋放連接過程

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