Packet Tracer在“計算機網絡”課程教學中的應用研究

胡 斌

（天津商業(yè)大學 信息工程學院，天津 300134）

0 引言

在“計算機網絡”課程教學中，由于網絡分層體系結構及其中的協(xié)議較為抽象，學生對于網絡原理知識點的理解困難[1]。Cisco Packet Tracer網絡模擬工具是由Cisco公司發(fā)布的網絡輔助學習工具，除了提供搭建網絡拓撲、對網絡設備進行配置功能外，能采用動畫方式表現網絡協(xié)議過程和數據封裝，這對學習者深入理解網絡的工作原理和體系結構有很大幫助[2]。

1 網絡教學案例描述

瀏覽器訪問Web服務器網頁的過程是一個典型的Web應用，將該應用作為教學案例。

圖1是案例網絡拓撲圖，在該網絡中，路由器R將兩個局域網LAN1和LAN2互連。LAN1中包括一臺終端PC0，一臺DNS服務器和交換機1，LAN1連接到路由器R的Fa0/0端口；LAN2中有一臺Web服務器和交換機2，LAN2連接到路由器R的Fa0/1端口。在DNS服務器中添加一條資源記錄，將域名www.abc.com綁定IP地址192.1.2.2。

2 應用Packet Tracer分析教學案例

將Packet Tracer切換到Simulation（模擬）模式環(huán)境，仿真軟件能以動畫形式產生數據包，并且提供了查看數據包詳細協(xié)議信息的功能，利用這一功能，可以幫助學生理解網絡的分層體系結構、了解數據包的封裝過程和各層協(xié)議首部的構成及其含義[3]。

打開教學案例的拓撲文件，切換到Simulation模式，在PC0的瀏覽器URL中輸入www.abc.com/helloworld.html，單擊Go按鈕。在Simulation Panel中單擊Auto Capture/Play按鈕進行捕獲，當捕獲結束時，整個案例的數據包將在事件列表展示。以下主要對PC0和兩臺服務器捕獲的數據包進行分析，忽略交換機和路由器轉發(fā)的數據包。

圖1 案例網絡拓撲圖

2.1 分析PC0產生的DNS查詢請求報文

由于PC0中設置了DNS服務器為192.1.1.2，因此當PC0瀏覽器請求www.abc.com/helloworld.html網頁時，PC0將向DNS服務器發(fā)送一個DNS查詢請求。

圖2捕獲的是PC0產生的DNS查詢報文信息，在圖2的OSI Model選項卡中，Out Layers（出站層）展示出了OSI的七層網絡體系結構，按照自上層向下層的順序，對該PDU的封裝過程描述如下：最上層Layer7應用層使用DNS協(xié)議，生成DNS查詢請求；Layer4是運輸層，在該層使用UDP協(xié)議封裝DNS查詢請求，運輸層使用目的端口號53和源端口號1025；Layer3是網絡層，網絡層使用IP協(xié)議，將上層的UDP封裝在IP數據報中，其中源IP地址為PC0的IP地址（192.1.1.1），目的IP地址為DNS服務器的IP地址（192.1.1.2）；Layer2是數據鏈路層，該層采用EthernetⅡ協(xié)議，將上層的IP數據報封裝成一個幀；Layer1是物理層，物理層將將以太網幀以二進制比特流形式傳遞，二進制比特流轉換為電信號在物理媒體中傳送出去。

圖2 PC0的DNS查詢請求OSI Model選項卡

2.2 分析DNS服務器產生的DNS應答報文

DNS服務器收到PC0的查詢請求后，在本地區(qū)域文件查找，將www.abc.com對應的IP地址192.1.2.1放入DNS應答報文，發(fā)送給PC0。

2.3 分析PC0與Web服務器建立TCP連接過程

TCP連接建立階段需要3次握手，過程如下。

第一次握手：PC0向Web服務器發(fā)送一個TCP同步(SYN)報文段，記錄該報文段中的sequence number（序號）、ACK number（確認號）字段的值。

第二次握手：Web服務器端口80收到PC0發(fā)來的TCP同步報文段，Web服務器向PC0發(fā)送一個TCP的同步確認（SYN+ACK）報文段。

第三次握手：PC0收到Web服務器發(fā)來的TCP同步確認報文段， PC0向Web服務器發(fā)送一個TCP確認報文段。Web服務器收到PC發(fā)來的TCP確認報文段，同意接收PC的連接請求，連接建立。

2.4 分析PC0瀏覽器發(fā)出的HTTP請求報文

PC0的瀏覽器產生HTTP請求信息，圖3捕獲的是PC0產生的HTTP請求信息。在圖3的OSI Model選項卡中，Out Layers的最上層Layer7應用層使用HTTP協(xié)議，生成HTTP請求報文；Layer4運輸層使用TCP協(xié)議封裝HTTP請求報文，運輸層使用目的端口號80和源端口號1029；Layer3網絡層使用IP協(xié)議，將上層的TCP封裝在IP數據報中，其中源IP地址為PC0的IP地址（192.1.1.1），目的IP地址為WEB服務器的IP地址（192.1.2.2）；Layer2和Layer1與前面的描述相似。HTTP請求報文的內容包括了請求行、請求首部等組成。

圖3 PC0的HTTP請求OSI Model選項卡

2.5 分析Web服務器發(fā)出的HTTP響應報文

Web服務器收到請求報文后，對其進行解析并查找服務器中的網頁，找到網頁后將其副本寫到HTTP響應報文中，回發(fā)給PC0。HTTP響應報文的內容包括了狀態(tài)行、響應首部、響應數據等組成。

2.6 瀏覽器顯示網頁

PC0收到Web服務器發(fā)來的HTTP響應報文，在瀏覽器中將收到的helloworld.html網頁進行顯示。其后PC0瀏覽器與Web服務器進入釋放TCP連接過程，完成整個Web應用案例演示。

3 結語

以Internet為代表的計算機網絡是一個非常龐大的系統(tǒng)，涉及眾多復雜的網絡協(xié)議和算法，通過在教學中引入Packet Tracer虛擬仿真工具，使復雜抽象的網絡概念、網絡協(xié)議的學習和教學變得形象生動，直觀地展示了各層協(xié)議的封裝信息，這種理論聯(lián)系實際的教學方法起到了很好的教學效果。