基于虛擬仿真技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)資源開(kāi)發(fā)研究

劉一丁

（湖南汽車(chē)工程職業(yè)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

0 引言

當(dāng)前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)中，往往會(huì)因出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不齊全、理論與實(shí)踐脫節(jié)等情況而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳的問(wèn)題。對(duì)于上述教學(xué)中存在的問(wèn)題，可以通過(guò)引入虛擬仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)教學(xué)資源的方式來(lái)有效的解決[1-2]。利用虛擬仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)教學(xué)資源可以分為兩種形式，第一種是利用現(xiàn)有的虛擬仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)、第二種是通過(guò)自主構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的常規(guī)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，比如DHCP等數(shù)據(jù)包相關(guān)實(shí)驗(yàn)，就可以通過(guò)eNSP、GNS、Packet Tracer等虛擬仿真軟件來(lái)完成，對(duì)于樓宇布線這一類知識(shí)點(diǎn)可以通過(guò)第二種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 eNSP虛擬仿真軟件簡(jiǎn)介

eNSP是華為推出的一款免費(fèi)的虛擬仿真軟件，它具有可視化、圖形操作、高仿真度、可與真實(shí)設(shè)備對(duì)接等特點(diǎn)。該款軟件可以方便學(xué)生組建虛擬網(wǎng)絡(luò)，模擬現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。這樣有利于學(xué)生更好的掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，也可以有效的解決由實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足、理論與實(shí)踐脫節(jié)等教學(xué)問(wèn)題[3]。

2 DHCP的含義

DHCP是動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。指的是由服務(wù)器控制一段IP地址范圍，客戶機(jī)登錄服務(wù)器時(shí)就可以自動(dòng)獲得服務(wù)器分配的IP地址和子網(wǎng)掩碼等信息。

3 引入DHCP的由來(lái)

當(dāng)只有少量的電腦時(shí)，通過(guò)人工設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、DNS等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)來(lái)接入internet，但當(dāng)電腦數(shù)量增多，且存放于不同位置時(shí)，再采用人工來(lái)配置相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)就很費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易出錯(cuò)，也會(huì)造成IP地址的浪費(fèi)，此外，還會(huì)增加人力成本。為了減少人工成本、出錯(cuò)率和提高IP地址的利用率，在大型網(wǎng)絡(luò)中，可以使用動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議的方式來(lái)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)[4]。

4 DHCP的工作原理

DHCP發(fā)現(xiàn)階段：首先客戶端需要安裝DHCP，安裝成功后，客戶端通過(guò)廣播的形式向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送DHCP Discover報(bào)文。

DHCP提供階段：網(wǎng)絡(luò)上所有的DHCP 服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的DHCP Discover報(bào)文后，都會(huì)作出響應(yīng)，并向客戶端發(fā)送一個(gè)DHCP Offer報(bào)文，DHCP Offer報(bào)文中會(huì)包含DHCP服務(wù)器的IP地址。

DHCP選擇階段：客戶端會(huì)接收到多個(gè)服務(wù)器發(fā)送的IP地址及DHCP Offer報(bào)文，但客戶端只會(huì)處理一個(gè)DHCP Offer報(bào)文，一般是處理最先收到的DHCP Offer報(bào)文。然后會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)出一個(gè)廣播的DHCP Request報(bào)文，在此報(bào)文中會(huì)加入選中的DHCP服務(wù)器的IP地址和需要的IP地址。

DHCP確認(rèn)階段：當(dāng)DHCP服務(wù)器收到DHCP Request報(bào)文后，會(huì)判斷報(bào)文中的IP地址是否與自己的地址相同，如果不相同，DHCP 服務(wù)器不做任何處理；如果相同，DHCP 服務(wù)器就會(huì)向客戶端發(fā)出一個(gè)DHCP ACK報(bào)文，并在選項(xiàng)字段中增加IP地址的使用租期信息。

5 DHCP實(shí)驗(yàn)

5.1 組網(wǎng)需求

通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M一個(gè)真實(shí)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。某企業(yè)有兩個(gè)處于同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的辦公室，為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，兩個(gè)辦公室內(nèi)的PC機(jī)由一臺(tái)交換機(jī)作為服務(wù)器統(tǒng)一分配IP地址，并配置地址池范圍、DNS地址、出口網(wǎng)關(guān)和地址池租期（9天和3天），本實(shí)驗(yàn)需要3臺(tái)三層交換機(jī)和2臺(tái)電腦。

5.2 新建拓?fù)?/h3>

啟動(dòng)eNSP軟件，新建拓?fù)?。首先拖?臺(tái)三層交換機(jī)分別是LSW1、LSW2、LSW3，再拖出2臺(tái)電腦分別是PC1、PC2。再拖出網(wǎng)線將所有設(shè)備連接起來(lái)。最后啟動(dòng)設(shè)備，當(dāng)設(shè)備上的網(wǎng)線均顯示綠點(diǎn)時(shí)，表示設(shè)備啟動(dòng)成功。根據(jù)組網(wǎng)需求，將不同2個(gè)辦公室劃分在不同vlan里，分別是vlan10、vlan20。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖1。

圖1 DHCP實(shí)驗(yàn)圖

5.3 配置DHCP服務(wù)器參數(shù)

雙擊DHCP服務(wù)器，首先輸入system-view，進(jìn)入用戶視圖界面；再輸入dhcp enable，啟動(dòng)DHCP服務(wù)器；然后根據(jù)組網(wǎng)的需求，在DHCP服務(wù)器上創(chuàng)建地址池并配置地址池的相關(guān)屬性，如地址池范圍為vlan10_pool、vlan20_pool、出口網(wǎng)關(guān)、NetBIOS地址、地址租用期限等，準(zhǔn)備提供給客戶端，具體步驟如下：（1）輸入ip pool vlan10_pool，配置vlan10的IP地址池；（2）輸入gateway-list 10.1.1.1，配置網(wǎng)關(guān)；（3）輸入network 10.1.1.0 mask 255.255.255.128，配置IP地址范圍和子網(wǎng)掩碼；（4）輸入lease day 9 hour 0 minute 0，配置租期時(shí)間，9天后到期；（5）輸入dns-list 114.114.114.114 8.8.8.8，配置DNS和備用DNS服務(wù)器地址；（6）輸入nbns-list 10.1.1.129，配置NetBIOS地址。vlan20_pool的相關(guān)配置同上。

5.4 配置VLANIF接口

配置VLANIF接口下本地DHCP服務(wù)器的地址，DHCP服務(wù)器從全局地址池中給客戶端分配IP地址。具體步驟如下：（1）輸入vlan batch 10 20，批量創(chuàng)建vlan10和vlan20；（2）輸入interface vlanif 10，選定vlan接口10；（3）輸入ip address 10.1.1.1 25，設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址；（4）輸入dhcp select global，選擇全局網(wǎng)絡(luò)；（5）輸入interface vlanif 20，選定vlan接口20；（6）輸入ip address 10.1.1.129 25，設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址；（7）輸入dhcp select global，選擇全局網(wǎng)絡(luò)。

5.5 配置LSW1、LSW2、LSW3之間的接口，并運(yùn)行相應(yīng)的vlan

首先配置LSW1：（1）雙擊LSW1輸入int g0/0/1，進(jìn)入接口g0/0/1；（2）輸入port link-type trunk，修改接口模式為trunk模式；（3）輸入port trunk allowpass vlan 10，在trunk口中放行vlan 10；（4）輸入int g0/0/2，進(jìn)入接口g0/0/2；（5）輸入port link-type trunk，修改接口模式為trunk模式；（6）輸入port trunk allow-pass vlan 20，在trunk口中放行vlan 20。

再配置LSW2：（1）雙擊LSW2輸入vlan 10，指定vlan 10；（2）輸入int e0/0/1，指定接口；（3）輸入port link-type access，允許訪問(wèn)；（4）輸入port default vlan 10，原來(lái)默認(rèn)接口vlan1 修改vlan 10；（5）輸入int g0/0/1，指定接口；（6）輸入port link-type trunk，指定接口為trunk（主干線口）；（7）輸入port trunk allow-pass vlan 10，設(shè)置trunk允許vlan 10通過(guò)。

最后配置LSW3：（1）雙擊LSW3輸入vlan20，指定vlan 20；（2）輸入int e0/0/1，指定接口；（3）輸入port linktype access，允許訪問(wèn)；（4）輸入port default vlan 20，原來(lái)默認(rèn)接口vlan1修改vlan 20；（5）輸入int g0/0/2，指定接口；（6）輸入port link-type trunk，指定接口為trunk（主干線口）；（7）輸入port trunk allow-pass vlan 20，設(shè)置trunk允許vlan 20通過(guò)。

5.6 運(yùn)行ipconfig命令，查看PC機(jī)是否獲取IP地址等相關(guān)信息

如果沒(méi)有配置DHCP服務(wù)器，通過(guò)執(zhí)行ipconfig命令查看PC1、PC2的IP地址等信息是查看不到的。而配置了DHCP服務(wù)器，則可以通過(guò)上述命令查看PC1、PC2的IP地址等信息，具體步驟如下：首選右擊PC1選擇“設(shè)置”選項(xiàng)，再在控制面板上選擇“DHCP”和“自動(dòng)獲取DNS服務(wù)器地址”，再單擊控制面板右下角的應(yīng)用，最后選擇“命令行”按鈕，進(jìn)入界面后輸入ipconfig命令查看PC1的IP地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼、DNS服務(wù)器地址和備用DNS服務(wù)器地址等信息。查看PC2的IP地址等相關(guān)信息與查看PC1的方法相同[5]。

6 結(jié)論

本文主要介紹了在華為eNSP模擬器中進(jìn)行DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）試驗(yàn)的內(nèi)容，在之前的傳統(tǒng)教學(xué)中，DHCP知識(shí)點(diǎn)往往是通過(guò)采用課件、圖片和視頻等手段向?qū)W生進(jìn)行授課，大多是通過(guò)講述代替學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手，學(xué)生能否學(xué)懂弄通還值得商榷，而DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）是構(gòu)建大中型網(wǎng)絡(luò)時(shí)常用的基本配置方式，作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重要知識(shí)點(diǎn)，除了要弄懂理論知識(shí)外，動(dòng)手實(shí)踐也是必要的。例如在DHCP試驗(yàn)中進(jìn)行基于接口地址池的配置，并通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)捕獲報(bào)文進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析這一系列的過(guò)程，就需要同學(xué)們通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作來(lái)掌握。通過(guò)虛擬仿真軟件的可視化、沉浸式等操作，教師可以自主設(shè)計(jì)相關(guān)的試驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生則可以在虛擬仿真環(huán)境中開(kāi)展實(shí)訓(xùn)操作，從而提高實(shí)踐能力和動(dòng)手能力。