仿真软件PacketTracer在计算机网络的应用_徐洪学

仿真软件Packet Tracer 在计算机

网络工程课程教学中的应用

摘要：通过分析Packet Tracer 软件的功能和特点，认为在计算机网络工程课程教学中应用仿真软件

Packet Tracer ，可以加深学生对基础理论和基本概念的认识和理解，能够培养学生解决计算机网络工程相关问

题的综合能力，为学生今后组建和使用计算机网络打下坚实基础，同时也是解决目前计算机网络工程课程实验教学经费不足的好办法。文章通过大量实例介绍了Packet Tracer 软件在虚拟局域网(VLAN)划分和路由器路由表配置中的具体应用。

关键词：计算机网络工程；仿真软件；Packet Tracer ；虚拟局域网(VLAN)；路由器

中图分类号：G 642.21

文献标识码：A

徐洪学，郭秀英

（沈阳大学信息工程学院，辽宁沈阳110044）

收稿日期：2009-09-15

作者简介：徐洪学（1962-），男，辽宁大连人，沈阳大学教授，博士。

计算机网络工程作为计算机专业本科学生的专业必修课程，是以计算机网络和网络操作系统等课程为基础，研究计算机网络工程实现的一门课程。该课程使用系统集成的方法，根据建设目标和设计原则将计算机网络的技术、功能、子系统集成在一起，为信息系统构建网络平台、传输平台和提供基本的网络应用服务，是从事计算机网络工程建设的主要课程之一，在计算机专业的本科教

学中占有十分重要的地位。

计算机网络工程课程教学强调理论与实践的有机结合，但由于各种主观和客观原因该门课程的实践教学往往流于形式，如何在理论与实践相结合的教学中提高该课程的教学质量是我们面临的一个非常严峻的课题

［1］

。为此，我们尝试将

Packet Tracer 软件引入计算机网络工程课程教学

中，利用Packet Tracer 软件作为教学工具进行计

The Application of Packet Tracer Software in Computer Network Engi -neering Teaching

XU Hong-xue ，GUO Xiu-ying

（College of Information Engineering,Shenynag University,Shenyang 110044,China ）

Abstract:Through the analysis of Packet Tracer software ’s functions and the characteristics,it is pointed out that using simulation software Packet Tracer in the computer network engineering teaching may deepen the students ’awareness and understanding for the basic theory and the basic concepts,can cultivate the students ’synthesizing capacity to solve the computer network engineering question,and lay a solid foundation for students to build and use computer network in the future,simultaneously is also a good way to solve the problem of funds insufficient in pre -sent computer network engineering test teaching.Through the abundant instances,the application of Packet Tracer software in the virtual local area network (VLAN)division and the router routing list configuration are introduced.Key words :computer network engineering;simulation software;Packet Tracer;Virtual Local Area Network (VLAN);router

文章编号：1008-3863（2010）01-0084-05

JOURNAL OF SHENYANG COLLEGE OF EDUCATION 沈阳教育学院学报

Vol.12，No.1Feb.2010

第12卷第1期2010年2月

第1期

算机网络工程实践教学的仿真演示和研究，既节省了可观的仪器设备购置费用，同时也通过仿真演示使抽象的基础理论和基本概念变得通俗易懂，弥补了实验手段不足等问题［2，3］。

本文结合笔者近几年来计算机网络工程课程教学实际，在分析Packet Tracer软件特点的基础上，以虚拟局域网(VLAN)划分及路由器路由表配置方法为教学实例，介绍Packet Tracer软件在计算机网络工程课程实践教学中的应用。

一、Packet T racer软件简介

Packet Tracer是Cisco公司开发的一款计算机网络数据包跟踪器仿真软件，是一个为计算机网络学习者设计的用于设计、配置和解决复杂计算机网络问题的学习平台［4］。该软件利用一组简化的计算机网络设备和协议模型，通过可视化的仿真界面和灵活方便的配置窗口为学习者提供个性化仿真实验环境。利用该环境，学习者可以重复再现网络运行的任何细节，帮助学习者有效地学习网络协议、分析网络的性能，更加深入理解网络中的复杂行为。

将Packet Tracer软件用于计算机网络工程课程教学之中，根据实验要求和目的，学生可以选择所需要的网络设备、通信协议及其参数，建立仿真的网络模型，搭建虚拟的网络实验环境，并通过Packet Tracer软件的可视化仿真界面和灵活方便的配置窗口参与计算机网络工程建设，进行开放性实验操作，从而提高学生对学习计算机网络工程的兴趣，达到事半功倍的教学效果。

与实际的计算机网络工程实验环境比较，Packet Tracer软件具有以下几方面特点。

（1）功能丰富。Packet Tracer软件提供了丰富的计算机网络仿真设备，包括路由器、交换机、无线网络设备、服务器以及各种连接电缆和终端等；支持常用计算机网络协议，包括HTTP，DNS，TFTP，Telnet，TCP，UDP，Single Area OSPF，DTP，VTP，STP等，同时也支持IP，Ethernet，ARP，Wireless，CDP，Frame Relay，PPP，HDLC，inter-VLAN routing和ICMP等协议。提供可视化的仿真界面和灵活方便的配置窗口，学生只需要通过鼠标的点击操作即可轻松地将所需的仿真设备添加到所设计的网络环境中，并通过配置窗口对仿真设备和协议进行参数配置。

（2）实时仿真。Packet Tracer软件为学生提供实时模式(Realtime)和仿真模式(Simulation)进行模拟实验。实时模式与数据实际传输过程一样；仿真模式以动态方式模拟协议数据单元(PDU)的传输过程。学生可以在实时模式中测试网络的连通性；也可以利用仿真模式观察PDU在网络中的传送情况，跟踪PDU在网络各节点的详细处理过程。这为学生快速、生动地理解抽象的网络协议提供了可能。

（3）方便灵活。在进行网络模拟过程中，只要网络拓扑结构、网络协议和仿真参数等不发生改变，网络模拟结果就不会发生改变。学生可重复再现网络环境，获取相关的理论数据。此外，学生也可以按规则随意修改网络拓扑结构、网络协议和仿真参数，灵活设置网络仿真环境，从而获取自己感兴趣的、与网络运行细节相关的数据。通过这种仿真实验方式，学生可以有针对性地更改网络模拟环境，从不同的角度获取有用数据，分析网络性能，全面理解网络运行过程。与实际的操作相比，使用灵活方便。

PacketTracer软件可应用于仿真构建企业计算机网络、虚拟局域网划分与配置、多路由器与多交换机配置以及无线网络仿真等实验。

二、利用Packet T racer软件实现V L AN 划分

虚拟局域网(VLAN：Virtual Local Area Network)是一种通过将局域网内部的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术［5］。一方面，VLAN建立在局域网交换机之上，另一方面，VLAN是局域交换网的灵魂。这是因为通过VLAN划分，用户能方便地在网络中移动计算机设备和快捷地组建宽带网络而无需改变任何硬件和通信线路，实现从逻辑上对用户和网络资源进行分配，无需考虑具体的物理位置。由于VLAN是从逻辑上而不是从物理上进行网络划分，所以同一个VLAN内的各个工作站没有限制在同一个物理范围中，即这些工作站可以在不同物理LAN网段内。

VLAN在交换机上的实现大致可以分为六种方法［5］：①基于端口划分；②基于MAC地址划分；

③基于网络层协议划分；④根据IP组播划分；⑤按策略划分；⑥按用户定义、非用户授权划分。本文利用其中应用最广泛且最有效的基于端口划分

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沈阳教育学院学报第12卷

VLAN的方法进行实验研究。

1.规划网络拓扑结构及网络设备连接

规划网络拓扑结构要综合考虑网络规模、网络体系结构、所采用的协议以及扩展和升级网络管理等各个方面因素，拓扑结构的规划直接影响到计算机网络的性能。

针对具体的VLAN划分与配置实验，首先，需明确实验要求。作为实验案例，提出如下要求：用2台交换机连接8台PC机组建一个局域网，并将其划分成3个VLAN，同一个VLAN内的PC机可以分布在不同地理位置与不同交换机相连。其次，运行Packet Tracer软件，并在可视化的仿真界面内直接使用拖拽方法，通过添加或移除网络设备、建立或删除网络连接来建立网络拓扑结构并实施网络设备连接。

具体操作如下：选择2台2950-24型交换机，分别命名为Switch0和Switch1，并在Switch0中定义VLAN11和VLAN12，在Switch1中定义VLAN12和VLAN13；选择8台PC机，分别命名为PC0、PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7。用直通双绞线将PC0、PC1、PC2、PC3分别与Switch0的FastEthernet 0/1、FastEthernet0/2、FastEthernet0/3FastEthernet 0/4端口连接，将PC4、PC5、PC6、PC7分别与Switch1的FastEthernet0/1、FastEthernet0/2、FastEthernet0/ 3、FastEthernet0/4端口连接；用交叉双绞线将Switch0和Switch1的FastEthernet0/24端口级接。PC0与PC1属于VLAN11，PC2、PC3、PC4与PC5属于VLAN12，PC6与PC7属于VLAN13(VLAN的定义及划分方法参见2.2)。网络拓扑结构如图1所示。

图1VLAN划分网络结构图

2.VLAN划分及参数配置

规划网络拓扑结构并选择连网设备后，可以通过交换机和PC机的“Config”配置窗口进行VLAN划分及参数配置，并对网络的连通性进行测试。具体操作方法如下。

（1）定义VLAN。单击Switch0，选择Config，单击VLAN Database，分别输入VLAN Name和VLAN Number，并单击Add按钮，分别定义Switch0中VLAN11和VLAN12，如图2所示。

类似地，利用同样方法为Switch1定义VLAN12和VLAN13。

图2定义VLAN

（2）VLAN划分。单击Switch0，选择Config，单击FastEthernet0/1，分别选择Access模式和VLAN参数11，将Switch0的FastEthernet0/1端口划分给VLAN11，如图3所示。

利用同样方法将Switch0的FastEthernet0/2端口划分给VLAN11，Switch0的FastEthernet0/3、FastEthernet0/4端口以及Switch1的FastEthernet0/ 1、FastEthernet0/2端口划分给VLAN12，Switch1的Fast Ethernet0/3和FastEthernet0/4端口划分给VLAN13。

图3VLAN划分

（3）级接端口配置。单击Switch0，选择Config，单击FastEthernet0/24端口，分别选择Trunk模式和VLAN参数11及12，将Switch0的FastEthernet0/24端口配置为Trunk模式，如图4所示。

利用同样方法将Switch1的FastEthernet 0/24

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第1期

端口配置为Trunk模式。

图4交换机级连端口配置

（4）PC机参数配置。单击PC0，选择Config，单击FastEthernet，填写“IP address”为l92.168.1.1，“Subnet Mask”为255.255.255.224，其他参数选择缺省值，如图5所示。

图5PC机参数配置

用相同方法配置PC机PC1、PC2、PC3、PC4、PC5、PC6、PC7的“IP address”分别为l92.168.1.2、l92.168.1.33、l92.168.1.34、l92.168.1.35、l92.168.1.

36、l92.168.1.65和l92.168.1.66，它们的“Subnet Mask”皆为255.255.255.224。

3.网络连通性测试

VLAN划分及PC机参数配置结束后，需要对网络的连通性进行测试。测试方法如下。

方法一：利用Ping命令测试。单击任意一台PC 机，选择Desktop，单击Command Prompt，用Ping命令检验同一VLAN内和不同VLAN内PC机的连通性。得到的结果应为：同一VLAN内的PC机都能相互Ping通，而不同VLAN内的PC机都不能相互Ping通，这与真实VLAN环境得到的结果相同，如图6所示。

方法二：通过添加协议数据单元(PDU)测试。单击仿真工作区右侧的“Add Simple PDU(P)”，再分别单击属于同一VLAN内或不同VLAN内的PC 机进行实时(Realtime)或模拟(Simulation)连通性测试。测试结果与方法一得到的结果相同。

图6网络连通性测试

三、利用Packet T racer实现路由器路由表配置

软件Packet Tracer既可以通过“Config”配置窗口对终端设备或交换设备做一些基本的配置，如IP地址、静态路由、动态路由等，也能够利用IOS 命令集窗口“CLI”对交换设备进行参数配置，如图7所示。通过“CLI”窗口，用户能够熟悉交换机、路由器的功能及其基本配置命令的使用。

下面通过实例分别利用“Config”配置窗口和IOS命令集窗口“CLI”对路由器路由表进行配置，网络拓扑结构如图8所示。

图7IOS命令集界面图

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图8路由器路由表配置网络结构图

1.静态路由表配置

单击Router0，选择Config，单击Static按钮，在配置界面中分别输入目的网络IP地址、子网掩码以及下一跳路由器IP地址，并单击Add按钮，如图9所示。其中IP地址192.168.2.2为Router1端口FastEthernet0/1的IP地址，即Router0的下一跳路由器IP地址。

图9静态路由表配置

对应的IOS命令集序列如下：

Router0>enable

Router0#configure terminal

Router0(config)#ip route192.168.3.0255.255.255.0 192.168.2.2

Router0(config)#exit

Router0#

类似地，利用相同方法可以配置Router1的静态路由表为：192.168.1.0/24192.168.2.1。

2.动态路由表配置

单击Router0，选择Config，单击Rip按钮，在配置界面中分别输入物理网络各网段的网络IP地址，并单击Add按钮，如图10所示。

图10动态路由表配置对应的IOS命令集序列如下：

Router0>enable

Router0#configure terminal

Router0(config)#router rip

Router0(config-router)#network192.168.1.0

Router0(config-router)#network192.168.2.0

Router0(config-router)#network192.168.3.0

Router0(config-router)#exit

Router0(config)#exit

Router0#

类似地，利用相同方法可以配置Router1的动态路由表。

3.网络连通性测试

类似VLAN连通性测试，路由器路由表配置结束后，可以分别利用Ping命令方法和通过添加协议数据单元(PDU)方法来测试网络连通性。测试结果表明：处在不同IP地址网段内的PC机都能通过路由器相互通信，与真实路由器网络环境得到的结果相同。

本文详细描述了VLAN划分及路由器路由表配置过程，通过实例介绍了仿真软件Packet Tracer在计算机网络工程课程教学中的应用。将Packet Tracer软件应用于计算机网络工程课程教学，通过其可视化的仿真界面和灵活方便的配置窗口，加深了学生对基础理论和基本概念的认识和理解，培养了学生解决计算机网络工程相关问题的综合能力，这对加强学生的动手能力培养会有很大帮助，为学生今后组建和使用计算机网络打下坚实基础。

参考文献：

［1］刘宏波，李金铎，王永斌，等.基于虚拟现实的远程教学平台研究与设计［J］.微计算机信息，2006（36）：257，300-302.

［2］王艳丽，阴国富.计算机网络工程实验优化探索［J］.现代电子技术，2008（13）：175-176，179.

［3］刘智勇，邢敏.计算机仿真技术在网络协议实验教学中的应用［J］.吉林工程技术师范学院学报，2008（12）：98-100.

［4］黄筱燕，肖媛娥.Packet Tracer在计算机网络教学中的应用研究［J］.井冈山学院学报，2009（2）：55-57，87.

［5］黄勇.Boson netsim模拟软件在交换机VLAN配置教学中的应用［J］.科技资讯，2006（2）：169-170.

【责任编辑王立坤】

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