基于PacketTracer网络案例实验设计和开发

摘 要： Packet Tracer思科网络学院仿真教学软件是思科网络技术学院中最流行、操作最简单、最接近真实环境的模拟工具。基于Packet Tracer进行了网络实验的设计，教学实践表明，Packet Tracer能够模拟真实的网络交互设备，使得学生可以随时随地的对这些设备进行操作，使得老师的授课更加生动形象，也更利于学生理解。

关键词： Packet Tracer； 网络模拟器； 计算机网络； 案例实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：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

计算机网络课程是计算机类专业重要的核心课程，是一门理论和实践并重的课程，讲授该课程既要注重网络原理、体系结构和协议的分析，又要在此基础上强调对学生组建、维护、管理网络等应用能力的培养。在教学过程中，如果不配合充分的实践，就很难让学生从理论知识中真正理解复杂的原理和技术。

计算机网络这样的课程教学需要大量高端设备，而一些院校的网络实验室设备相对落后无法向学生提供。为此，我们引入了Packet Tracer模拟器，通过虚拟软件技术，建立一个仿真的实验环境，这对于提高学生动手和创造能力，以及提高教师的教研水平都具有较大的意义。

1 PacketTracer背景介绍

Packet Tracer是由Cisco公司的一个辅助学习工具，为学习思科网络课程的学员设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。用户可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，让学生观察网络实时运行情况，还可以学习IOS的配置，锻炼故障排查能力。

在Packet Tracer中搭建路由器所在网络包括两部分内容：第一是网络设备，第二是连接方式。Packet Tracer中互联网络设备的连线有九种，其中用到最多的是直连网线、交叉网线、串行线和自适应网线。本设计的路由器配置建立在一个复杂的网络拓扑结构当中，因此网络拓扑结构的设计尤为重要。

2 Packet Tracer活动向导介绍

2.1 活动向导作用简介

为了方便教学活动的开展，Packet Tracer特意为学生和教师添加了一个有用的工具：活动向导。通过活动向导可以使教师非常方便地为学生创建一个非常具体的网络环境，然后让学生完成这个网络的搭建与配置。通过活动向导可以对考题进行分数的设置，一般情况下每设置一个知识点系统就会给这个点设置1分，而该考试题的总分要视该试题所包含的知识点的数量来决定[1]。

当我们进入如图1所示的活动向导对话框以后，可以看到左边有10个按钮，它们分别对应10种不同的功能。

图1 活动向导界面

⑴ 【Welcome】是欢迎界面，这个界面对活动向导的功能进行了比较系统的介绍。

⑵ 【Variable Manager】是变量管理器。

⑶ 【Instructions】是文字编辑器，教师命题的文字和图片部分就在这里进行编辑。

⑷ 【Answer Network】按钮可以打开一个的窗口，在这个窗口中教师可以为自己设计的网络给出答案。

⑸ 【Initial Network】按钮可以打开一个界面，通过这个界面可以设置一个网络让学生来完成搭建和设置。

⑹ 【Password】按钮可以为我们设计的网络问题添加密码。

⑺ 【Test Activity】按钮可以打开Packet Tracer Activity窗口，在这个窗口中有我们为问题网络编写的说明，也有测试该网络是否正确的按钮和重置网络的按钮。

⑻ 【Check Activity】按钮的功能与【Test Activity】按钮基本一样。

⑼ 【Save】按钮的功能是将编写好的网络问题保存在磁盘中，文件的扩展名是pka。

⑽ 【Exit】按钮是当我们结束问题的编辑工作时用来退出活动向导界面返回Packet Tracer的界面。

2.2 HTML基本使用介绍

在活动向导中操作指南是设计网络评估测试题的一个重要环节，通过操作指南用户可以知道应该怎样搭建和设置网络。

在操作指南的图文编辑中，有不少HTML语言的标签，这些标签写在尖括号中，在文字的前后各有一个，成对出现，这就是我们所说的HTML语言的标签。

与此同时，活动向导为网络试题提供试题答案管理器这项功能。在将设计的网络连通后，会出现一个树状结构，在这个结构中，我们可以为这道网络测试题添加所需测试的内容，也会为每一个内容设置分值。在树形结构列表中Feedback When Incorrect栏是错误操作信息反馈栏，教师可以在这一栏中编写一些反馈信息，如果学生在这项操作中出现了错误，那么系统会把教师所编辑的反馈内容显示出来，这样可以给学生一些提示[2]。

3 Packet Tracer具体实验案例

Packet Tracer模拟器中现有21个实验的学习练习题以及对应的测试题，可供教师在教学、作业、测验中随意使用。每个实验，模拟器都会提供相关的知识、实验拓扑中的路由器IP地址方案以及实验任务和配置过程。根据要求，学生可以进行连线，当完成连线后，学生可以知道自己的完成情况，也可知道所得的分数。以下是其中两个实验案例。

3.1 RIP路由协议相关实验设计

实验设计思路及背景：

RIP是路由信息协议，是使用最广泛的距离矢量路由协议。和其他的距离矢量选择协议一样，它也是遵循距离矢量选择协议的规律，RIP每隔30秒就发送自己完整的路由表到所有激活的接口[3]。

为了加强对该协议的学习，本次设计考虑到了RIP协议一些重要的特性，如版本1不支持不连续的网络；版本2默认时不接受版本1的更新信息等等[4]。根据这些特性，本次设计的理念是想办法解决这些问题，使这些功能能够实现。

实验设计拓扑：

根据实验需解决的问题，RIPv1与RIPv2之间路由选择的解决方案如图2所示。

图2 RIPv1与RIPv2拓扑图

实验设计要点：

⑴ 掌握RIPv1和RIPv2的基本配置。

⑵ 掌握如何让RIPv1和RIPv2兼容。在属于RIPv2网络并连接RIPv1网络的接口上执行命令，可以使得RIPv2网络接收版本1的路由信息，从而实现RIPv1和RIPv2网络的兼容。

实验需达到的效果：

希望通过两个实验设计的全过程让学生更加熟悉RIPv1和RIPv2的差异性和统一性，在今后路由协议的运用中做到游刃有余。

实验主要涉及协议：

路由信息协议是一种使用最广泛的内部网关协议，是在内部网络上使用的路由协议（在少数情形下，也可以用于连接到因特网的网络），它可以通过不断地交换信息让路由器动态地适应网络连接的变化，这些信息包括每个路由器可以到达哪些网络，这些网络有多远等[5]。

RIP是由“网关信息协议”发展过来的，可以说网关信息协议是RIP的最早版本。后来的一个版本才被命名为“路由信息协议”，是Xerox网络服务协议簇的一部分[6]。

3.2 OSPF协议相关实验设计

本次实验设计思路及背景：

OSPF协议是一个链路状态协议，其分层次的概念深受许多企业的青睐，在许多企业网络、校园网络中OSPF都是网络规划师优先考虑使用的路由协议。基于该协议使用的广泛性和实用性，就有了本次实验设计的构想。

实验设计拓扑如图3所示。

图3 OSPF配置

实验设计要点：

希望学生深刻理解区域的概念。OSPF提出了“区域”的概念，一个网络可以由单一区域或者多个区域组成。其中一个特别的区域被称为骨干区域，该区域是整个OSPF网络的核心区域，并且所有其他的区域都与之直接连接[7]。

⑴ 掌握OSPF基本配置。

⑵ 理解DR和BDR的选举过程并控制选举。同一个广播域的路由器或者一个点对点连接的两端的路由器，在发现彼此的时候，建立邻接[8]。OSPF协议同时使用单播和组播来发送Hello包和链路状态更新，使用的组播地址为224.0.0.5和224.0.0.6。与RIP和BGP不同的是，OSPF协议不使用TCP或者UDP协议而是承载在IP协议之上，IP协议号为89，工作在OSI模型的传输层[9]。

⑶ 多路访问网络以及非广播多路访问网络的路由器会选举指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR），DR和BDR作为网络的中心负责路由器之间的信息交换从而降低了网络中的信息流量。OSPF协议同时使用单播和组播来发送Hello包和链路状态更新，使用的组播地址为224.0.0.5和224.0.0.6[10]。

4 实验结果归纳及问题分析

4.1 设计结果归纳

本次设计实现了两方面的功能，一方面是教师编写基于Packet Tracer的路由器配置的测试题目，设置分值，设置测试时间及管理密码等，并且可以跟踪检查学生对于路由器配置的掌握程度，方便辅导学生；另一方面，学生通过这样的测试系统可以在做题的过程中了解自己配置的进程，还可以一边配置，一边检查，方便自测，查找配置缺陷、网络连通障碍等等。尽管在时间以及操作上对考生做了限制，采用Packet Tracer来进行实验反倒能加快学生对知识的掌握速度，避免了将很多时间浪费在物理硬件设备的连接和调试上。

4.2 设计中所遇问题分析

本次设计中主要做的就是展现Packet Tracer相对于其他网络模拟器的优势方面，从而为将Packet Tracer应用于计算机网络实验课程的教学做适当的铺垫。

系统设计还存在欠缺，有很多模块操作还不够人性化，对很多错误信息的处理还不够全面。所开发的Packet Tracer软件也有一定的限制，比如说在实现控制列表方面，不能够使用自反控制列表等。

5 结束语

本次设计主要研究Packet Tracer网络模拟器并应用其设计和开发针对计算机网络课程的网络案例。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算机网络工程实践教学的平时练习和测验，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。利用该系统可以增强Packet Tracer中Activity Wizard模块的功能，对此有待进一步研究，这样可以同步设置多个测试项目，而不用针对每个具体项目都制作一次Packet Tracer，检查的结果直接通过网络提交到教师机，方便教师进行阅卷。

参考文献：

[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] 李卓伟，李华，徐婷.计算机网络虚拟教学模式[J].实验室研究与探索，

2007.4：1-3

[4] 张其林.网络工程虚拟实验的设计与实现[J].电脑知识与技术，

2008.2（11）：3-6

[5] （美）Jeff Doyle.TCP/IP路由技术（第一卷）[M].人民邮电出版社，2003.

[6] 李万高，胡耀东.虚实结合学习路由协议[J].电脑知识与技术，2009.5

（15）：5-10

[7] 谢希仁.计算机网络（第5版）[M].电子工业出版社，2008.

[8] （美）Donna L.Harrington.CCNP实战指南：故障排除[M].人民邮电出

版社，2003.

[9] 李万高，胡耀东.虚实结合学习路由协议[J].电脑知识与技术，2009.5

（15）：5-10

[10] 毛敏，肖随贵.网络虚拟实验与高校实验教学的整合研究[J].教育与

职业，2008.30：5-10