模拟器在计算机网络实践教学中的应用

赖培辉，曾党泉，陈小君

(1.福建师范大学　闽南科技学院，福建，泉州　362332 ；2.厦门大学嘉庚学院　信息科学与技术学院，福建，漳州　363105)



模拟器在计算机网络实践教学中的应用

赖培辉1，曾党泉2，陈小君1

(1.福建师范大学闽南科技学院，福建，泉州362332 ；2.厦门大学嘉庚学院信息科学与技术学院，福建，漳州363105)

摘要针对当前计算机网络实践教学中存在的网络技术更新快、实验设备难以满足教学要求等问题，提出利用网络模拟器来辅助职业技术学校网络专业实践教学的思想。介绍了3种具有典型代表的Cisco网络设备模拟器的功能及特点，详细介绍了Packet Tracer模拟器的功能及特点，以便在实践教学中，恰当地选择适合实际情况的模拟器，从而有效地提高教学效果。

关键词模拟器；实践教学；网络

1传统计算机网络课程实践教学的困境

计算机网络是一门抽象且实践性非常强的课程。传统的网络实验室，只有几组设备，每组设备中也只有为数不多的几台网络设备(通常配置有2台路由器、2台交换机及少数的无线AP)，实验课通常是整个班的同学一起来做，而一般的网络实验课都需要多台网络设备，即如果每个同学独立完成实验，那每个同学都需要多台设备，这就导致了网络设备严重的不足。所以，在传统的网络实践教学中，由于受实验室条件的限制，网络实验平台一直难以搭建，使得网络实践教学仅停留在抽象、空洞的理论之上，严重阻碍了学生对实践操作技能的掌握[1-2]。在缺乏计算机网络实验硬件设备( 如路由器、交换机等) 的条件下，如何开展计算机网络实践教学是值得研究的问题[3]。

2模拟器的应用

针对传统计算机网络实践教学中出现的问题，网络设备模拟器应运而生，极好地解决了计算机网络实践教学中网络设备严重不足的问题。虽然不同的模拟器功能上有所差异，但大多能模拟多个不同型号的路由设备、交换设备和网络终端设备。学生仅需在一台电脑上运行模拟器，就可以组建和配置一个较完整的网络，完成大部分的网络实验，且不受网络实验室环境的影响，可以随时进行网络实验，从而大大提高了网络实践的效果，降低了实验成本。

目前，市场上常见的网络设备都有与其对应的模拟器软件，较成熟也具有代表性的是Cisco网络设备的模拟器，典型的有Packet Tracer、Boson及GNS，国内的网络设备华为和H3C也有相应的模拟器软件。

2.1Packet Tracer模拟器

Packet Tracer模拟器是Cisco公司发布的一款功能强大界面友好的，且非常具有代表性的网络设备模拟器，非常适合学习网络课程的初学者。该软件提供逻辑工作区(Logical)与物理工作区(Physical) ；采用实时模式(Real-Time) 与仿真模式(Simulation)工作[4]。在逻辑工作区和实时模式下，利用网络仿真设备可以灵活方便地建立各种计算机网络实验场景。与其他的模拟器相比，Packet Tracer具有可视化的界面和丰富的网络模拟设备，可对数据包进行实时跟踪，提供详细的协议层次结构，智能考试测评等几大优点。

2.1.1IPv6 OSPFv3实验在Packet Tracer模拟器教学实践中的应用

1)实验拓扑图及IPv6地址规划。根据IPv6 OSPF v3路由协议原理设计网络拓扑。首先在Logical工作区添加3台2811路由器和两台PC，各设备用交叉线进行连接。完整拓扑图如图1所示，IPv6地址规划如表1所示。

图1　IPv6 OSPFv3路由协议配置网络拓扑图

设备网络IP地址PC1F02015:1:1::1/64R1F0/02015:1:1::2/64R1F0/12015:1:2::1/64R2F0/02015:1:2::2/64R2F0/12015:1:3::1/64

表1(续表)

2)PC机的IPv6地址及网关设置。在Packet Tracer中，以PC1为例，IPv6配置过程如下：点击PC机，选择Config选项卡，在GLOBAL的Settings中的IPv6 Gateway处填写网关2015:1:1::2，在INTERFACE的FastEthernet0中的IPv6 Address处填写IPv6地址2015:1:1::1/64，PC机的Link Local Address默认使用由系统EUI64标准自动生成MAC，如图2所示。

图2　PC0配置IPv6地址

3)路由参数器配置。以R1配置为例，配置信息如下：更改路由器名称，开启路由器IPv6功能，配置IPv6地址，启动OSPFv3的路由进程，定义路由器ID，在相关接口上启用OSPFv3，并声明接口所在区域，通过R1的CLI命令属性窗口进行配置，过程如下：

Router>enable

Router#conft

Router(config)#hostname R1//修改主机名

R1(config)#ipv6 unicast-routing

R1(config)#ipv6 router ospf 1//启动OSPFv3 路由进程

R1(config-rtr)#router-id 1.1.1.1//定义路由器ID

R1(config)#interface f0/0

R1(config-if)#ipv6 address 2015:1:1::2/64 //配置IPv6 地址

R1(config-if)#ipv6 ospf 1 area 1//在接口上启用OSPFv3，并声明接口所在区域

R1(config-if)#no shutdown //打开端口

R1(config)#interface f0/1

R1(config-if)#ipv6 address 2012:1:2::1/64

R1(config-if)#ipv6 ospf 1 area 1

R1(config-if)#no shutdown

R2和R3可以参考R1并按照IPv6地址规划表进行配置。

4)链路连通性测试。配置完成后需要对网络的连通性进行测试，可以用Ping命令和报文发送两种测试方式。

使用Ping命令测试，首先点击PC1，选择Desktop选项卡，点击Command Prompt，在窗口中输入ping 2015:1:4::1，如果链路连通，会显示ICMP回显请求[5-6]。

使用报文发送测试，首先点击右侧拓扑工具中的Add Simple PDU，然后依次点击PC1和PC2发送一个IP报文，如果链路连通，则会在PDU List Window显示Successful字样，如图3所示。

图3　PDU List Windows状态显示

另外，在教学过程当中，如果要让学生直观地了解网络数据包的来龙去脉，可以选择Simulation模式模拟整个过程。切换到Simulation模式后，点击Auto Capture按钮，在Logical工作区的拓扑上动画显示数据发送过程，如图4所示。同时，可以点击Even List 窗口的不同颜色，选择Outbound PDU Details查看详细的OSI模型信息和各层的PDU信息[7]，如图5所示。

图4　Simulation模式下数据传送动画

图5　不同协议的协议信息

2.1.2智能考试测评

Packet Tracer模拟器自带一个测试评估工具——活动向导(activity wizard)。教师可以使用活动向导制作考卷，设置好需要考核的知识点和每个知识点的分数，那么，学生对该考卷进行考试操作时，活动向导会根据学生对知识点操作的正确与否完成自动评分，这样可以让教师从繁重的试卷批改中解放出来，学生也可以很清楚地知道自己的学习情况，找出自己学习中的薄弱环节。

2.2Boson模拟器

Boson模拟器是一个比较接近于真实环境的模拟工具，可以模拟比Packet Tracer更多的Cisco网络设备，特别增加了800系列、1000系列和1600系列等众多的路由器设备，还增加了中端产品35系列交换机等。同时，Boson模拟器增强了诸如ISDN、PPP和IPSec等广域网和网络安全方面的支持，比较适合于对网络进行较深入学习的学生使用。

2.3GNS模拟器

GNS在进行模拟试验时，加载的是真实的网络操作系统IOS，支持真实设备中的所有功能。不仅支持Cisco许多的中低端路由器，还支持像7200高端的路由器。除此之外，还能很好地支持ASA和PIX防火墙及IDS等网络安全设备和ATM网络、FR网络等广域网。上述功能是Packet Tracer和Boson模拟器都不具备的。但GNS缺点是存在对Ethernet交换机的支持不多，所占用的计算机CPU和内存资源较大，不适合模拟大型网络等。

3结束语

网络模拟器作为计算机网络实践教学的一种辅助工具，虽然它们不能完全代替真实网络设备和网络环境下的教学，但它们能够在网络设备严重不足的情况下，低成本地显著地提高教学质量。目前，针对不同的网络设备有着许多不同的网络模拟器，在选择模拟器时，需根据学校已有的网络设备状况和学生的学习情况，选择合适的模拟器，结合真实网络设备，使得实践效果最大化和教学成本最小化。

参 考 文 献

[1]郭忠.PacketTracer模拟器在计算机网络理论教学中的应用[J].网络与信息，2009(8):28- 29.

[2]王小玲，赵攀.模拟器PacketTracer在计算机网络实验教学中的应用[J].内江科技，2012(1):74-75.

[3]徐晋涛，冯增才.计算机专业实训教学的研究与探索[J].实验室科学，2010，13( 16) : 121-122.

[4]姜恩华，张亚萍，侯俊钦.PacketTracer软件在计算机网络实验教学中的应用[J].实验室科学与技术，2011，6(9):30-31

[5]贺平，路由.交换和无线项目实验指导书——模块化网络实验指导丛书[M].北京:电子工业出版社，2007.

[6]李馥娟，王群.计算机网络实验教程[M].北京: 清华大学出版社，2009.

[7]REIDA.思科网络技术学院教程CCNA4 广域网技术[M].北京: 人民邮电出版社，2008.

Application of Network Simulator in the Practice Teaching of Computer Network

LAI Peihui1，ZENG Dangquan2，Chen Xiaojun1

(1.Fujian Normal University Minnan Science and Technology Institute，Quanzhou 362332，China；2.School of Information Science and Technology，Xiamen University Tan Kah Kee College，Zhangzhou 363105，China)

AbstractAccording to existing the issues,such as the current network technology updates quickly,laboratory equipment is difficult to meet the teaching requirements and so on,one puts forward an idea that use the network simulator to assist in vocational and technical schools network major practice teaching.This paper describes the functions and features of three kinds of Cisco networking equipment simulator.Especialy,this paper introduces the functions and features of Packet Tracer simulator in order to properly choose simulator and effectively improve teaching effect.

Key wordssimulator; practice teaching; network

收稿日期:2015-04-27；修改日期: 2015-07-09

基金项目：福建省教育厅中青年教师教育科研项目阶段性成果(JB13271)。

作者简介：赖培辉(1981-)，男，实验师，主要从事计算机网络和通信方面的研究。

中图分类号TP393.0

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.014