楊 彬

（上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 201411）

Packet Tracer軟件在高職《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》課程教學(xué)中的應(yīng)用*

楊 彬

（上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 201411）

從《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》課程現(xiàn)狀出發(fā)，提出借助于相應(yīng)的仿真軟件將其由理論課變?yōu)閷嵺`課的一種方法。同時，針對Packet Tracer仿真軟件的最大特點，以實際授課應(yīng)用為例介紹了該軟件在《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》課程改革教學(xué)過程中的有效應(yīng)用。

Packet Tracer軟件；高職；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)；課程改革

隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展以及通信行業(yè)3G標(biāo)準(zhǔn)的出臺，社會對于通信行業(yè)人才的需求逐漸增多。在這樣的背景下，如何培養(yǎng)出既具有一定的理論基礎(chǔ)，又具有較強實踐能力的通信技能型人才，是擺在高職通信專業(yè)教師面前的主要任務(wù)。《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》作為通信專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，在學(xué)生學(xué)習(xí)整個通信課程知識體系過程中起著重要的基礎(chǔ)性作用。

《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》課程現(xiàn)狀

鑒于《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》課程本身的知識內(nèi)容及其基礎(chǔ)性作用，目前我校在該課程的教學(xué)中普遍采用以理論授課為主的形式，即使有實踐性的操作，也僅僅涉及網(wǎng)絡(luò)通信中最基本的部分內(nèi)容。這對于學(xué)生全面系統(tǒng)了解數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的傳輸形式、協(xié)議應(yīng)用、接口安全等具有較強工程實踐性的知識起不到重要的作用。

若學(xué)校以大量硬件投入建設(shè)實訓(xùn)室，學(xué)生雖然可以在真實的設(shè)備上進行練習(xí)，但這需要大量的資金投入，并且設(shè)備在使用過程中需要大量的人力、物力進行維護。因此，筆者在實際的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中采用了以仿真軟件實踐為主、硬件參觀實踐為輔的實踐教學(xué)形式，取得了較好的效果。目前，社會上有許多仿真軟件，如NS-2、OPNET、Boson Netsim、Dynamips GUI、Packet Tracer 等 ，結(jié)合我系的硬件設(shè)備并綜合比較各種仿真軟件，筆者最終采用了Packet Tracer 5.0作為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信課的仿真環(huán)境。

Packet Tracer軟件功能簡介

Packet Tracer是思科公司為CCNA（思科認證網(wǎng)絡(luò)工程師）層次的網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)員進行實踐性學(xué)習(xí)而開發(fā)的一套網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)。該軟件最大的特點在于學(xué)生可以在圖形化用戶界面上直接使用拖曳的方法就可以完成網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的搭建，并允許學(xué)生使用與實際設(shè)備幾乎完全相同的方法對其進行配置操作。同其他的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件相比，該軟件具有以下特點：（1）支持多種協(xié)議模型。除了能夠支持常用的協(xié)議，如HTTP、DNS、TFTP、Telnet、TCP、UDP、VTP 和 STP 外， 同時還支持 IP、Ethernet、ARP、Wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC 和 ICMP等協(xié)議模型。（2）支持大量思科設(shè)備的仿真。如路由器、交換機、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、各種連接電纜、終端等，并且對設(shè)備的配置提供了圖形化和命令行兩種配置方法，各設(shè)備模型均有可視化的外觀仿真。（3）支持邏輯空間和物理空間的設(shè)計模式。邏輯空間模式用于進行邏輯拓撲結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)；物理空間模式支持構(gòu)建城市、樓宇、辦公室、配線間等虛擬設(shè)置。（4）數(shù)據(jù)報傳輸采用實時模式和仿真模式。尤其是在仿真模式下，使用該軟件提供的包跟蹤功能，用戶可以觀察到數(shù)據(jù)包的實際傳輸過程，從而能更好的使學(xué)生理解數(shù)據(jù)傳輸及處理的相應(yīng)原理。

以上這些特點保證了利用Packet Tracer軟件可以方便快捷地進行網(wǎng)絡(luò)組建、設(shè)備配置、協(xié)議測試等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗。

實踐教學(xué)案例

在《數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)》課程的教改過程中，在理論基礎(chǔ)之上，筆者借助于Packet Tracer 5.0這套仿真軟件，將基礎(chǔ)知識講授、通信內(nèi)涵展示、學(xué)生實踐操作三者有效地結(jié)合起來，達到了既了解基礎(chǔ)理論、又具有實踐動手能力的綜合人才培養(yǎng)目的。

在實踐過程中，這套軟件的“Simulation Mode”（仿真模式）提供了強大的視覺功能。在該模式下，用戶可借助于事件列表直觀地查看數(shù)據(jù)在每層之間的通信過程。這對于學(xué)生深入理解數(shù)據(jù)通信過程中的數(shù)據(jù)交換形式及方式起到重要的作用。下面就借助于一個授課實例來說明。該授課案例是筆者在完成“數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)”這個章節(jié)的理論知識講授后以演示的形式介紹給學(xué)生。目的在于使學(xué)生能夠結(jié)合已學(xué)基礎(chǔ)知識更深入形象地理解數(shù)據(jù)傳輸過程。其中有部分內(nèi)容，如IP地址的設(shè)置，學(xué)生還沒有學(xué)到，因而內(nèi)容都以基本設(shè)置為主。

圖1 PC終端與DNS服務(wù)器連接圖

如圖1為一臺PC終端與一臺DNS服務(wù)器相連，當(dāng)PC在其IE瀏覽器中輸入一個網(wǎng)址信息時，查看PC向服務(wù)器進行數(shù)據(jù)請求的過程。先需要給PC和服務(wù)器進行正確的配置，其配置信息如表1、表2所示：

表1 PC機的配置表

表2 服務(wù)器端的配置表

在PC端的瀏覽器地址欄中輸入對應(yīng)域名地址后，服務(wù)器需要能夠解釋，并將對應(yīng)的Web頁面回傳給請求端PC，因而在服務(wù)器上除了設(shè)置IP地址外，還需要打開DNS和HTTP服務(wù)。其中，HTTP服務(wù)在服務(wù)器中已經(jīng)默認存在了，效果為在Web頁中顯示“Welcome to Packet Tracer 5.0,the best thing since.....Packet Tracer 4.0.”，此外還有兩個超鏈接。當(dāng)然，用戶也可以依據(jù)自己的需要在HTTP的配置頁中進行修改，但是DNS服務(wù)則需要手動添加。其配置信息如圖2所示。

在完成了所有的基礎(chǔ)配置后就可以通過Packet Tracer 5.0中仿真模式的事件列表查看該拓撲結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸過程。

先在PC端的Web Browser頁面中輸入要訪問的URL網(wǎng)址http://www.abc.com，回車后，在Event List窗口中就可以看到出現(xiàn)了兩個即時事件，一個為DNS請求，一個是ARP請求，此時兩個事件均位于PC1端。同時，在拓撲圖頁面中可以看到用與事件相同的兩種顏色標(biāo)識出了兩個“信封”，即不同的數(shù)據(jù)包信息，如圖3所示。

圖2 DNS服務(wù)器端啟用域名服務(wù)圖

圖3 PC終端準(zhǔn)備初始數(shù)據(jù)包圖

使用“Capture/Forward”按鈕可以捕捉下一個事件，此時可以看到ARP請求已經(jīng)到達了SERVER1端。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信原理，數(shù)據(jù)在從PC端到服務(wù)器的過程中，首先需要做的就是進行ARP地址解析，將IP地址解析為對應(yīng)的MAC地址，而后才能進行后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸過程。通過PT5的仿真，就可以清晰的看到這樣一個過程。接下來，再次使用“Capture/Forward”按鈕，可以看到ARP的解析成功，由Server1的服務(wù)器端回送至PC1端。在拓撲圖中看到綠色標(biāo)識的ARP完成，有動態(tài)的“?”出現(xiàn)在綠色的“信封”上，以標(biāo)識該過程順利完成。同時，PC1開始準(zhǔn)備DNS過程，如圖4所示。由于服務(wù)器上最初設(shè)置了DNS相關(guān)信息，而因經(jīng)過PC與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換，DNS解析過程也迅速完成，如圖5所示。此時，PC端還沒有向服務(wù)器進行頁面的請求，因此，在PC的瀏覽器端還沒有任何的頁面出現(xiàn)。

圖4 ARP地址解析完成圖

圖5 DNS域名解析完成圖

在DNS完成的同時，PC端準(zhǔn)備的TCP請求發(fā)往了服務(wù)器端。當(dāng)TCP請求由服務(wù)器端驗證通過后，PC端的HTTP頁面請求開始進行。在進行HTTP頁面請求的過程中，伴隨著TCP的數(shù)據(jù)包的傳遞，在如圖6所示的階段，HTTP的請求由服務(wù)器端發(fā)往了PC端，可以看到服務(wù)器端預(yù)先設(shè)置的HTTP頁面顯示到了PC的瀏覽器上。

圖6 HTTP頁面請求圖

圖7 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束圖

但是該過程并沒有因為顯示出了HTTP的請求頁面而簡單地結(jié)束，繼續(xù)使用“Capture/Forward”按鈕，可以發(fā)現(xiàn)仍然有TCP的請求在PC和服務(wù)器端進行，直至如圖7所示的狀態(tài)。此時，在拓撲圖的頁面中可以看到最后一個“信封”打上了“?”。為什么還要有最后幾個TCP的步驟呢？在授課過程中，筆者適時提出了這個問題，于是學(xué)生就開始回到之前所講授的理論知識中去尋找答案。最終，學(xué)生找到了正確的解答：HTTP是一個基于可靠傳輸?shù)膮f(xié)議，在傳輸結(jié)束之后，還必須有斷開鏈接的過程。

借助于Packet Tracer 5.0強大的仿真功能，不僅可以讓抽象的理論性教學(xué)內(nèi)容有了一個豐富的可視化展現(xiàn)平臺，而且可以讓學(xué)生通過對路由、交換等設(shè)備環(huán)境的仿真，掌握相應(yīng)設(shè)備的配置、管理方法，從而可以將枯燥的理論課變?yōu)榧扔欣碚?、又可觀測、還能應(yīng)用的實踐性課程。這對于學(xué)生更深入、更透徹地理解數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸過程起到了重要的促進作用，也為學(xué)習(xí)和掌握后續(xù)的專業(yè)課程起到鋪墊作用。

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[2]黃聲烈，黃毅.構(gòu)建“網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng)”平臺的研究[J].實驗室研究與探索，2006，（25）.

[3]沈海紅，王進，鄭寶玉.基于3種主流網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的網(wǎng)絡(luò)仿真探討[J].江蘇通信技術(shù)，2004，（4）.

（本文責(zé)任編輯：張維佳）

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1672-5727（2010）11-0148-02

楊彬（1977—），女，河北石家莊人，碩士，上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院通信系講師，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)。

*本文受2008年度上海市教委培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師項目(dxz08001)資助