Packet Tracer仿真软件在计算机网络教学中的应用

王 成，王增强，张 华

(通化师范学院 计算机学院,吉林 通化 134002)

计算机网络作为计算机专业本科学生的必修课程，是研究计算机网络基本原理和网络工程基础实践的一门课程，它是一门强调理论和实践相结合的课程[1].如果仅讲授理论课程，抽象的理论知识学生难以接受和理解，学生也会感到枯燥乏味，以至出现厌学情绪.由于网络实验设备的价格较高，部分学校的实验环境不完善，设备更新滞后，甚至根本就没有相应的实验设备，计算机网络的实践教学往往流于形式.因此，将Packet Tracer仿真软件引入到计算机网络基础理论和实验教学中，可以极大的提高教学质量和学生的动手能力，加深学生对基础理论的理解.

1 Packet Tracer介绍

Packet Tracer 是Cisco公司针对CCNA认证考试发布的一个辅助学习工具，是一个集成的仿真、可视化、协作和评估环境，Packet Tracer提供了大量的设备仿真模型，学生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，也可以在IOS 环境中对虚拟设备进行配置，帮助学生熟悉网络设备的各种配置命令，并可提供数据包在网络传输中的详细处理过程，观察网络实时运行情况.利用Packet Tracer软件可以方便快捷地进行网络组建、设备配置、协议测试等计算机网络实验[2].

2 网络地址转换(NAT)原理介绍

网络地址转换(NAT)是将IP数据包头中的IP 地址转换为另一个IP 地址的过程.NAT将网络划分为内部网络和外部网络两部分，内部网络主机利用NAT访问外部网络时，是将内部网络的本地地址转换为全局地址(互联网合法的IP地址)后转发数据包.NAPT采用端口多路复用方式，使用不同的端口来映射多个内网IP地址到一个指定的外网IP地址，内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源.同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自Internet的攻击[3].

网络地址转换(NAT)是局域网接入互联网和ISP服务商提供宽带服务的重要技术手段，同时又是缓解IP地址短缺、保护内部网络安全的重要方法，其工作过程和工作原理比较复杂，是课程的重点和难点.授课过程中如果仅靠文本，图表等静态资料，学生很难理解NAT的基本工作原理.利用Packet Tracer不但可以大大增强教学的直观性、互动性，提高学生的学习兴趣，而且通过分析传输的数据包，能够使学生从根本上理解NAT的工作过程，下面通过具体的实验过程和数据包分析予以说明.

3 网络地址转换(NAT)实验拓扑图及配置

在Packet Tracer中搭建网络环境，左侧部分模拟企业内部网络，R1为企业网的网关路由器；右侧模拟网络接入服务商的网络结构，R2为ISP路由器，Web Server模拟的互联网中WEB服务器，其中已经内置网站内容.网络拓扑图见图1.

图1 网络地址转换(NAT)实验拓扑图

添加设备并连线后按照实验需求，配置PC机和网络设备各端口的IP地址(见表1)，并且在R1和R2路由器上分别设置静态路由，使左右两个网络的互通，企业内部的PC机可以访问互联网中的Web服务器.

表1 路由器端口设置及PC的IP地址分配表

4 数据传输过程分析

网络环境完成配置并测试通过后，把Packet Tracer切换到模拟状态.在计算机PC0的浏览器中输入Web服务器的IP地址，浏览器显示Web服务器预置的网页内容，这时Packet Tracer主窗口会通过动画演示数据包传输的过程，事件列表窗口显示传输过程中各设备收到的数据包(设置过滤HTTP 和TCP协议)，并且可以通过点击事件的信息颜色块查看数据包的具体内容和格式.数据包传输动画演示、事件列表和R1路由器数据包的具体内容见图2.

图2 数据包传输动画演示、事件列表和R1路由器数据包的具体内容截图

通过每个事件的信息块逐个查看数据包的内容，可以查看数据包内的源IP和目的IP地址.这里以简单表格的形式直接给出各设备数据包内的IP地址，见表2.

从表2可以知道数据包从PC0传送到Web Server的过程中，数据包的源IP地址和目的地址均没有变化，Web Server收到的数据包显示的来源是PC0的IP地址.

在R1路由器上配置NAT网络地址转换，具体配置命令如下：

R1(config)#interface fastEthernet 0/0

R1(config-if)#ip nat inside

R1(config)#interface serial 2/0

R1(config-if)#ip nat outside

R1(config)#access-list 1 permit 192.168.1.0 0.0.0.255

R1(config)#ip nat pool thnu 200.5.120.9 200.5.120.9 netmask 255.255.255.0

R1(config)#ip nat inside source list 1 pool thnu overload

配置NAT后，重新访问Web Server，记录数据包内的IP地址，观察IP地址在传输过程中的变化，见表3.

观察表3可以知道，从PC0发的数据包在经过路由器R1时，源IP地址发生了变化，由192.168.1.1变换成200.5.120.9，Web Server收到的数据包中显示的源地址并不是PC0，而是路由器的外网端口IP地址，换言之就是说Web Server并不知道PC0的存在；同理，从Web服务器返回的数据包经过R1的时候目的IP地址发生变换，由202.5.120.9变换成192.168.1.1，至此我们非常清楚的看到了R1路由器具有地址转换的作用.

表2 配置静态路由后数据包内IP地址情况

表3 配置NAT后数据数据包内IP地址变换情况

5 结语

Packet Tracer可以动画模拟显示数据包的传送路线，通过可视化模式显示数据包的传输过程，使用户能对抽象的数据的传送具体化，并且可以查看具体数据的内容和格式.本文通过演示NAT网络地址转换的实现过程，使学生非常清楚在整个数据传输过程中IP地址的变换过程，发生变换的位置，能够透彻的理解NAT的工作原理.将Packet Tracer作为一种模拟工具引入课堂教学过程中，可以将抽象的原理形象化，将单调的教学形式多样化，取得了良好的教学效果.

参考文献：

[1]刘利强,陈凯文,周细义.计算机网络实验教学的改革与实践[J].实验技术与管理,2007(12):118-120.

[2]PacketTracer帮助文档[EB/OL].http://www.cisco.com/web/learning/netacad/index.html

[3]梁广民,王隆杰．思科网络实验室CCNA实验指南[M].北京:电子工业出版社,2009.