基于仿真软件技术的网络互联实验教学

邬欢欢

塔里木大学 新疆阿拉尔 843300

网络互联技术是一门介绍交换机与路由器工作原理、专业知识和操作技术的专业课程，其教学目标是让学生具备使用各种网络互联设备的技能以及构建和管理网络的能力。为达到这一教学目标，必须加强实验环节的教学。而网络互联设备的生产厂商不同，使用的网络操作系统也不同，如思科产品和华为产品在组网时，连接、配置、管理等方面存在不小的差异。因此，在加强实验教学时，应注重拓宽学生的知识面，使其掌握更多网络产品的安装和配置方法，只有较为全面地了解各种网络设备和应用环境，才能真正提高学生的动手能力和技能水平。本文以人才需求多样性为导向，介绍了网络互联技术实验教学中仿真软件的应用。针对我校近年来的实际情况，利用Packet Tracer模拟器设计典型案例，作为网络互联技术实验教学的补充，从而丰富和扩展了实验教学的方法和手段。

1 实验教学已有基础和存在问题

实践教学在计算机网络专业教学中占有非常重要的地位，是教学活动的重要环节[1]。我院一直非常重视实践教学的建设，于2007年建立了网络互联实验室。实验室以小组为基本单位，建设了6组实验平台，每组平台的实验设备包含：2台路由器(1台H3C MSR 30-20，1台Quidway R3680E)；4台交换机(2台H3C S3610，2台Quidway S3900)；3台计算机。实验室建成以来，一直作为网络互联课程实验实训的专门场所，提供真实的网络环境，让学生实际动手搭建网络，调试、配置网络设备，学习交换机与路由器的使用方法。

但随着学生规模扩大，专业实验室建设跟不上教学要求等原因，现有条件下的网络互联技术实验教学难以达到理想效果，出现了一些问题和不足。首先，实验时间和空间的限制。由于学生的水平参差不齐，造成一部分学生在指定的教学时间内不能按照要求完成学习任务，另有部分动手能力强的学生也可能需要更多的实验设备和时间来完成更多、更复杂的实验[2]。而从教学实际考虑，学生使用实验室的时间都是以班为单位进行安排；而且网络互联实验室由于设备多、价格高没有对学生自由开放，学生不能利用课余时间自主学习，这在一定程度上影响了学生学习的积极性和主动性。其次，设备种类单一，实验内容不够全面。我院的网络互联设备以华为产品为主，然而，目前市场上主流的网络设备生产商有思科、华为、锐捷等。这些厂商的设备安装的是自主研发的网络操作系统，在操作命令和管理方法上区别明显，导致我校学生在完成实验实训后，却不能马上把技能投入到现实的应用中。

2 仿真软件简介

实际上，许多院校在计算机专业的网络实训中也遇到过类似的问题，一些院校在教学过程中引入了模拟软件进行辅助教学，用模拟软件模仿真实的网络设备进行网络实训。模拟软件能够模拟多种网络设备和实验环境[3]，如计算机、路由器、交换机、防火墙等，而且模拟设备不存在损耗问题，能反复操作，同时学生也可以在自己的PC机上安装相关软件，可以不受时间地点的限制进行实验，大大提高了学生自主学习的积极性。

网络设备的仿真模拟软件也有很多类型，常见模拟器有Boson NetSim，Dynamips，思科的Packet Tracer和华为的HW_RouteSim等。在此，笔者简单介绍一下这些仿真软件的特点。

(1)Boson NetSim是Boson公司开发的一款模拟Cisco路由器、交换机组建虚拟网络的商业软件，由网络拓扑图设计软件Boson Network Designer和网络设备模拟器Boson NetSim组成[4]。该软件的最大优点是可以自定义网络拓扑结构及连接，在启动NetSim时可以选择自定义的拓扑结构，对拓扑图里的各种网络设备进行配置管理，缺点是虚拟实验设备种类较少，且对某些命令的支持也不太好。

(2)Dynamips是一款主要模拟Cisco路由器的仿真软件。Boson NetSim是对IOS命令行的模拟，而Dynamips是通过在计算机中构建运行IOS的虚拟机真正运行IOS，实现对Cisco路由器的模拟[5]。GNS3是Dynamips的一个图形前端，是一种可以仿真复杂网络的图形化模拟器，具有较强的可操作性。

(3)Packet Tracer是由Cisco公司推出的一款免费模拟软件，专门用于思科的CCNA认证培训，是目前操作最接近真实环境的模拟工具。该软件提供了2种数据传输测试模式：Realtime模式和Simulation模式[6]。在Realtime的图形用户模式上可以直接使用拖拽方法建立网络拓扑；在Simulation的界面中以Flash动画的形式模拟数据包在网络中进行详细传输过程，使学生更容易理解网络设备的运行原理。

(4)HW_RouteSim是华为系列设备的模拟器。但是软件的版本较低，能够仿真的设备和支持的命令较少，仿真功能不尽如人意。

通过对以上仿真软件的比较，我们选择了Packet Tracer作为辅助教学软件。在现有的网络互联实验室里，使用真实设备完成华为交换机、路由器的网络实验，引入Packet Tracer模拟软件，在仿真环境下完成Cisco设备的配置实验。这样在教学过程中以虚、实2种方式完成知识和技能的学习，兼顾了学生知识的多样性，保证了校内实践锻炼与实际工作需求的一致性。

3 基于Packet Tracer的网络仿真实验

笔者通过一个配置实例演示仿真软件在网络互联实验教学中的应用。实验名称是利用Packet Tracer5.3实现跨交换机VLAN的配置。交换机上VLAN的作用是将物理上互联的网络在逻辑上划分为多个互不相干的网络，这些网络之间是无法通信的，因此广播也就隔离开了。它不仅解决了网络中广播的问题，也很好地解决了网络内的安全问题。借助VLAN技术不仅能增加网络连接的灵活性，控制网络上的广播，而且能增加网络的安全性[7]。因此在交换机配置教学中，VLAN配置是非常重要的内容。

3.1 实验目的

(1)学习Cisco交换机Trunk和VTP的配置方法。

(2)理解VTP的含义及管理交换机组VLAN的用法。

3.2 实验规划

选用1台Cisco 3560交换机，2台Cisco2950交换机，4台PC机以及若干网线，组建实验网络。其中，3560的Fa0/24端口连接2950A(switch0)交换机的Fa0/24端口，3560的Fa0/23端口连接2950B(switch1)交换机的Fa0/24端口；2950A交换机Fa0/1端口连接PC0的以太网口，Fa0/2端口连接PC1的以太网口；2950B交换机Fa0/1端口连接PC2的以太网口，Fa0/2端口连接PC3的以太网口。PC0和PC2属于同一子网(VLAN2)，它们的IP地址在C类网络192.168.1.0/24内；PC1和PC3属于另一子网(VLAN3)，它们的IP地址在C类网络192.168.2.0/24内。如图1所示。

3.3 配置过程

实验网络搭建完成后，按要求设置4台PC机的IP地址，此时整个局域网中未设置其他VLAN(只有默认VLAN1)，这4台PC机互Ping，应都能连通。接下来，开始对交换机进行配置。

(1)选择2950A交换机，把端口划分到相应的VlAN。相关命令如下：

同理，选择2950B交换机并划分VLAN，过程与2950A相似。

(2)配置trunk链路。2个Cisco 2950交换机使用fastthernet0/24端口分别与核心交换机(3560)的24和23端口相连，这两条链路应为trunk，相连的每个端口为trunk类型，配置命令相同。交换机2095A相关命令如下：

(3)配置VTP协议。

Cisco 3560交换机作为VTP Server，是局域网中的核心交换机。3560交换机相关配置命令如下：

图2为3560交换机的VTP状态信息。其中，VTP Operating Mode值为Server，VTP Domain Name值为senya。

2个作为接入层的交换机的配置VTP的命令类似，2950A的配置命令如下：

图3为2950A交换机的VTP状态信息。其中，VTP Operating Mode值为Client，VTP Domain Name值为senya。管理域内的每台交换机都必须使用相同的域名。

(4)在核心交换机Cisco 3560上创建两个VLAN:VLAN2名称为technology；VLAN 3名称为sales。

#创建VLAN2，并配置IP地址为192.168.1.254

#创建VLAN3，并配置IP地址为192.168.2.254

(5)连通性测试。分别在2950和3560上使用show vlan命令查看配置情况，再用Ping命令检查各PC机之间的通信情况。

此时，4台PC机被分割在2个不同的VLAN中(VLAN1：technology，VLAN2 sales)，PC0与PC2划入了同一VLAN(technology)而能Ping通，PC1与PC3划入了同一VLAN(sales)而能Ping通，而PC0与PC1虽然连接在同一个2950A交换机上，但不能Ping通，从而验证了跨交换机之间相同VLAN可以相互通信，不同VLAN之间相互隔离。达到了任务的要求。

4 结束语

通过使用Packet Tracer模拟软件进行跨交换机VLAN配置的教学，可以让每一位学生都能自己动手实践，提高了学生学习的积极性，保证了教学质量。基于模拟软件的实验，丰富了网络互联课程实验实训内容，但并不能完全替代真实实验，它只能是传统实验的一种辅助和扩展。结合学院已有条件，根据虚实交替，优化互补的原则，把仿真软件技术与传统实验手段有机结合起来，让学生更好地理解知识、掌握技能，提高综合实践能力，这才是网络互联技术实验教学的重要意义。

[1]李佳,江涛.计算机网络专业实践教学环节仿真软件的应用[J].中国现代教育装备,2010(9):59-62.

[2]宋白玉,赵桂云.浅谈用Packet Tracer进行高职《网络互联技术》教学[J].科技信息,2011(33):108-109.

[3]谭方勇,张燕,李金祥.基于虚拟仿真软件技术的计算机网络实验教学体系[J].计算机时代,2011(11):51-53.

[4]董思妤,陈立云,曹智一.Boson NetSim在计算机网络工程教学中的应用研究[J].电脑知识与技术,2011(5):3606-3607.

[5]甘敬周.虚拟技术和模拟器在网络实验室的应用[J].贺州学院学报,2012,28(2):136-139.

[6]赵思佳,尹婷.基于Packet Tracer模拟器构建计算机网络课程教学平台[J].湖南环境生物职业技术学院学报,2010,1(16):15-18.

[7]陈建锐.软件仿真下的VLAN配置实验探索[J].实验室研究与探索,2011,2(30):78-81.

[8]Cisco_Packet_Tracer5.0全攻略[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/25b3bdd2c1c708a1284a44de.html.