思科虚拟实验平台的应用研究

陈钦荣

摘要：随着现代信息技术的发展，社会对计算机网络技术人才的需求量不断增加。而当前大部分高校的网络实验由于受到资金、场地以及设备等多方面的限制，往往无法建立专用的网络实验室。通过Cisco Packet Tracer模拟软件搭建仿真虚拟实验平台，可以对有限的网络设备实现最大化的利用，从而使复杂的网络教学实验的顺利完成成为可能。该文对Cisco Packet Tracer虚拟实验平台的构建和应用进行了分析，希望能够为相关的工作提供一定的参考。

关键词：网络实验；虚拟实验平台；Packet Tracer

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）01-0184-04

Research on Application of Cisco Virtual Experiment Platform

CHEN Qin-rong

（Shantou Polytechnic， Shantou 515041， China）

Abstract： With the development of modern information technology， society's increasing demand for computer network technicians. University network and most of the current experiment because of the limited funding， space and equipment， and many other， often unable to establish a specialized network lab. Through simulation software Cisco Packet Tracer built imitating the virtual experimental platform， limited network devices can be maximized utilization of teaching experiment of making a complex network of successful completion as possible. Based on Cisco Packet Tracer analyzes the construction and application of virtual experiment platform， hoping to provide some references to related work.

Key words： network test； virtual experiment platform； packet Tracer

1 Packet Tracer

Packet Tracer是Cisco公司所开发的一款辅助型学习工具，他可以为网络理论初学者设计、配置以及排除网络故障提供接近真实的网络模拟环境 [1]。Packet Tracer提供了非常友好的软件界面，并提供了“Topology”和“Simulation”两个开发环境。两种环境分别具有不同的特点，“Topology”环境提供了一些常规的网络设备图形元素，用户通过拖拽的方式可以快速便捷地进行网络拓扑结构的设计，并且同时提供了“简单”和“挑战”模式来满足不同用户的网络设计需求。其中“简单模式”主要针对网络初学者，连线类型，IP地址、网管以及子网掩码等参数的配置均可采用默认值，从而实现网络拓扑结构的快速构建；“挑战模式”则需要通过各种命令进行操作，Packet Tracer软件通过内置的IOS子集，向用户提供大量的命令和配置协议，用户通过直接调用IOS子集中的命令和配置协议进行网络构建。而“Simulation”环境能够为用户提供了虚拟网络环境中数据包的实时运行情况，同时也通过图形化界面展示出数据在网络中的传输和处理细节，对用户深入了解网络设备的工作机制具有重要作用。

通过对Packet Tracer软件功能的分析，该软件主要具有以下特点[2]：

1） Packet Tracer软件同时提供了对多种网络协议的支持，可以实现更加丰富的网络配置；

2） Packet Tracer软件提供了对路由器交换机、无线网络设备、服务器、各类连接电缆和终端设备等的仿真支持，可以有效弥补实际实验中硬件模块不足的缺陷，同时Packet Tracer软件通过提供图形化的仿真界面，可以使用户更好的认识各类硬件设备；

3） 软件的逻辑空间设计模式可以模拟各种网络拓扑结构的设计功能，而物理空间设计模式则可以对各类虚拟网络的架设进行模拟；

4） 软件中的可视化数据包工具配置了全局网络探测器，可以通过軟件的可视化界面实时显示出模拟网络中数据包的传输线路，并且提供了调试功能，可以逐步执行网络传输命令，从而更加深入的了解数据包的具体传输原理。

2 基于Packet Tracer的虚拟实验平台构建关键技术

2.1 虚拟局域网VLAN的配置

VLAN（Virtual Local Area Network）是一种新兴的数据交换技术，它主要通过将局域网中的各个网络设备从逻辑结构中划分为多个网段，从而实现虚拟的网络工作组 [3]。每个VLAN内部的广播及单播流量均是独立的，不会相互转发，从而实现对流量的合理控制，并且还能有效减少设备的成本，简化网络管理，提高网路的整体安全性。

1） 网络拓扑图

2） VLAN的创建

Packet Tracer的IOS子集中提供了两种可用的VLAN创建方式。其中一种是在全局配置模式下，通过采用vlan vlanid命令创建VLAN，如switch（config）#vlan 10；在局部配置模式下则可以通过如switch（vlan）vlan 20命令创建VLAN。

2.2 Cisco VTP

VTP（Vlan Trunk Protocol）即VLAN中继协议[4]。VTP通过网络保持VLAN配置的一致性。在系统级，VTP主要对各种修改的VLAN进行管理，自动向网络或者其他交换机设备广播VLAN配置信息。VTP协议的应用可以有效减少存在安全隐患的配置。同时，VTP更加有利于网络的管理，只需要对VTP服务端进行相应的设置，VTP客户端即可实现对VTP服务端中VLAN信息的自动学习功能。

2.3 DHCP服务的配置

由于网络规模较大，为了使网络人员的管理工作更加边界，通常需要设置DHCP服务器，从而对网络结构中的计算机终端提供自动的网络配置信息。同时由于服务器需要向各个主机提供服务，服务器的IP地址相对固定，因此，DHCP功能通常不会应用在服务器中，而服务器的IP地址配置通常由管理人员手动设置。

2.4 NAT级端口映射功能的实现

NAT（Network Address Translation）即网络地址转换功能，被广泛应用于各类Internet接入方式及各种类型的网络中[5]。部分局域网只能从ISP获得较少的公网IP地址，此时，公网IP的数量无法向网络中的所有主机提供，针对这种情况，可以采用NAT服务向网络中的各个主机提供私有的地址，在进行转接，从而实现最大限度地节约IP地址资源。在这种条件下，网络外部的主机不能直接访问内部主机，但是内网的部分服务需要向外网提供，此时需要利用端口映射技术来实现。

2.5配置静态路由

静态路基于非自适应性路由计算协议实现，管理人员需要手动配置静态路由参数，且参数不会根据网络拓扑结构的变化自动适应调整。因此，静态路由通常应用于简单网络结构中。

2.6 配置动态路由

动态路由基于自适应性路由协议实现，在网络拓扑结构发生变化后，路由会根据具体变化情况自动计算最佳路由参数。动态路由本身复杂度较高，其路由协议可以分为自治系统内的与自治系统之间的路由协议。

2.7 配置WLAN

Packet Tracer 5.0中所提供的无线设备是Linksys WRT300N无线路由设备，该设备工包含4个RJ45插口，1个WAN口以及4个LANEthernet口；同时，计算机都配置了无线网卡模块，无线网卡模块的参数需要管理人员进行手动设置，在添加无线网卡之后，计算机可以自动与Linksys WRT300N路由进行连接。

3 基于Packet Tracer的虚拟实验平台实现

3.1 VLAN配置的实现

Switch>en

Switch#conf t

Enter configuration commands， one per line. End with CNTL/Z.

Switch（config）#hostname CoreSW

CoreSW（config）#vlan 10

CoreSW（config-vlan）#name Math

CoreSW（config-vlan）#exit

CoreSW（config）#exit

%SYS-5-CONFIG_I： Configured from console by console

CoreSW#vlan database

% Warning： It is reconmmended to configure VLAN from config mode， as VLAN database mode is being deprecated.Please consult user documentation for configuring VTP/VLAN in config mode.

CoreSW（vlan）#vlan 20 name Chinese

VLAN 20 added：

Name： Chinese

CoreSW（vlan）#vlan 30 name Other

VLAN 30 added：

Name： Other

3.2 静态路由IP地址的配置

1） 路由器和交换机名字的配置

Router>en

Router#conf t

Enter configuration commands， one per line. End with CNTL/Z.

Router（config）#hostname Router0

Router0（config）#

2） 路由器FastEthernet接口IP的配置

Router0（config-if）#ip address 192.168.5.1 255.255.255.0

Router0（config-if）#no shutdown

Router0（config-if）#

3） 路由器Serial口IP的配置

Router0（config-if）#inetrface seria 1/0/0

Router0（config-if）#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

Router0（config-if）#no shutdown

Router0（config-if）#

4） 串口時钟速率（DCE）的设置

Router1（config）#interface serial 0/3/0

Router1（config-if）#clock rate 64000

Router1（config-if）#

3.3核心交换机DHCP服务的启用

Switch（config）#ip dhcp pool vlanl

Switch（dhcp-config）#network 192.168.0.0 255.255. 0. 0

Switch（dhcp-config）#defaul-router 192.168.0.1

Switch（dhcp-config）#dns-server 192.168.0.68

Switch（dhcp-config）#exit

Switch（config）#ip dhcp excluded-address 192.168.0.1 192.168.0.1

3.4边界路由器端口地址的配置

Router> enable

Router# conf t

Router（ config）#interface fa0/0

Router（ config-if ）#ip address 192.168.0.254 255.255. 0. 0

Router（ config-if）#no shutdown

Router（ config-if）#exit

Router（ config）#interface Se2/0

Router（ config-if ）#ip address 192.168.0.88 255.255. 255. 0

Router（ config-if）#no shutdown

4 在Packet Tracer中完成网络互联实验

利用Packet Tracer软件建立一个网络互联实验平台非常简单，比如，需要进行路由信息协议实现，可以根据以下步骤完成：

4.1网络拓扑结构图的绘制

在Packet Tracer工作区中，利用拖拽操作完成网络拓扑结构的设计和绘制。在本文研究的实验平台中，包括2台普通PC设备，3台Router-PT设备、2条较差线以及2条串口线，同时为各个网络接口添加标签，具体网络结构拓扑图如图3 [6]。在该结构中，所有网络接口点均为红色状态。

4.2网络接口IP的配置

根据图2的网络拓扑结构，手动配置网络中所有接口的IP地址和子网掩码，同时为PC设备添加网关。根据网络拓扑结构，对各个网络接口的IP及子网掩码进行配置，同时为PC添加网关。

4.3路由信息协议的配置

在为网络接口配置IP之后，所有网络接口的点均处于绿色状态，利用ping命令测试PC0和PC1的网络联通情况，发现网络无法连通，还需要在每个路由设备商配置相关的路由协议信息。

4.4测试的结果

在路由器的特权模式中，利用show ip route命令查看每个路由器的2条直连路由和2条RIP路由信息，并利用ping命令测试PC0和PC1的网络连通性，发现网络连通正常。该实验利用Packet Tracer软件实现，相对于利用硬件实体，虽然缺少对硬件及线路连接方面的实践，但是还是可以通过软件配置了解相应的原理，实现较好的学习效果。另外，在Packet Tracer软件中，完全可以进行创新实验，促进了学生创新意识的培养。

5 结束语

现对于硬件实验来说，基于Packet Tracer软件的虚拟网络实验平台具有低成本、高效率、高开放性、实验操作安全等特点，同时能够对实验需求进行快速响应，实现交互式的实验环境，对当前硬件条件不足情况下学习者掌握网络技术具有极大的帮助。

参考文献：

[1] 王瑛，蔡勋，王晶.自动控制原理虚拟实验平台的設计与应用[J].实验技术与管理，2003（4）：52-56.

[2] 万涛，万世明.基于Packet Tracer仿真技术构建网络互联技术实验平台[J].电脑知识与技术，2011（17）：4209-4212.

[3] 丁传炜.基于Cisco Packet Tracer的动态路由协议OSPF仿真实验平台的设计及实现[J].现代计算机，2013（1）：39-41.

[4] 农坚.基于Packet Tracer搭建网络工程虚拟实验环境[J].教育教学论坛，2010（33）：128-129.

[5] 姜海波.虚拟仪器技术在高校教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010（15）：53-54.

[6] 孔欣，李清平.基于Packet Tracer的跨路由器实现VLAN问通信及分析[J].现代计算机，2010（1）：126-129.