陳欽榮

摘要：隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，社會對計算機網絡技術人才的需求量不斷增加。而當前大部分高校的網絡實驗由于受到資金、場地以及設備等多方面的限制，往往無法建立專用的網絡實驗室。通過Cisco Packet Tracer模擬軟件搭建仿真虛擬實驗平臺，可以對有限的網絡設備實現(xiàn)最大化的利用，從而使復雜的網絡教學實驗的順利完成成為可能。該文對Cisco Packet Tracer虛擬實驗平臺的構建和應用進行了分析，希望能夠為相關的工作提供一定的參考。

關鍵詞：網絡實驗；虛擬實驗平臺；Packet Tracer

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：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公司所開發(fā)的一款輔助型學習工具，他可以為網絡理論初學者設計、配置以及排除網絡故障提供接近真實的網絡模擬環(huán)境 [1]。Packet Tracer提供了非常友好的軟件界面，并提供了“Topology”和“Simulation”兩個開發(fā)環(huán)境。兩種環(huán)境分別具有不同的特點，“Topology”環(huán)境提供了一些常規(guī)的網絡設備圖形元素，用戶通過拖拽的方式可以快速便捷地進行網絡拓撲結構的設計，并且同時提供了“簡單”和“挑戰(zhàn)”模式來滿足不同用戶的網絡設計需求。其中“簡單模式”主要針對網絡初學者，連線類型，IP地址、網管以及子網掩碼等參數(shù)的配置均可采用默認值，從而實現(xiàn)網絡拓撲結構的快速構建；“挑戰(zhàn)模式”則需要通過各種命令進行操作，Packet Tracer軟件通過內置的IOS子集，向用戶提供大量的命令和配置協(xié)議，用戶通過直接調用IOS子集中的命令和配置協(xié)議進行網絡構建。而“Simulation”環(huán)境能夠為用戶提供了虛擬網絡環(huán)境中數(shù)據包的實時運行情況，同時也通過圖形化界面展示出數(shù)據在網絡中的傳輸和處理細節(jié)，對用戶深入了解網絡設備的工作機制具有重要作用。

通過對Packet Tracer軟件功能的分析，該軟件主要具有以下特點[2]：

1） Packet Tracer軟件同時提供了對多種網絡協(xié)議的支持，可以實現(xiàn)更加豐富的網絡配置；

2） Packet Tracer軟件提供了對路由器交換機、無線網絡設備、服務器、各類連接電纜和終端設備等的仿真支持，可以有效彌補實際實驗中硬件模塊不足的缺陷，同時Packet Tracer軟件通過提供圖形化的仿真界面，可以使用戶更好的認識各類硬件設備；

3） 軟件的邏輯空間設計模式可以模擬各種網絡拓撲結構的設計功能，而物理空間設計模式則可以對各類虛擬網絡的架設進行模擬；

4） 軟件中的可視化數(shù)據包工具配置了全局網絡探測器，可以通過軟件的可視化界面實時顯示出模擬網絡中數(shù)據包的傳輸線路，并且提供了調試功能，可以逐步執(zhí)行網絡傳輸命令，從而更加深入的了解數(shù)據包的具體傳輸原理。

2 基于Packet Tracer的虛擬實驗平臺構建關鍵技術

2.1 虛擬局域網VLAN的配置

VLAN（Virtual Local Area Network）是一種新興的數(shù)據交換技術，它主要通過將局域網中的各個網絡設備從邏輯結構中劃分為多個網段，從而實現(xiàn)虛擬的網絡工作組 [3]。每個VLAN內部的廣播及單播流量均是獨立的，不會相互轉發(fā)，從而實現(xiàn)對流量的合理控制，并且還能有效減少設備的成本，簡化網絡管理，提高網路的整體安全性。

1） 網絡拓撲圖

2） VLAN的創(chuàng)建

Packet Tracer的IOS子集中提供了兩種可用的VLAN創(chuàng)建方式。其中一種是在全局配置模式下，通過采用vlan vlanid命令創(chuàng)建VLAN，如switch（config）#vlan 10；在局部配置模式下則可以通過如switch（vlan）vlan 20命令創(chuàng)建VLAN。

2.2 Cisco VTP

VTP（Vlan Trunk Protocol）即VLAN中繼協(xié)議[4]。VTP通過網絡保持VLAN配置的一致性。在系統(tǒng)級，VTP主要對各種修改的VLAN進行管理，自動向網絡或者其他交換機設備廣播VLAN配置信息。VTP協(xié)議的應用可以有效減少存在安全隱患的配置。同時，VTP更加有利于網絡的管理，只需要對VTP服務端進行相應的設置，VTP客戶端即可實現(xiàn)對VTP服務端中VLAN信息的自動學習功能。

2.3 DHCP服務的配置

由于網絡規(guī)模較大，為了使網絡人員的管理工作更加邊界，通常需要設置DHCP服務器，從而對網絡結構中的計算機終端提供自動的網絡配置信息。同時由于服務器需要向各個主機提供服務，服務器的IP地址相對固定，因此，DHCP功能通常不會應用在服務器中，而服務器的IP地址配置通常由管理人員手動設置。

2.4 NAT級端口映射功能的實現(xiàn)

NAT（Network Address Translation）即網絡地址轉換功能，被廣泛應用于各類Internet接入方式及各種類型的網絡中[5]。部分局域網只能從ISP獲得較少的公網IP地址，此時，公網IP的數(shù)量無法向網絡中的所有主機提供，針對這種情況，可以采用NAT服務向網絡中的各個主機提供私有的地址，在進行轉接，從而實現(xiàn)最大限度地節(jié)約IP地址資源。在這種條件下，網絡外部的主機不能直接訪問內部主機，但是內網的部分服務需要向外網提供，此時需要利用端口映射技術來實現(xiàn)。

2.5配置靜態(tài)路由

靜態(tài)路基于非自適應性路由計算協(xié)議實現(xiàn)，管理人員需要手動配置靜態(tài)路由參數(shù)，且參數(shù)不會根據網絡拓撲結構的變化自動適應調整。因此，靜態(tài)路由通常應用于簡單網絡結構中。

2.6 配置動態(tài)路由

動態(tài)路由基于自適應性路由協(xié)議實現(xiàn)，在網絡拓撲結構發(fā)生變化后，路由會根據具體變化情況自動計算最佳路由參數(shù)。動態(tài)路由本身復雜度較高，其路由協(xié)議可以分為自治系統(tǒng)內的與自治系統(tǒng)之間的路由協(xié)議。

2.7 配置WLAN

Packet Tracer 5.0中所提供的無線設備是Linksys WRT300N無線路由設備，該設備工包含4個RJ45插口，1個WAN口以及4個LANEthernet口；同時，計算機都配置了無線網卡模塊，無線網卡模塊的參數(shù)需要管理人員進行手動設置，在添加無線網卡之后，計算機可以自動與Linksys WRT300N路由進行連接。

3 基于Packet Tracer的虛擬實驗平臺實現(xiàn)

3.1 VLAN配置的實現(xiàn)

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 靜態(tài)路由IP地址的配置

1） 路由器和交換機名字的配置

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） 串口時鐘速率（DCE）的設置

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

Router1（config-if）#clock rate 64000

Router1（config-if）#

3.3核心交換機DHCP服務的啟用

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邊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中完成網絡互聯(lián)實驗

利用Packet Tracer軟件建立一個網絡互聯(lián)實驗平臺非常簡單，比如，需要進行路由信息協(xié)議實現(xiàn)，可以根據以下步驟完成：

4.1網絡拓撲結構圖的繪制

在Packet Tracer工作區(qū)中，利用拖拽操作完成網絡拓撲結構的設計和繪制。在本文研究的實驗平臺中，包括2臺普通PC設備，3臺Router-PT設備、2條較差線以及2條串口線，同時為各個網絡接口添加標簽，具體網絡結構拓撲圖如圖3 [6]。在該結構中，所有網絡接口點均為紅色狀態(tài)。

4.2網絡接口IP的配置

根據圖2的網絡拓撲結構，手動配置網絡中所有接口的IP地址和子網掩碼，同時為PC設備添加網關。根據網絡拓撲結構，對各個網絡接口的IP及子網掩碼進行配置，同時為PC添加網關。

4.3路由信息協(xié)議的配置

在為網絡接口配置IP之后，所有網絡接口的點均處于綠色狀態(tài)，利用ping命令測試PC0和PC1的網絡聯(lián)通情況，發(fā)現(xiàn)網絡無法連通，還需要在每個路由設備商配置相關的路由協(xié)議信息。

4.4測試的結果

在路由器的特權模式中，利用show ip route命令查看每個路由器的2條直連路由和2條RIP路由信息，并利用ping命令測試PC0和PC1的網絡連通性，發(fā)現(xiàn)網絡連通正常。該實驗利用Packet Tracer軟件實現(xiàn)，相對于利用硬件實體，雖然缺少對硬件及線路連接方面的實踐，但是還是可以通過軟件配置了解相應的原理，實現(xiàn)較好的學習效果。另外，在Packet Tracer軟件中，完全可以進行創(chuàng)新實驗，促進了學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

5 結束語

現(xiàn)對于硬件實驗來說，基于Packet Tracer軟件的虛擬網絡實驗平臺具有低成本、高效率、高開放性、實驗操作安全等特點，同時能夠對實驗需求進行快速響應，實現(xiàn)交互式的實驗環(huán)境，對當前硬件條件不足情況下學習者掌握網絡技術具有極大的幫助。

參考文獻：

[1] 王瑛，蔡勛，王晶.自動控制原理虛擬實驗平臺的設計與應用[J].實驗技術與管理，2003（4）：52-56.

[2] 萬濤，萬世明.基于Packet Tracer仿真技術構建網絡互聯(lián)技術實驗平臺[J].電腦知識與技術，2011（17）：4209-4212.

[3] 丁傳煒.基于Cisco Packet Tracer的動態(tài)路由協(xié)議OSPF仿真實驗平臺的設計及實現(xiàn)[J].現(xiàn)代計算機，2013（1）：39-41.

[4] 農堅.基于Packet Tracer搭建網絡工程虛擬實驗環(huán)境[J].教育教學論壇，2010（33）：128-129.

[5] 姜海波.虛擬儀器技術在高校教學中的應用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（15）：53-54.

[6] 孔欣，李清平.基于Packet Tracer的跨路由器實現(xiàn)VLAN問通信及分析[J].現(xiàn)代計算機，2010（1）：126-129.