丁永賢

摘要：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是教學(xué)改革的重要內(nèi)容，物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)費(fèi)用高昂、維護(hù)復(fù)雜且效率低下，利用模擬器參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為重要的教學(xué)輔助手段。本文主要探討在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革中使用PacketTracer進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教改；PacketTracer

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）17-0033-02

在應(yīng)用型本科教育中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，遵循“規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)試、管理網(wǎng)絡(luò)“目標(biāo)要求進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和課程教學(xué)。對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力有較高要求，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式及課時(shí)較難滿足需求，使用高效易用的模擬器參與教學(xué)可以有效解決這個(gè)問題。

1 PacketTracer的特點(diǎn)

針對(duì)不同廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，有不同的模擬軟件。以思科公司的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品為例，有模擬軟件輸入輸出的Boson NetSIM和Packet Tracer，模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件的Dynamips（Router）、Pemu（PIX）、Qemu（ASA）、GNS和IOU等。[1]我們選擇Cisco公司發(fā)布的PacketTracer，這是一款非常適合教學(xué)輔助的優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬試驗(yàn)仿真軟件。應(yīng)用PacketTracer，可以完成網(wǎng)絡(luò)原理學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、調(diào)試管理、計(jì)算機(jī)服務(wù)器模擬等內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

1.1 簡(jiǎn)單易用的圖形化操作

PacketTracer采用直觀的圖形化操作方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)和構(gòu)建，有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理外觀圖片，可以在圖形化操作模式下對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)區(qū)、網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行基本配置，也可以在CLI命令行模式下進(jìn)行更詳細(xì)專業(yè)的配置。即使是第一次使用PacketTracer的學(xué)生，在經(jīng)過10到15分鐘的練習(xí)后，基本的操作也沒有很大的問題。這個(gè)簡(jiǎn)單易用的圖形化操作系統(tǒng)能夠高效的幫助學(xué)生建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本模型。

1.2 專業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬

PacketTracer主要有模擬與實(shí)時(shí)兩種工作模式。在模擬模式中，可以采用手動(dòng)的方法，控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，在剛接觸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程的學(xué)生可以通過PacketTracer在很短的時(shí)間內(nèi)了解數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中詳細(xì)處理過程與網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況[2]，可以直觀地看到傳輸數(shù)據(jù)包中經(jīng)過的路徑，隨時(shí)觀察網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)時(shí)情況，可以直接觀察數(shù)據(jù)包的具體信息。這個(gè)功能在講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理的時(shí)候非常有用，能將抽象模糊晦澀難懂的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行原理清晰的用可控的動(dòng)畫的展示出來。如圖1 PacketTracer模擬模式。

1.3 強(qiáng)大的自我評(píng)測(cè)功能

通過PacketTracer的活動(dòng)向?qū)е谱骺勺詼y(cè)試，有反饋的測(cè)試文件。非常適合學(xué)生情況檢測(cè)。教師制作實(shí)驗(yàn)說明和實(shí)驗(yàn)要求文件，建立初始配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和最終正確的網(wǎng)絡(luò)配置，設(shè)置評(píng)分點(diǎn)和分值，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)說明文件及要求完成實(shí)驗(yàn)后，執(zhí)行測(cè)評(píng)命令，即可根據(jù)評(píng)分點(diǎn)自動(dòng)平方，并給予錯(cuò)誤反饋，省去了人工評(píng)分的步驟，使課程的教學(xué)效率得到極大的提升。

1.4 局限性

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，雖然可以通過應(yīng)用PacketTracer掌握網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)運(yùn)行的情況，也可以模擬不少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但其模擬效果還不完美，還有一定的局限性。能夠模擬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還比較有限，交換機(jī)、路由器只能模擬幾款經(jīng)典設(shè)備，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品也極其有限，防火墻設(shè)備尚無模擬產(chǎn)品。另外一些配置命令也不能百分百的能夠模擬出來。對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的模擬程度還比較低，對(duì)PC機(jī)的模擬程度比較低。

2 PacketTracer教學(xué)應(yīng)用

2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理的教學(xué)輔助

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程中，網(wǎng)絡(luò)基本原理及工作過程部分內(nèi)容比較抽象，純理論講解的教學(xué)效果比較差，通過使用PackeTracer可以直觀的觀察和分析抽象復(fù)雜的工作流程，加強(qiáng)和加深學(xué)生的理解。

根據(jù)ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型劃分各個(gè)層次的典型內(nèi)容進(jìn)行觀察分析。包括觀察應(yīng)用層和傳輸層協(xié)議，觀察分析ICMP數(shù)據(jù)包，以太網(wǎng)幀封裝，觀察分析地址解析協(xié)議ARP，觀察分析TCP管理，UDP和TCP分析。下面以觀察分析TCP管理為例進(jìn)行講解。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，TCP的原理是其教學(xué)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，要使學(xué)者對(duì)其協(xié)議原理有更深的理解與認(rèn)知，需要通過有效的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到其教學(xué)的目的，比如，在學(xué)習(xí)TCP的過程中，要確保三次握手建立連接的有效性，可以先讓一臺(tái)服務(wù)器與一臺(tái)客戶機(jī)通過一條交叉線直連，在連接后，客戶機(jī)可以使用瀏覽器的訪問功能，訪問服務(wù)器的Web應(yīng)用。由于TCP協(xié)議是Web應(yīng)用運(yùn)輸層必須遵守的原則，因此在傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)之前，必須先經(jīng)過三次握手。觀察3次握手過程的主要操作有以下幾個(gè)的步驟：1）從外部引入兩個(gè)端設(shè)備，并將這兩個(gè)端設(shè)備進(jìn)行連接，同時(shí)為其配置IP地質(zhì)；2）將工作模式轉(zhuǎn)換到模擬模式（Simulation Mode）；3）打開客戶機(jī)，選擇瀏覽器工具，在找到地址欄后，在其欄中輸入服務(wù)器的IP地質(zhì)后按下鍵盤中的回車鍵；4）在主動(dòng)工作區(qū)的模擬控制面板，找到窗口的單擊功能，單擊Capture/Forward按鈕三次。在完成上述四個(gè)步驟后，可以清楚觀察到信封狀態(tài)，以及數(shù)據(jù)包在兩個(gè)端設(shè)備之間傳遞了三次。在鼠標(biāo)單擊數(shù)據(jù)包圖標(biāo)后，PacketTracer可以顯示數(shù)據(jù)包詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行分析。在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的具體步驟與工作原因的過程中，一般以事先制作好的動(dòng)畫作為輔助教學(xué)的手段，而應(yīng)用PacketTracer可以通過演示環(huán)境，加強(qiáng)真實(shí)性。

2.2 交換機(jī)、路由器的模擬

交換機(jī)，路由器配置是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重要的實(shí)踐內(nèi)容，是技能的體現(xiàn)。根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用可開設(shè)以下模擬實(shí)驗(yàn)。下列實(shí)驗(yàn)涵蓋了基本的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置內(nèi)容。

2.3 制作評(píng)估文件

評(píng)估文件是基于PacketTracer的特殊文件格式，可以實(shí)現(xiàn)帶反饋意見的自評(píng)估功能。自評(píng)估可以大大提高教師的教學(xué)效率，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)，及時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)判。也是作為翻轉(zhuǎn)課堂評(píng)測(cè)的有效手段。

制作評(píng)估文件可以使用菜單命令活動(dòng)向?qū)?，在Actvity Wizsrd窗口中逐步完成評(píng)估文件的相關(guān)內(nèi)容。評(píng)估文件基本步驟有以下幾個(gè)：1）生成初始網(wǎng)絡(luò)（Initial Network），通過使用Initial Network命令，根據(jù)考核內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)的初始網(wǎng)絡(luò)配置環(huán)境，可以直接在工作區(qū)進(jìn)行原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c網(wǎng)絡(luò)配置，也可以導(dǎo)入已編輯好的初始網(wǎng)絡(luò)PKZ文件。2）生成實(shí)驗(yàn)說明和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，通過Instructions命令選項(xiàng)，在窗口中以HTML格式編輯實(shí)驗(yàn)說明和評(píng)估要求，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行具體說明，一般使用WORD文檔另存為HTML文件導(dǎo)入。3）配置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)答案，并設(shè)置評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。通過Answer network命令，完成最終的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔ぷ髋c網(wǎng)絡(luò)配置，即標(biāo)準(zhǔn)答案。并逐一添加考核點(diǎn)（Assessment），考核點(diǎn)通過對(duì)設(shè)備、端口、配置、參數(shù)、狀態(tài)等勾選，每一個(gè)考核點(diǎn)默認(rèn)分值為一分，也可以根據(jù)實(shí)際需求自行修改考核點(diǎn)的分值。如下圖2評(píng)估文件考核點(diǎn)設(shè)置。

3 結(jié)語

綜上所述，PacketTracer具備操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)評(píng)估、學(xué)習(xí)門檻低與強(qiáng)大的可視化功能的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在計(jì)算機(jī)課程教改中，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者創(chuàng)造一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也為教師提供了一個(gè)優(yōu)秀的測(cè)評(píng)與演示工具。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊功元， 馬國(guó)泰， 羅曉東. 思科PT 軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)中的探究與實(shí)踐[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2010（4）.

[2] 袁華， 張凌. 一個(gè)地址解析協(xié)議的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2015（22）.