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摘要：针对计算机网络模型和协议抽象、硬件设备昂贵的问题，文章阐述了利用Packet Tracer搭建网络模型应用于计算机网络课程的实践环节，该软件能以动画形式展示数据包的传输过程，帮助学生更好地理解抽象的知识，并能用于技能考评和学生自测，适合在教学中推广。
关键词：仿真软件；计算机网络教学；模拟模式；自动评分
本文引用格式：石艳,等.Packet Tracer在计算机网络教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(44):122-124,133.
使用计算机网络是我们处于信息社会的人必须掌握的一个基本技能。如何使用好计算机网络，充分发挥它的作用，需要我们进一步掌握计算机网络理论和技术，《计算机网络》课程作为我校计算机软件工程专业、计算机科学与技术专业的学位课程，对学生要求比较高，是一门应用性、实践性、综合性都很强的核心专业课程，是对计算机基础理论的深化和补充。该门课程需要学生多动手、多实践，才能更深入的掌握好相关知识。教师要以学生为中心，注重因材施教，理论与实践相互结合，循序渐进地组织教学，深入浅出地讲授知识，从而降低学生学习的难度，提高学生学习的兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力。
一 《计算机网络》课程教学现状
目前《计算机网络》课程教学大多还是本科教育的缩略版，以理论教学为主，在教学中还是主要讲计算机网络的原理等，受硬件设备限制计算机网络的典型应用、计算机网络的系统搭建、组网、数据采集、数据通信[1]等实践内容涉及得较少。现有设备能展开的实训环节，大多是对理论的验证，比如各类网络协议的分析，各类网络服务器的配置以及常见网络设备的配置等。另外大部分网络设备如服务器、路由器、防火墙、交换机等都比较昂贵，我校的网络实验室一共只有3台路由器和若干24口交换机，学生只能排队使用，更加无法满足复杂拓扑的搭建。学生在实际操作时，大部分时间都用在设备连接与基本配置上，实验效率低下。这种传统的验证性实践教学忽视了学生分析和解决问题能力的培养，极大地限制了学生积极性和创造性的发挥。
对此，利用模拟仿真环境[2]在PC机上实现各种网络搭建是解决这一矛盾的有效手段。虚拟环境采用软件方式获得，不需要额外添加硬件设备。既降低实验室投资成本，降低实验过程中硬件的损耗；又突破硬件设备种类少、单一的限制，开展复杂网络模型的搭建及应用。除了Packet Tracer[3],还有许多好的网络模拟软件，比如Boson NetSim for CCNA、Boson Netsim for CCNP、GNS3、DynamipsGUI等。但Packet Tracer对网络设备操作与真实设备相似，支持的设备众多，包括路由器、交换机、防火墙、无线设备及各种终端等，拓扑配置完成后，其保存的文件也相当小。该软件提供的功能强大，而操作又相对简单，适合初学者。因此将Packet Tracer应用于《计算机网络》的课程教学的实践环节，通过软件建立一个仿真的实验环境，使得抽象的内容变得形象，提高学生的学习兴趣，改善课堂授课效果。
二 Packet Tracer软件概述
Packet Tracer是由Cisco公司针对CCNA认证考试开发的一个免费辅助学习工具，是一款网络模拟软件，即用计算机程序对通信网络进行模型化，通过程序的运行模仿通信网络的运行过程[2]。用户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，并可获得数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。作为一个功能强大的网络仿真程序，能够提供路由器、交换机、网卡和pc机等虚拟网络设备，支持老师和学生建立活动网络模型，为设置、配置、排除网络故障提供网络模拟环境，鼓励学生实践和发现，有利于复杂的技术概念和网络系统设计的学习和理解[4]。
三 Packet Tracer的使用
（一） 设备管理与配置
Packet tracer的设备是在图形界面进行管理，将设备拖拽至工作区，连接设备。连接线有设置线、交叉线、直通线、光纤等，不同的设备如交换机和主机、路由器和主机之间可采用直通线互联；而相同的设备如计算机和计算机、路由器和路由器可采用交叉线互联，交叉线和直通线可作为教学实验中最常用的线型[5]。选定好所有设备后点击各个设备，通过Desktop选项卡下面的IP Configuration就可以进行简单的IP地址、子网、网关和DNS等的配置。除此之外还提供了Terminal（终端）、Command Prompt（命令行）、Web Browser和PC Wireless无线网络功能等。如图1所示：
（二） Packet Tracer工作区与工作模式
Packet tracer软件为用户提供物理与逻辑两个工作区[6]，物理工作区可以让用户在城市、建筑物和配线柜里管理网络设备，节点间的距离是网络连通要考虑的一个重要因素。在逻辑工作区只需要考虑网络的拓扑结构是否合理，不需要考虑实际规模和位置，设计是纯理论的，更适合于教学案例的设计。该软件有实时与模拟两种工作模式。以ping命令为例，实时模式就是我们平时使用的时间模式，ICMP数据包从PC1主机出发，到达PC2主机4应4答的响应时间，瞬间可以完成；模拟模式就是让时间停下来，当PC1主机发出ICMP数据包时，数据包的每一跳、每一个细节，每一层协议封装的内容都可以通过手动控制来查看。Packet Tracer软件能模拟这个瞬间的过程，将抽象瞬间的数据包传输过程以我们能够理解的方式展现出来。
（三） 简单教学案例设计
用交叉线连接两台终端设备PC1和PC2,连接线两端出现的两个亮点是线路状态指示灯。若链路灯绿色表示连接准备就绪，可以继续为网络配置相应的协议；若链路灯为红色表示无法检测线路中的信号，可能是线路连接错误或者是没有给网络设备配置相应的协议。将PC1的ip配置为192.168.1.2，PC2的ip配置为192.168.1.3，拓扑结构如图2：
进入Simulation模式，Edit Filters设置为只显示ICMP数据包，单击PC1,从Desktop（桌面）打开Command Prompt（命令提示符），输入命令ping 192.168.1.3并按下enter键，回到Packet Tracer界面，单击Auto Capture/Play（自动捕获）按钮，直观、生动的flash动画就可以显示ICMP数据包的传输过程，如图3所示：
Event List(事件列表)对话框显示的是当前捕获到的数据包的详细信息，包括持续时间、源设备、目的设备、协议类型等，单击列表中协议类型信息Info列中的彩色方块，可以了解协议的详细信息，包括OSI模型信息和各层PDU，非常直观，如图4和图5。
在packet tracer平台上，可以完成的计算机网络相关教学实例能覆盖本科教学中的要求，包括有：交换机的端口配置与管理、交换机划分VLAN配置、快速生成树配置、路由器静态路由配置、路由器RIP动态路由配置，路由器OSPF动态路由配置、标准IP访问控制列表配置、扩展IP访问控制列表配置、网络地址转换NAT配置、网络端口地址转换NAPT配置等。
（四） 活动向导在教学活动中的应用
除了能搭建实训需求的网络环境，针对教学活动的展开，从Packet Tracer 5.0开始，在Extensions菜单模块为老师和学生提供了Activity Wizard（活动向导），可以为教学案例设置一个评分系统，即老师出一个考试题，设置好考核点及其分值，让学生完成该网络的搭建与配置，当学生完成后，活动向导会根据知识点的完成情况给学生一个分数。使用时先创建一个.pkt文件仅包含网络拓扑结构（作为初始网络），再创建另一个.pkt文件，在该文件中完成前面所搭建拓扑结构所有的配置（作为答案网络），准备好两份.pkt文件后，启动扩展菜单的活动向导（Activity Wizard）来设计.pka文件，依次导入HTML格式的考核说明，初始网络，答案网络。考核说明里包括考题文字和图片。导入初始网络时可以把不允许学生修改的参数进行锁定，如删除设备、修改接口等，锁定后使得学生无法进行该功能的操作。导入答案网络时，答案网络中的设备能以树形结构展开，可以看到每个设备的配置中哪些可以作为测试点，把需要考核的知识点勾上，每个知识点的默认分值是1分，但老师可以根据该知识点的重要程度来调整其分值。通过设置评分文件，学生在实践的过程中可以进行自我测评，进而更直观的了解自己对知识点的掌握程度，调整学习的侧重点；老师也能更好的掌握学生对每个知识点的学习情况，以设置课堂讲授的内容。这一功能在教学中有很大优势。
四结束语
针对网络模型比较抽象、硬件设备数量和种类有限等问题，在网络教学中应用Packet Tracer模拟软件进行仿真实验、操作简便、效果逼真，能更好的将理论教学与实验教学相结合，将教学模式多样化。在图形界面搭建不同的网络模型，以动画形式展示数据包的传输过程，观察OSI体系结构和网络各层协议信息，使得学生对抽象的计算机网络知识有了更深刻的理解，学习效率得到提升，还能培养学生自主学习和研究能力。在应用中Packet Tracer连线配置方便、操作直观，但不适合跑比较大的配置，有些命令也不能模拟，如VTP修剪实验的pruning命令。在实际应用中应结合各类网络仿真软件的优缺点、灵活使用。
参考文献
[1]孙良旭,吴建胜.工程实践驱动的“路由交换技术”课程教学环境构建研究[J].实验技术与管理,2014,31(9):212-215.
[2]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.
[3]崔北亮.CCNA认证指南[M].北京：电子工业出版社，2014:81-86.
[4]杨倩晨.仿真模拟软件在高职计算机专业教学中的应用[J].科技信息,2010(16):226-228.
[5]潘江波,邓建高.仿真软件在计算机网络教学中的应用[J].实验技术与管理,2011,28(7):91-93.
[6]张翔,郭文生.基于Packet Tracer的《计算机网络基础》实验教学设计[J].实验科学与技术,2012,10(6):204-206+233.
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