信息化教育
信息与电脑China Computer & Communication2019年第22期
基于Cisco Packet Tracer工具的计算机网络课程
实验教学总结
黄雅晶
（武汉商学院 信息工程学院，湖北 武汉 430056）
摘 要：笔者以当前高校计算机网络课程实验教学面临的典型问题为背景，分析了在计算机网络实验课程中引入Cisco Packet Tracer工具的必要性和重要意义，并总结了在运用Cisco Packet Tracer工具进行实践教学中遇到的一些普遍问题及解决方法，最后总结了将Cisco Packet Tracer工具引入计算机网络课程实验教学的显著成效。
关键词：计算机网络；实验教学；Cisco Packet Tracer
中图分类号：G712；TP393-4 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）22-230-03
Summary of Experimental Teaching of Computer Network Course Based on
Cisco Packet Tracer Tool
Huang Yajing
Abstract: Based on the typical problems faced by the experimental teaching of computer network courses in colleges and
(School of Information Engineering, Wuhan Business University , Wuhan Hubei 430056, China)
universities, the author analyzes the necessity and significance of introducing Cisco Packet Tracer tools in computer network and solutions encountered in the process. Finally, the remarkable results of introducing the Cisco Packet Tracer tool into the computer network course experiment teaching are summarized.
Key words: computer network; experimental teaching; Cisco Packet Tracer
配置操作。然而，网络硬件设备普遍体积大、难以移动，不利于课堂演示，而且多台设备价格不菲，实验室现有条件很难保证大量学生同时进行实验[2]。第三，OSI模型是计算机网络课程中的最基本、最重要的内容，在传统课堂上通过真实实验无法演示数据封装、传输、收发、解析的全过程，学生需要通过想象力进行思维建模来学习OSI模型的数据传输原理。
experiment courses, and summarizes the practical teaching in the application of Cisco Packet Tracer tools. Some common problems
1 计算机网络课程实验教学中存在的问题
计算机网络课程是计算机相关专业学生的专业必修课，重在培养学生利用计算机解决实际网络通信问题的实践技能。实验教学是计算机网络课程中重要的一环，但是目前计算机网络课程的实验教学仍存在一些问题。
第一，传统的计算机网络实验课程往往依附于理论课程的设置，多数实验内容是对理论课程的验证与演示，对学生理论知识的认识有一定的作用，但不利于学生形成对计算机网络构架的整体认识，不利于学生利用所学知识综合分析和解决实际工作中所面临的网络问题[1]。第二，交换机、路由器的等网络中间设备的工作原理以及网络参数的配置是计算机网络的基础知识，在实验教学中需要使用多台路由器、交换机及网络终端设备来搭建真实的网络环境演示各种网络传输原理；学生自己实验时也需要使用大量的设备来学习各种
2 Cisco Packet Tracer工具的引入
基于计算机网络课程实验教学中存在的实际问题，笔者在课程中引入了Cisco Packet Tracer模拟仿真工具。Cisco Packet Tracer是Cisco（思科）公司发布的一款计算机网络学习工具，为学生设计网络结构、配置网络参数、排除网络故障提供了可视化的模拟环境。学生可以在软件的工作区界面上采用拖曳元件器的方法建立网络拓扑图，也可以捕获网络中传输的数据包进行数据帧分析与处理，观察网络实时运行情况，
基金项目：武汉商学院校级教学研究项目“基于混合式教学模式培养学生实践能力的研究——以计算机网络课程为例”（项目编号：2018N012）。
作者简介：黄雅晶(19—)，女，湖北天门人，硕士研究生，实验师。研究方向：计算机应用。
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还可以对网络中间设备（如交换机、路由器等）进行配置。相对于其他网络模拟软件，Cisco Packet Tracer操作简单、更人性化，对之前未接触过网络设备的学生有很大的帮助。
Cisco Packet Tracer可以提供各种网络设备（路由器、交换机、集线、无线设备等）、终端设备（计算机、手机等）、连接设备（双绞线、光纤等）。利用这些虚拟设备，学生可以不受物理设备的，进行路由器、交换机的配置以及各种网络配置与命令操作，根据需求个性化地设计网络构架、搭建网络环境、观察网络运行情况，从而深入了解计算机网络的工作体系和实现原理。
在讲解OSI模型时，学生可以生动直观地观察到数据包从源主机的最高层向最底层封装、从目的主机的最底层向最高层解析以及透明传输的过程。在讲解网络通信协议时，学生可以观察到数据包的传输、收发过程以及通过协议进行寻址、路由、握手的过程。在讲解网络协议组成原理时，学生可以根据协议格式使用协议仿真编辑器编辑协议数据包，并将其发送出去，接着由协议分析器捕获网络数据包，并将捕获的数据包以二进制或者十六进制的方式显示出来，用来验证协议数据包的正确性。
3 Cisco Packet Tracer工具实验教学总结
下面就实验教学过程中遇到的一些普遍问题及解决方法总结如下。3.1 软件运行环境
教学中采用Cisco Packet Tracer 7.0版本，安装包分为32位和位，兼容所有操作系统，安装包占用存储空间小（仅70 MB）、安装方便，不需要固定的运行环境，随装随用。学生可以将安装包拷入U盘或上传云盘，在任何计算机上均可快速安装。安装完成后，采用“Guest Login”登陆模式会自动跳转Cisco产品首页，无须理会，回到登陆页面等待15秒点击“Confirm Guest”即可直接使用。3.2 绘制网络拓扑图
学生初次接触Cisco Packet Tracer软件，可能对该软件的界面比较陌生，所以首先要对软件的界面和工具栏简单进行介绍，如图1及表1所示。学生可以在如图2所示的工作区界面上采用拖曳元件器的方法建立网络拓扑图，并通过图形接口或者命令配置该拓扑中的各个设备。
表1 Cisco Packet Tracer 7.0界面功能介绍
界面菜单栏主工具栏常用工具栏逻辑/物理工作区转换栏
工作区实时/模拟转换栏网络设备库设备类型库特定设备库数据包窗口
功能
包含文件、编辑、选项、视图、工具帮助等内容，可以从中找到打开、
保存、复制、粘贴、放大、缩小、打印和设置等与其他软件菜单栏类似的基本命令
提供常用功能命令的快捷键
提供一些软件中常用的工具：选择、删除、添加备注、放大、增加协议数据单元等
单击此按钮完成Logical工作区和Phsical工作区的切换
工作区是软件的主要操作区，可以创建网络拓扑图、跟踪数据包的收发过程、验证网路通信以及查看数据包内容等
单击此按钮完成Realtime模式和Simulation模式的切换
选定设备类型后再从中选择某个指定设备
包含不同类型的网络设备、终端设备、元件、连接线等
用来显示同一类型设备中的不同型号和规格，提供多种设备型号供用户选择
用来管理用户添加的数据包
连接好设备（如图3所示）之后，线缆的两端出现不同颜色的圆点，圆点的颜色还会随着设备准备就绪与初始时有所变化，需要学生了解连接线圆点颜色的含义（如表2所示），这些不同的颜色有助于学生排除联通性故障。
2620XM
Router0
2950 24Switch0
图1 Cisco Packet Tracer7.0的界面
PC-PTPC0PC-PTPC1
图3 设备连接示意图表2 线缆端颜色含义
链路圆点的状态
绿色绿色闪烁黄色
图2 使用拖曳方法建立网络拓扑
红色
含义
物理连接准备就绪，还没有信号
连接已激活
端口处于“阻塞”状态，连接不通
物理连接不通
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3.3 捕获数据包
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在Cisco Packet Tracer的“Simulation”模式中，可以呈现各类数据包的收发过程，以及网络设备对数据包的处理过程。常见的TCP/IP协议模型都能在Cisco Packet Tracer中找到。
学生可利用“Simulation”模式通过简单的连通性测试来分析常用TCP/IP协议的工作过程和协议帧的格式。例如，两台在同一个网段的主机，A主机Ping主机B时，在“Realtime”模式下瞬间可以完成。而切换到“Simulation”模式后，主机A的命令提示框里不会立即出现ICMP数据包信息，此时软件正在模拟数据的传输过程，并以学生能够理解的方式展现出来。点击自动捕获（“Auto Capture”）按钮后，网络数据包封装、传输、收发的全过程就通过直观、生动的Flash动画展示出来。单击“Simulation”模式会出现事件列表（“Event List”）对话框，用来显示当前数据包的详细信息，包括持续时间、源设备、目的设备、协议类型和协议的详细信息，非常直观，如图4所示。
通过对协议数据包的分析，学生能更好地理解TCP/IP协议的工作过程。需要注意的是，某些数据包在只会在设备初次握手连接时发送，联通后不会再次出现，所以某些学生在抓包过程中不能做到过程再现，需要学生自己分析原因。
图5 查看各模式下命令的方式
需要注意的是，在设备的“Config”配置窗口中进行操作都能在“CLI”命令窗口中找到与之对应的命令，学生可以通过边进行可视窗口配置边观察命令的方式学习命令，这也是最直观、最行之有效的学习方式，需要提醒学生命令是在哪个模式下操作的。与之相反的，并不是所有的配置命令都能找到与之对应的可视配置窗口，所以掌握尽可能多的命令对学习网络设备配置很有必要。
“% Invalid input detected at '^' marker.”是“CLI”命令窗口中最常见的错误提示符，出现这个错误一般由于如下几个原因导致。第一，当前的运行模式不对，输入命令与模式不匹配。解决方案：输入“?”查看该模式下是否有该命令。第二，字符输入错误，例如单词拼写错误、未区分大小写。第三，间隔符错误，两个关键字漏掉间隔符或者不需要间隔符的地方出现间隔符。
4 结 语
通过近一学期的实验教学，笔者发现通过引入Cisco
图4 协议数据包
Packet Tracer工具，学生可以直观地捕获网络数据包、分析协议内容、观察网络运行环境、配置网络设备，使用现有实物设备无法实现的大型网络操作实验Cisco Packet Tracer均可以实现。通过学习Cisco Packet Tracer，学生建立了计算机网络的基本实体构架，锻炼了网络故障的排查能力，也激发了学习相关课程的兴趣。
3.4 网络设备配置
IOS系统为用户提供了4种配置模式，学生要想掌握交换机、路由器等常用网络设备的基本配置命令，必须先了解这4种配置模式的应用场景。用户模式(switch> )：查看统计信息。模式(switch#)：查看并修改设备的配置。全局模式(switch（confing）#)：针对整个交换机修改配置参数。全局配置模式下的子模式(switch（confing-if）#)：针对设备的接口等具体信息修改配置参数。
在以上任何模式中，输入“?”即可查看该模式下的所有命令，如图5所示。
参考文献
[1]强振平,李彤.非计算机专业计算机网络课程教学研究[J].大学教育,2014(17):119-120.
[2]黄雅晶.虚拟仿真实验在高校计算机类课程中的应用[J].大学教育,2018(2):54-55.
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