陳欽榮

摘要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，社會對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求量不斷增加。而當(dāng)前大部分高校的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)由于受到資金、場地以及設(shè)備等多方面的限制，往往無法建立專用的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室。通過Cisco Packet Tracer模擬軟件搭建仿真虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，可以對有限的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)最大化的利用，從而使復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利完成成為可能。該文對Cisco Packet Tracer虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建和應(yīng)用進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺；Packet Tracer

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)習(xí)工具，他可以為網(wǎng)絡(luò)理論初學(xué)者設(shè)計(jì)、配置以及排除網(wǎng)絡(luò)故障提供接近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，“Topology”環(huán)境提供了一些常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備圖形元素，用戶通過拖拽的方式可以快速便捷地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并且同時提供了“簡單”和“挑戰(zhàn)”模式來滿足不同用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需求。其中“簡單模式”主要針對網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者，連線類型，IP地址、網(wǎng)管以及子網(wǎng)掩碼等參數(shù)的配置均可采用默認(rèn)值，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的快速構(gòu)建；“挑戰(zhàn)模式”則需要通過各種命令進(jìn)行操作，Packet Tracer軟件通過內(nèi)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(diào)用IOS子集中的命令和配置協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。而“Simulation”環(huán)境能夠?yàn)橛脩籼峁┝颂摂M網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中數(shù)據(jù)包的實(shí)時運(yùn)行情況，同時也通過圖形化界面展示出數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和處理細(xì)節(jié)，對用戶深入了解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作機(jī)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(diǎn)[2]：

1） Packet Tracer軟件同時提供了對多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，可以實(shí)現(xiàn)更加豐富的網(wǎng)絡(luò)配置；

2） Packet Tracer軟件提供了對路由器交換機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、各類連接電纜和終端設(shè)備等的仿真支持，可以有效彌補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)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(rèn)識各類硬件設(shè)備；

3） 軟件的邏輯空間設(shè)計(jì)模式可以模擬各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)功能，而物理空間設(shè)計(jì)模式則可以對各類虛擬網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)進(jìn)行模擬；

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

2 基于Packet Tracer的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬局域網(wǎng)VLAN的配置

VLAN（Virtual Local Area Network）是一種新興的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，它主要通過將局域網(wǎng)中的各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從邏輯結(jié)構(gòu)中劃分為多個網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬的網(wǎng)絡(luò)工作組 [3]。每個VLAN內(nèi)部的廣播及單播流量均是獨(dú)立的，不會相互轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)對流量的合理控制，并且還能有效減少設(shè)備的成本，簡化網(wǎng)絡(luò)管理，提高網(wǎng)路的整體安全性。

1） 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

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(wǎng)絡(luò)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(jìn)行管理，自動向網(wǎng)絡(luò)或者其他交換機(jī)設(shè)備廣播VLAN配置信息。VTP協(xié)議的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)的管理，只需要對VTP服務(wù)端進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，VTP客戶端即可實(shí)現(xiàn)對VTP服務(wù)端中VLAN信息的自動學(xué)習(xí)功能。

2.3 DHCP服務(wù)的配置

由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，為了使網(wǎng)絡(luò)人員的管理工作更加邊界，通常需要設(shè)置DHCP服務(wù)器，從而對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的計(jì)算機(jī)終端提供自動的網(wǎng)絡(luò)配置信息。同時由于服務(wù)器需要向各個主機(jī)提供服務(wù)，服務(wù)器的IP地址相對固定，因此，DHCP功能通常不會應(yīng)用在服務(wù)器中，而服務(wù)器的IP地址配置通常由管理人員手動設(shè)置。

2.4 NAT級端口映射功能的實(shí)現(xiàn)

NAT（Network Address Translation）即網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換功能，被廣泛應(yīng)用于各類Internet接入方式及各種類型的網(wǎng)絡(luò)中[5]。部分局域網(wǎng)只能從ISP獲得較少的公網(wǎng)IP地址，此時，公網(wǎng)IP的數(shù)量無法向網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)提供，針對這種情況，可以采用NAT服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)中的各個主機(jī)提供私有的地址，在進(jìn)行轉(zhuǎn)接，從而實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)約IP地址資源。在這種條件下，網(wǎng)絡(luò)外部的主機(jī)不能直接訪問內(nèi)部主機(jī)，但是內(nèi)網(wǎng)的部分服務(wù)需要向外網(wǎng)提供，此時需要利用端口映射技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

2.5配置靜態(tài)路由

靜態(tài)路基于非自適應(yīng)性路由計(jì)算協(xié)議實(shí)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(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化自動適應(yīng)調(diào)整。因此，靜態(tài)路由通常應(yīng)用于簡單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。

2.6 配置動態(tài)路由

動態(tài)路由基于自適應(yīng)性路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，路由會根據(jù)具體變化情況自動計(jì)算最佳路由參數(shù)。動態(tài)路由本身復(fù)雜度較高，其路由協(xié)議可以分為自治系統(tǒng)內(nèi)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(shè)備是Linksys WRT300N無線路由設(shè)備，該設(shè)備工包含4個RJ45插口，1個WAN口以及4個LANEthernet口；同時，計(jì)算機(jī)都配置了無線網(wǎng)卡模塊，無線網(wǎng)卡模塊的參數(shù)需要管理人員進(jìn)行手動設(shè)置，在添加無線網(wǎng)卡之后，計(jì)算機(jī)可以自動與Linksys WRT300N路由進(jìn)行連接。

3 基于Packet Tracer的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)

3.1 VLAN配置的實(shí)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(jī)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(shè)置

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

Router1（config-if）#clock rate 64000

Router1（config-if）#

3.3核心交換機(jī)DHCP服務(wù)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(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)驗(yàn)

利用Packet Tracer軟件建立一個網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)驗(yàn)平臺非常簡單，比如，需要進(jìn)行路由信息協(xié)議實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)以下步驟完成：

4.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的繪制

在Packet Tracer工作區(qū)中，利用拖拽操作完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和繪制。在本文研究的實(shí)驗(yàn)平臺中，包括2臺普通PC設(shè)備，3臺Router-PT設(shè)備、2條較差線以及2條串口線，同時為各個網(wǎng)絡(luò)接口添加標(biāo)簽，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖3 [6]。在該結(jié)構(gòu)中，所有網(wǎng)絡(luò)接口點(diǎn)均為紅色狀態(tài)。

4.2網(wǎng)絡(luò)接口IP的配置

根據(jù)圖2的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，手動配置網(wǎng)絡(luò)中所有接口的IP地址和子網(wǎng)掩碼，同時為PC設(shè)備添加網(wǎng)關(guān)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對各個網(wǎng)絡(luò)接口的IP及子網(wǎng)掩碼進(jìn)行配置，同時為PC添加網(wǎng)關(guān)。

4.3路由信息協(xié)議的配置

在為網(wǎng)絡(luò)接口配置IP之后，所有網(wǎng)絡(luò)接口的點(diǎn)均處于綠色狀態(tài)，利用ping命令測試PC0和PC1的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通情況，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無法連通，還需要在每個路由設(shè)備商配置相關(guān)的路由協(xié)議信息。

4.4測試的結(jié)果

在路由器的特權(quán)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(wǎng)絡(luò)連通性，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通正常。該實(shí)驗(yàn)利用Packet Tracer軟件實(shí)現(xiàn)，相對于利用硬件實(shí)體，雖然缺少對硬件及線路連接方面的實(shí)踐，但是還是可以通過軟件配置了解相應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)較好的學(xué)習(xí)效果。另外，在Packet Tracer軟件中，完全可以進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

5 結(jié)束語

現(xiàn)對于硬件實(shí)驗(yàn)來說，基于Packet Tracer軟件的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺具有低成本、高效率、高開放性、實(shí)驗(yàn)操作安全等特點(diǎn)，同時能夠?qū)?shí)驗(yàn)需求進(jìn)行快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)交互式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對當(dāng)前硬件條件不足情況下學(xué)習(xí)者掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有極大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王瑛，蔡勛，王晶.自動控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2003（4）：52-56.

[2] 萬濤，萬世明.基于Packet Tracer仿真技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺[J].電腦知識與技術(shù)，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(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2013（1）：39-41.

[4] 農(nóng)堅(jiān).基于Packet Tracer搭建網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境[J].教育教學(xué)論壇，2010（33）：128-129.

[5] 姜海波.虛擬儀器技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)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(shí)現(xiàn)VLAN問通信及分析[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2010（1）：126-129.