基于CiscoPacketTracer的计算机网络技术课程教学改革

摘 要：利用虚拟环境在计算机上实现各网络设备的模拟操作是计算机网络技术课程改革的有效手段.正确使用PacketTracer软件是模拟操作的关键.本文对PacketTracer软件在计算机网络技术课程教学中的应用进行分析与研究,总结该工具软件在教学改革中的作用.

关 键 词：PacketTracer；计算机网络技术；教学改革；虚拟环境

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2013）06-0172-03

计算机网络技术是计算机、信息安全、电子信息、自动化等专业的专业基础课程.随着电子信息、通信技术、安防等领域的迅速发展,计算机网络也在与其他专业相结合,为其他专业的发展提供坚实基础,计算机网络已不再局限于计算机行业.

传统的计算机网络技术课程主要以讲解计算机网络的发展和理论概念为主,教学方法主要以讲授为主.由于学生对计算机网络缺少感性认识,虽然教师在课堂上通过幻灯片对一些计算机网络理论和概念进行认真细致的讲解,但仍有一大部分学生对计算机网络技术理论知识的掌握不十分理想.

在工学结合教学模式下,我院已将局域网组建、网络设备调试等实际操作环节引入课堂教学中,在计算机网络技术实训室中配备了智能型路由器、交换机、三层交换机等网络设备.但是,学生在实际操作时,大部分时间都用在了设备连接与基本配置上,对真正操作关键点的练习很少.由于网络设备数量有限,导致学生要排队轮流使用网络设备,这就使实践课程的效率下降.此外,虽然实践对加强学生的实际动手能力,加深学生对计算机网络技术领域中的相关技术和知识的理解有一定的效果,但仍有一些理论概念还无法以实际操作形式进行教学,例如路由技术、VLAN技术等.总之,学生实践操作训练的教学效果难以令人满意.

对此,利用虚拟环境在计算机上实现各网络设备的模拟操作是解决这一矛盾的有效手段.在对网络设备的模拟效果上,Cisco公司推出的PacketTracer是一款符合实践教学要求的工具软件.现结合教学实践,对PacketTracer软件在计算机网络技术课程教学中的应用进行分析与研究,总结该工具软件在教学改革中的作用.

PacketTracer模拟软件介绍

PacketTracer是Cisco公司推出的一款模拟Cisco网络设备的工具软件,其界面如图1所示.该软件在对网络设备操作上与真实设备相似,命令也和最新的Cisco的IOS系统基本一致.可根据实际需求来自定义网络拓扑结构,可省去网络设备连接、频繁变换Console连线等环节,使学习效率明显提高.

PacketTracer软件具有以下特点：（1）支持多协议模型.支持常用协议,包括TCP、UDP、DNS、HTTP、TFTP、Tel、SingleAreaOSPF、DTP、VTP和STP,并支持IP、Ether、ARP、CDP、Wireless、FrameRelay、PPP、HDLC和ICMP等协议模型.（2）支持大量虚拟设备模型.如交换机、路由器、无线网络设备、怎么写作器、各种连接电缆、终端等,并提供图形化和终端两种配置方法,各设备模型均有可视化的虚拟外观.（3）支持逻辑空间和物理空间的设计模式.“逻辑”模式用于进行逻辑拓扑结构的实现；“物理”模式支持构建城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置.（4）数据报传输采用实时模式和仿真模式.实时模式与实际传输过程一样,仿真模式通过可视化手段显示数据报的传输过程,使用户对各种抽象协议的工作过程有更加清晰的认识.以上这些特点使得利用PacketTracer软件可方便快捷地进行网络组建、设备配置、协议测试等工作.

PacketTracer模拟软件在课程中的作用

通过教学实践,我们认为PacketTracer软件的使用对学生加深对计算机网络技术理论知识的理解和提高学生的实际动手能力具有十分重要的作用.

(一)搭建高效、便捷的仿真实践环境

在“逻辑”视图中,PacketTracer软件提供了“路由器”、“交换机”、“集线器”、“无线设备”、“终端设备”等各种类型的网络设备,以及各种类型的传输介质.在应用上,可以将各类设备拖拽到“逻辑”视图中,通过各种类型的介质来连接各网络设备,免去了实际设备的连接过程,节省了时间,提高了学生的学习效率.

对于网络设备,学生可从三个方面来查看和调试,包括“物理”、“配置”与“命令行”.在PacketTracer软件中,双击要进行配置的网络设备图标,即可打开该设备的配置窗口,包括上述三个标签,如图2所示.

在“物理”标签中,学生可按需求对可扩展的网络设备增删“接口板卡”,这与真实的网络设备非常相似.在“命令行”标签中,该软件模仿真实设备通过console线缆连接计算机RS-232通讯接口,在“超级终端”中调试网络设备.

PC机属性配置窗口也有三个标签：物理、配置、桌面,如图3所示.“物理”标签可增删、修改网络接口模块.“配置”标签可进行全局设置和接口设置.在“桌面”标签中,有IP配置、拨号、终端、命令行、Web浏览器和无线PC等网络功能.

通过在课程中应用该软件,学生在学习该课程时能够根据实践要求任意搭建网络环境,对网络设备接口按需求进行调换,在连接过程中,如果使用错误的线缆来做连接,就会造成网络不通.

在“物理”视图中,能够从综合布线的角度展示“楼宇”、“管理间”、“机柜”的位置,展示机柜中设备的放置,能更直观地模拟网络建设中“管理间”、“机柜”、“设备”的配备.

(二)实现各种网络功能

在PacketTracer软件中,搭建好网络环境后,就可以继续对各网络进行调试,实现各种网络功能.

如在讲解“VLAN技术”项目时,学生根据项目需求在PacketTracer软件中搭建好实践环境,打开交换机的“配置”窗口,通过相关命令来调试该网络功能.在该项目的教学中,学生不仅可以实现单交换机上划分VLAN的操作,而且还可以实现跨交换机划分VLAN的操作.又如,在讲解“路由技术”项目时,学生根据项目需求配置静态路由及动态路由.并且,该软件可支持RIP、OSPF、BGP、IGRP等动态路由协议,扩大了学生的训练范围.

此外,该软件还支持“线路冗余”、“链路聚合”、“端口安全”、“NAT”、“ACL”访问列表、“VPN”等技术,能为不同的教学阶段提供相应的模拟功能.

(三)模拟PDU转发流程

在计算机网络技术课程的教学中,OSI各层次下的协议类型对应着各种协议数据单元（PDU）类型,协议数据单元（PDU）的格式和转发流程很抽象,学生理解难度大.应用PacketTracer的模拟模式（simulationmode）直观展示PDU的格式和转发流程,可以起到事半功倍的教学效果.

如图4所示,在“逻辑”视图中搭建网络拓扑结构,切换到模拟模式（Simulationmode）下设置需要捕获并展示的PDU类型.

利用PacketTracer模拟软件实现项目化教学

将PacketTracer模拟软件引入该课程以后,我们采用了“教学做”一体的项目式教学方法进行教学,改变了原先以讲授理论知识为主的传统教学方法.

为实现项目化教学,结合PacketTracer模拟软件具备的功能,在企业调研的基础上,我们对该课程进行了基于行动导向的课程开发和教学组织.以企业工作过程为导向,将传统课程体系的知识点进行解构,重构为“网络基础”、“网络技术”及“网络应用”三个项目模块,每个项目模块下设置了相关的学习情境,形成了新的课程体系,如图5所示.

在新的课程体系中,“网络技术”、“网络应用”模块大部分的学习情境将依托PacketTracer模拟软件来进行教学,加大了实践教学的比例,提高了课堂教学效率,取得了很好的教学效果.

总之,CiscoPacketTracer不仅提供了网络设备调试的实践平台,而且是计算机网络教学中良好的辅助工具,解决了计算机网络实训室设备不足的问题.通过PacketTracer软件在计算机网络技术课程教学中的应用,既可使学生对计算机网络课程中难懂的理论知识有直观的了解,使理论知识掌握得更加扎实,又能使学生通过实际动手操作亲身体会到各网络技术的工作过程,加深了学生对网络技术的理解,提高了动手能力.