基于Cisco Packet Tracer的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)改革

張培芝

（天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津 300400）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計(jì)算機(jī)、信息安全、電子信息、自動(dòng)化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著電子信息、通信技術(shù)、安防等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也在與其他專業(yè)相結(jié)合，為其他專業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已不再局限于計(jì)算機(jī)行業(yè)。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程主要以講解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和理論概念為主，教學(xué)方法主要以講授為主。由于學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)缺少感性認(rèn)識(shí)，雖然教師在課堂上通過幻燈片對(duì)一些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論和概念進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的講解，但仍有一大部分學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論知識(shí)的掌握不十分理想。

在工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式下，我院已將局域網(wǎng)組建、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備調(diào)試等實(shí)際操作環(huán)節(jié)引入課堂教學(xué)中，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)訓(xùn)室中配備了智能型路由器、交換機(jī)、三層交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但是，學(xué)生在實(shí)際操作時(shí)，大部分時(shí)間都用在了設(shè)備連接與基本配置上，對(duì)真正操作關(guān)鍵點(diǎn)的練習(xí)很少。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量有限，導(dǎo)致學(xué)生要排隊(duì)輪流使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這就使實(shí)踐課程的效率下降。此外，雖然實(shí)踐對(duì)加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中的相關(guān)技術(shù)和知識(shí)的理解有一定的效果，但仍有一些理論概念還無法以實(shí)際操作形式進(jìn)行教學(xué)，例如路由技術(shù)、VLAN技術(shù)等。總之，學(xué)生實(shí)踐操作訓(xùn)練的教學(xué)效果難以令人滿意。

對(duì)此，利用虛擬環(huán)境在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的模擬操作是解決這一矛盾的有效手段。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的模擬效果上，Cisco公司推出的Packet Tracer是一款符合實(shí)踐教學(xué)要求的工具軟件。現(xiàn)結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)Packet Tracer軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行分析與研究，總結(jié)該工具軟件在教學(xué)改革中的作用。

Packet Tracer模擬軟件介紹

Packet Tracer是Cisco公司推出的一款模擬Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工具軟件，其界面如圖1所示。該軟件在對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作上與真實(shí)設(shè)備相似，命令也和最新的Cisco的IOS系統(tǒng)基本一致。可根據(jù)實(shí)際需求來自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可省去網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接、頻繁變換Console連線等環(huán)節(jié)，使學(xué)習(xí)效率明顯提高。

圖1 Packet Tracer軟件的界面示意圖

Packet Tracer軟件具有以下特點(diǎn)：（1）支持多協(xié)議模型。 支持常用協(xié)議，包括 TCP、UDP、DNS、HTTP、TFTP、Telnet、Single Area OSPF、DTP、VTP 和 STP，并支 持 IP、Ethernet、ARP、CDP、Wireless、FrameRelay、PPP、HDLC和ICMP等協(xié)議模型。（2）支持大量虛擬設(shè)備模型。如交換機(jī)、路由器、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、各種連接電纜、終端等，并提供圖形化和終端兩種配置方法，各設(shè)備模型均有可視化的虛擬外觀。（3）支持邏輯空間和物理空間的設(shè)計(jì)模式。“邏輯”模式用于進(jìn)行邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)；“物理”模式支持構(gòu)建城市、樓宇、辦公室、配線間等虛擬設(shè)置。（4）數(shù)據(jù)報(bào)傳輸采用實(shí)時(shí)模式和仿真模式。實(shí)時(shí)模式與實(shí)際傳輸過程一樣，仿真模式通過可視化手段顯示數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸過程，使用戶對(duì)各種抽象協(xié)議的工作過程有更加清晰的認(rèn)識(shí)。以上這些特點(diǎn)使得利用Packet Tracer軟件可方便快捷地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建、設(shè)備配置、協(xié)議測(cè)試等工作。

Packet Tracer模擬軟件在課程中的作用

通過教學(xué)實(shí)踐，我們認(rèn)為Packet Tracer軟件的使用對(duì)學(xué)生加深對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論知識(shí)的理解和提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力具有十分重要的作用。

（一）搭建高效、便捷的仿真實(shí)踐環(huán)境

在“邏輯”視圖中，Packet Tracer軟件提供了“路由器”、“交換機(jī)”、“集線器”、“無線設(shè)備”、“終端設(shè)備”等各種類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及各種類型的傳輸介質(zhì)。在應(yīng)用上，可以將各類設(shè)備拖拽到“邏輯”視圖中，通過各種類型的介質(zhì)來連接各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，免去了實(shí)際設(shè)備的連接過程，節(jié)省了時(shí)間，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，學(xué)生可從三個(gè)方面來查看和調(diào)試，包括“物理”、“配置”與“命令行”。 在 Packet Tracer軟件中，雙擊要進(jìn)行配置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備圖標(biāo)，即可打開該設(shè)備的配置窗口，包括上述三個(gè)標(biāo)簽，如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備“屬性”對(duì)話框示意圖

在“物理”標(biāo)簽中，學(xué)生可按需求對(duì)可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增刪 “接口板卡”，這與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備非常相似。在“命令行”標(biāo)簽中，該軟件模仿真實(shí)設(shè)備通過console線纜連接計(jì)算機(jī)RS-232通訊接口，在“超級(jí)終端”中調(diào)試網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

PC機(jī)屬性配置窗口也有三個(gè)標(biāo)簽：物理、配置、桌面，如圖3所示。“物理”標(biāo)簽可增刪、修改網(wǎng)絡(luò)接口模塊。“配置”標(biāo)簽可進(jìn)行全局設(shè)置和接口設(shè)置。在“桌面”標(biāo)簽中，有IP配置、撥號(hào)、終端、命令行、Web瀏覽器和無線PC等網(wǎng)絡(luò)功能。

圖3 PC機(jī)“屬性”對(duì)話框示意圖

通過在課程中應(yīng)用該軟件，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)能夠根據(jù)實(shí)踐要求任意搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口按需求進(jìn)行調(diào)換，在連接過程中，如果使用錯(cuò)誤的線纜來做連接，就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)不通。

在“物理”視圖中，能夠從綜合布線的角度展示“樓宇”、“管理間”、“機(jī)柜”的位置，展示機(jī)柜中設(shè)備的放置，能更直觀地模擬網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中“管理間”、“機(jī)柜”、“設(shè)備”的配備。

（二）實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能

在Packet Tracer軟件中，搭建好網(wǎng)絡(luò)環(huán)境后，就可以繼續(xù)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。

如在講解“VLAN技術(shù)”項(xiàng)目時(shí)，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需求在Packet Tracer軟件中搭建好實(shí)踐環(huán)境，打開交換機(jī)的“配置”窗口，通過相關(guān)命令來調(diào)試該網(wǎng)絡(luò)功能。在該項(xiàng)目的教學(xué)中，學(xué)生不僅可以實(shí)現(xiàn)單交換機(jī)上劃分VLAN的操作，而且還可以實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)劃分VLAN的操作。

又如，在講解“路由技術(shù)”項(xiàng)目時(shí)，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需求配置靜態(tài)路由及動(dòng)態(tài)路由。并且，該軟件可支持RIP、OSPF、BGP、IGRP 等動(dòng)態(tài)路由協(xié)議， 擴(kuò)大了學(xué)生的訓(xùn)練范圍。

此外，該軟件還支持 “線路冗余”、“鏈路聚合”、“端口安全”、“NAT”、“ACL”訪問列表、“VPN”等技術(shù)，能為不同的教學(xué)階段提供相應(yīng)的模擬功能。

（三）模擬PDU轉(zhuǎn)發(fā)流程

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的教學(xué)中，OSI各層次下的協(xié)議類型對(duì)應(yīng)著各種協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）類型，協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）的格式和轉(zhuǎn)發(fā)流程很抽象，學(xué)生理解難度大。應(yīng)用Packet Tracer的模擬模式（simulation mode）直觀展示PDU的格式和轉(zhuǎn)發(fā)流程，可以起到事半功倍的教學(xué)效果。

如圖4所示，在“邏輯”視圖中搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，切換到模擬模式（Simulation mode）下設(shè)置需要捕獲并展示的PDU類型。

圖4 創(chuàng)建、捕獲 PDU傳輸過程示意圖

利用Packet Tracer模擬軟件實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)

將Packet Tracer模擬軟件引入該課程以后，我們采用了“教學(xué)做”一體的項(xiàng)目式教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，改變了原先以講授理論知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法。

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目化教學(xué)，結(jié)合Packet Tracer模擬軟件具備的功能，在企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們對(duì)該課程進(jìn)行了基于行動(dòng)導(dǎo)向的課程開發(fā)和教學(xué)組織。以企業(yè)工作過程為導(dǎo)向，將傳統(tǒng)課程體系的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行解構(gòu)，重構(gòu)為“網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”、“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”及“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用”三個(gè)項(xiàng)目模塊，每個(gè)項(xiàng)目模塊下設(shè)置了相關(guān)的學(xué)習(xí)情境，形成了新的課程體系，如圖5所示。

圖5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程體系重構(gòu)示意圖

在新的課程體系中，“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”、“網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用”模塊大部分的學(xué)習(xí)情境將依托Packet Tracer模擬軟件來進(jìn)行教學(xué)，加大了實(shí)踐教學(xué)的比例，提高了課堂教學(xué)效率，取得了很好的教學(xué)效果。

總之，Cisco Packet Tracer不僅提供了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備調(diào)試的實(shí)踐平臺(tái)，而且是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中良好的輔助工具，解決了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室設(shè)備不足的問題。通過Packet Tracer軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用，既可使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中難懂的理論知識(shí)有直觀的了解，使理論知識(shí)掌握得更加扎實(shí)，又能使學(xué)生通過實(shí)際動(dòng)手操作親身體會(huì)到各網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工作過程，加深了學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的理解，提高了動(dòng)手能力。

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