Packet Tracer在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

胡 斌

（天津商業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300134）

0 引言

在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中，由于網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)及其中的協(xié)議較為抽象，學(xué)生對(duì)于網(wǎng)絡(luò)原理知識(shí)點(diǎn)的理解困難[1]。Cisco Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)模擬工具是由Cisco公司發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)輔助學(xué)習(xí)工具，除了提供搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置功能外，能采用動(dòng)畫(huà)方式表現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議過(guò)程和數(shù)據(jù)封裝，這對(duì)學(xué)習(xí)者深入理解網(wǎng)絡(luò)的工作原理和體系結(jié)構(gòu)有很大幫助[2]。

1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)案例描述

瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)器網(wǎng)頁(yè)的過(guò)程是一個(gè)典型的Web應(yīng)用，將該應(yīng)用作為教學(xué)案例。

圖1是案例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，在該網(wǎng)絡(luò)中，路由器R將兩個(gè)局域網(wǎng)LAN1和LAN2互連。LAN1中包括一臺(tái)終端PC0，一臺(tái)DNS服務(wù)器和交換機(jī)1，LAN1連接到路由器R的Fa0/0端口；LAN2中有一臺(tái)Web服務(wù)器和交換機(jī)2，LAN2連接到路由器R的Fa0/1端口。在DNS服務(wù)器中添加一條資源記錄，將域名www.abc.com綁定IP地址192.1.2.2。

2 應(yīng)用Packet Tracer分析教學(xué)案例

將Packet Tracer切換到Simulation（模擬）模式環(huán)境，仿真軟件能以動(dòng)畫(huà)形式產(chǎn)生數(shù)據(jù)包，并且提供了查看數(shù)據(jù)包詳細(xì)協(xié)議信息的功能，利用這一功能，可以幫助學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)、了解數(shù)據(jù)包的封裝過(guò)程和各層協(xié)議首部的構(gòu)成及其含義[3]。

打開(kāi)教學(xué)案例的拓?fù)湮募袚Q到Simulation模式，在PC0的瀏覽器URL中輸入www.abc.com/helloworld.html，單擊Go按鈕。在Simulation Panel中單擊Auto Capture/Play按鈕進(jìn)行捕獲，當(dāng)捕獲結(jié)束時(shí)，整個(gè)案例的數(shù)據(jù)包將在事件列表展示。以下主要對(duì)PC0和兩臺(tái)服務(wù)器捕獲的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，忽略交換機(jī)和路由器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包。

圖1 案例網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.1 分析PC0產(chǎn)生的DNS查詢(xún)請(qǐng)求報(bào)文

由于PC0中設(shè)置了DNS服務(wù)器為192.1.1.2，因此當(dāng)PC0瀏覽器請(qǐng)求www.abc.com/helloworld.html網(wǎng)頁(yè)時(shí)，PC0將向DNS服務(wù)器發(fā)送一個(gè)DNS查詢(xún)請(qǐng)求。

圖2捕獲的是PC0產(chǎn)生的DNS查詢(xún)報(bào)文信息，在圖2的OSI Model選項(xiàng)卡中，Out Layers（出站層）展示出了OSI的七層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，按照自上層向下層的順序，對(duì)該P(yáng)DU的封裝過(guò)程描述如下：最上層Layer7應(yīng)用層使用DNS協(xié)議，生成DNS查詢(xún)請(qǐng)求；Layer4是運(yùn)輸層，在該層使用UDP協(xié)議封裝DNS查詢(xún)請(qǐng)求，運(yùn)輸層使用目的端口號(hào)53和源端口號(hào)1025；Layer3是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，將上層的UDP封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，其中源IP地址為PC0的IP地址（192.1.1.1），目的IP地址為DNS服務(wù)器的IP地址（192.1.1.2）；Layer2是數(shù)據(jù)鏈路層，該層采用EthernetⅡ協(xié)議，將上層的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成一個(gè)幀；Layer1是物理層，物理層將將以太網(wǎng)幀以二進(jìn)制比特流形式傳遞，二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)換為電信號(hào)在物理媒體中傳送出去。

圖2 PC0的DNS查詢(xún)請(qǐng)求OSI Model選項(xiàng)卡

2.2 分析DNS服務(wù)器產(chǎn)生的DNS應(yīng)答報(bào)文

DNS服務(wù)器收到PC0的查詢(xún)請(qǐng)求后，在本地區(qū)域文件查找，將www.abc.com對(duì)應(yīng)的IP地址192.1.2.1放入DNS應(yīng)答報(bào)文，發(fā)送給PC0。

2.3 分析PC0與Web服務(wù)器建立TCP連接過(guò)程

TCP連接建立階段需要3次握手，過(guò)程如下。

第一次握手：PC0向Web服務(wù)器發(fā)送一個(gè)TCP同步(SYN)報(bào)文段，記錄該報(bào)文段中的sequence number（序號(hào)）、ACK number（確認(rèn)號(hào)）字段的值。

第二次握手：Web服務(wù)器端口80收到PC0發(fā)來(lái)的TCP同步報(bào)文段，Web服務(wù)器向PC0發(fā)送一個(gè)TCP的同步確認(rèn)（SYN+ACK）報(bào)文段。

第三次握手：PC0收到Web服務(wù)器發(fā)來(lái)的TCP同步確認(rèn)報(bào)文段， PC0向Web服務(wù)器發(fā)送一個(gè)TCP確認(rèn)報(bào)文段。Web服務(wù)器收到PC發(fā)來(lái)的TCP確認(rèn)報(bào)文段，同意接收PC的連接請(qǐng)求，連接建立。

2.4 分析PC0瀏覽器發(fā)出的HTTP請(qǐng)求報(bào)文

PC0的瀏覽器產(chǎn)生HTTP請(qǐng)求信息，圖3捕獲的是PC0產(chǎn)生的HTTP請(qǐng)求信息。在圖3的OSI Model選項(xiàng)卡中，Out Layers的最上層Layer7應(yīng)用層使用HTTP協(xié)議，生成HTTP請(qǐng)求報(bào)文；Layer4運(yùn)輸層使用TCP協(xié)議封裝HTTP請(qǐng)求報(bào)文，運(yùn)輸層使用目的端口號(hào)80和源端口號(hào)1029；Layer3網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，將上層的TCP封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，其中源IP地址為PC0的IP地址（192.1.1.1），目的IP地址為WEB服務(wù)器的IP地址（192.1.2.2）；Layer2和Layer1與前面的描述相似。HTTP請(qǐng)求報(bào)文的內(nèi)容包括了請(qǐng)求行、請(qǐng)求首部等組成。

圖3 PC0的HTTP請(qǐng)求OSI Model選項(xiàng)卡

2.5 分析Web服務(wù)器發(fā)出的HTTP響應(yīng)報(bào)文

Web服務(wù)器收到請(qǐng)求報(bào)文后，對(duì)其進(jìn)行解析并查找服務(wù)器中的網(wǎng)頁(yè)，找到網(wǎng)頁(yè)后將其副本寫(xiě)到HTTP響應(yīng)報(bào)文中，回發(fā)給PC0。HTTP響應(yīng)報(bào)文的內(nèi)容包括了狀態(tài)行、響應(yīng)首部、響應(yīng)數(shù)據(jù)等組成。

2.6 瀏覽器顯示網(wǎng)頁(yè)

PC0收到Web服務(wù)器發(fā)來(lái)的HTTP響應(yīng)報(bào)文，在瀏覽器中將收到的helloworld.html網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行顯示。其后PC0瀏覽器與Web服務(wù)器進(jìn)入釋放TCP連接過(guò)程，完成整個(gè)Web應(yīng)用案例演示。

3 結(jié)語(yǔ)

以Internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，涉及眾多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法，通過(guò)在教學(xué)中引入Packet Tracer虛擬仿真工具，使復(fù)雜抽象的網(wǎng)絡(luò)概念、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的學(xué)習(xí)和教學(xué)變得形象生動(dòng)，直觀(guān)地展示了各層協(xié)議的封裝信息，這種理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法起到了很好的教學(xué)效果。