思科网络技术论文(2)
思科网络技术论文篇二
思科模拟器在计算机网络创新教学中的探究与实践
【摘 要】本文首先介绍了思科网络模拟器的特点;其次，归纳了思科网络模拟器在计算机网络教学中的具体应用，对思科模拟器在计算机网络创新教学中的应用与实践效果进行了调查分析;最后，总结分析了思科网络模拟器在计算机网络创新教学中的重要意义，并给出了计算机网络创新教学的后续研究计划。
【关键词】计算机网络 创新教学 思科模拟器
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2015)17-0048-03
计算机网络课程不仅是计算机类专业的必修课程，也是信息类、电子类、通信类专业学生必须学习的课程。对计算机网络课程的学习，多数老师和学生普遍认为面授不可或缺，但实践操作更为重要，对于服务器配置、组网、安全技术等部分一定要通过现实操作、实践动手才能真正掌握，学生必须从实践操作中才能真正掌握网络技能，并在今后的工作中学以致用。但目前的教学情况多数是以课本的理论知识为主，实验实践课时数较少。究其原因，主要是很多院校由于资金支持不足，没有建设网络设备先进的实验室，或是设备的数量达不到教学需求，导致现有的实验教学环节没能起到应有的作用。学生不能掌握实际操作能力，在创新探索上就不能有好的建树。对于计算机网络这种有着广泛应用、具有很强实用性、知识理论复杂、实践性很强的课程，研究出一套理论知识与实践教学相辅相成的教学方法，具有重要的意义。为此，本文拟对思科模拟器在计算机网络中创新教学中的作用及实践进行深入探究。
一 思科网络模拟器
思科网络模拟器(Cisco Packet Tracer)是由Cisco公司开发的一款网络仿真软件。它通过全新的图形化用户界面和多媒体的Flash动画，为教师提供了多样化、个性化的授课支持，也为学生学习网络基础知识、设计网络拓扑结构、配置网络设备、排除网络故障提供了网络仿真环境，有利于鼓励开放性操作，提高学生发现并解决问题的能力。学生可以享受到丰富和高度互动的学习体验，提高学生对网络课程的学习兴趣，有效解决网络实验室不足、网络设备严重缺乏带来的不利影响。
思科网络模拟器具有以下几方面的特点：
1.提供了丰富的网络设计构件
思科网络模拟器提供了丰富的网络构件，比如各种型号的交换机、路由器、主机、无线AP及通信媒介等。用户只需点击鼠标，即可轻松地将所需网络设备添加到所设计的网络中，并且可通过图形用户界面或文本界面对网络设备进行基本参数配置。此外，用户可以根据需要对网络设备的模块或接口进行添加。
2.支持大部分常用的网络协议
思科网络模拟器支持计算机网络协议中的大多数网络协议，比如应用层的HTTP、DNS、TFTP、Telnet等协议，传输层的TCP、UDP协议，网络层的IP、OSPF、ARP、ICMP等协议，数据链路层的PPP、HDLC等协议，能够满足大多数情况下的网络设计需求，并支持用户在仿真设计过程中对协议数据单元中的各字段进行查看，有利于深刻理解各层的网络协议及分组格式。
3.提供逻辑空间和物理空间两种设计模式
思科网络模拟器提供逻辑空间和物理空间两种设计模式。逻辑空间模式用于进行逻辑拓扑结构的设计与实现，对现实网络环境的各种因素不予考虑;物理空间模式支持构建城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置，涵盖了真实网络环境对网络设计产生的影响。
4.提供实时跟踪功能
思科网络模拟器提供实时(Real)及模拟(Simula -tion)两种不同的仿真模式，用户可以方便地在两种仿真模式下进行切换。用户可以在实时模式下设计网络拓扑结构，并对各网络设备进行配置，使其迅速进入工作状态;在具体仿真过程中，用户可以切换到模拟模式以
南京邮电大学教改项目(编号：JG01614JX27、JG01614JX26)、江苏省自然科学基金青年项目(编号：BK2014 0883)
观察协议数据单元(PDU)在网络中的传送过程，查看交换机的交换表及路由器的路由表，实时跟踪PDU在网络各节点的详细处理过程，观察网络实时运行情况。为学生快速、生动地理解抽象的网络协议提供了可能。
5.支持性能分析
在仿真的过程中，只要网络拓扑、网络构件的参数和使用的协议等不改变，仿真结果就不会发生改变。用户可重复再现网络，获取相关的数据。此外，用户修改其中的网络拓扑、实体参数、网络协议等，灵活地设置网络仿真环境中每个实体的参数，可以只获取自己感兴趣的网络运行细节的相关数据。通过这种设置方式，学生可以有针对性地更改网络仿真环境，从不同的角度获取有用数据，分析网络性能，全面理解网络运行过程。
二 教学应用实践
为了探究思科网络模拟器在计算机网络教学中的应用方法及价值，在教学过程中初步在讲述网际控制报文协议、地址解析协议和虚拟局域网的划分三个知识点的过程中使用思科网络模拟器进行了讲解，并对实践的效果进行了简单的评估。
教学应用实例。以地址解析协议为例，使用思科网络模拟器讲解的过程如下：
第一，构建如上图1工作区所示的网络拓扑，并分别配置4台终端电脑PC0-PC3的IP地址为192.168.0.1-
192.168.0.4，子网掩码为255.255.255.0。
该过程中，可使用图1右侧拓扑图工作工具中的Inspect按钮分别查看PC0-PC3的ARP Table。可以看出，4台终端的ARP Table均为空，也就是说PC0的ARP高速缓存无法实现PC3的IP地址到MAC地址的映射。提出以下问题：PC0向PC2发送分组时，封装的帧的目的地址如何获得呢?通过该问题，引出ARP协议，并对ARP协议进行初步的理论讲解。 第二，设置仿真模式为Simulation模式，点击图1右侧拓扑图工作工具中的Add Simple PDU按钮后，分别点击PC0和PC2，使该简单分组(ICMP分组)从PC0转发到PC2。此时，PC0会产生两个分组，分别为ICMP分组和ARP分组。ARP分组的格式如下图2所示，其中SOURCE IP字段为192.168.0.1，TARGET IP字段为192.168.0.3，SOURCE MAC字段为0060.47B0.062E，TARGET MAC字段为全0。该ARP分组的含义是本终端的IP地址是192.168.0.1，MAC地址是0060.47B0.062E，我想知道主机192.168.0.3的MAC地址。该ARP分组将封装到Ethernet VⅡ格式的帧中进行传输，并且该帧的DEST MAC为全1，表明该ARP分组是以广播的方式发送的。
第三，点击仿真控制面板(Simulation Panel)中的Capture/Forward按钮，ARP分组会到达交换机。当交换机收到该广播ARP分组后，由于交换机不能隔离广播域，因此会将该ARP分组从其它所有端口进行转发。(此时，
可以查看该交换机的MAC Table，回顾自学习算法。)
第四，点击Capture/Forward按钮，ARP分组分别到达PC1-PC3，此时PC1和PC3对该ARP分组不进行响应。PC2由于IP地址和该ARP分组中的TARGET IP字段匹配，因此将PC0的IP地址和MAC地址写入ARP Table。此外，PC2还将其IP地址和MAC地址分别作为SOURCE IP和SOURCE MAC字段写入ARP响应分组，并以单播方式进行传送。分别查看PC2的ARP Table和ARP响应分组的格式，对上述内容进行验证说明。
第五，点击Capture/Forward按钮，ARP响应分组到达交换机，查看交换机MAC Table变化情况。
第六，点击Capture/Forward按钮，ARP响应分组从交换机的接口1发送到PC0。提出以下问题：交换机为什么仅从端口1转发ARP响应分组?通过该问题可回顾交换机的工作原理。
第七，PC0收到ARP响应分组后，查看PC0的ARP Table，可以看出通过上述过程，PC0获得了PC3的IP地址所对应的MAC地址，并将其记录到ARP高速缓存中。接下来，简单分组(ICMP分组)可以正常传输了。
三 应用效果评估
为了对使用思科模拟器进行教学的效果与传统理论教学的效果进行对比分析，并且尽可能摒弃学生的差异性对教学效果造成的影响，在网际控制报文协议内容的讲解过程中，A班使用思科模拟器进行教学，B班使用传统理论教学的方式进行教学。在ARP协议内容的讲解过程中，B班使用思科模拟器进行教学，A班使用传统理论教学的方式进行教学。针对网际控制报文协议和ARP协议的内容，分别设置了10个题目，在A班和B班中分别选择50人对所设置题目进行解答，答题情况如下图3、图4所示。
网际控制报文协议的题目，A班比B班答题正确率高约17.1%;ARP协议的题目B班比A班答题正确率高约13.8%。基于以上两组数据，可以得出结论：使用思科模拟器进行计算机网络教学，可以加深同学们对相关知识点的理解，提高答题的正确率。
四 总结
基于思科网络模拟器在计算机网络教学中的实际探索及应用效果评估，我们发现思科模拟器在计算机网络教学中的进一步探究及推广具有重要的意义。首先，思科网络模拟器的使用能够避免网络教学过程中相关网络概念抽象、枯燥，通信设备功能及工作原理、网络通信协议等知识复杂难以理解的问题。利用思科网络模拟器进行网络教学，可以在教师机上模拟使用路由器、交换机、电脑等各种网络设备，构造网络拓扑，进行网络配置，把抽象、乏味的理论知识转化为直观的操作实验，使学生在观察教师操作的过程中完成对网络概念及相关协议的理解和掌握。其次，思科网络模拟器是开源软件，能够有效缓解部分院校实验设备经费紧张、设备不足的问题。学生可以方便地在网上下载该软件，利用课余时间进行相应的实验操作，这样既能加深对课堂知识的理解，也能培养学生的创新意识和操作技能。
为了进一步推广思科模拟器在计算机网络教学中的应用，下一步工作将把计算机网络中的相应知识点进行提取，为结合思科模拟器进行创新教学奠定基础，并研究相关的创新教学方法，撰写教学方案。
参考文献
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