仿真軟件在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

仿真軟件在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

李巍摘

要：“計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”是高校計算機網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，是一門理論知識覆蓋面廣、實踐性強、理論與實踐緊密結(jié)合的課程。在教學(xué)中，讓學(xué)生理解并掌握網(wǎng)絡(luò)基本知識，培養(yǎng)基本的技能和知識應(yīng)用能力是非常重要的。文章介紹了仿真軟件eNSP在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用，通過使用仿真軟件搭建實驗教學(xué)平臺，開展網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)，使學(xué)生能比較直觀地理解網(wǎng)絡(luò)概念，掌握基本的操作技能，獲取計算機網(wǎng)絡(luò)組建、管理、維護的使用經(jīng)驗，取得了比較好的教學(xué)效果關(guān)鍵詞：仿真軟件;企業(yè)住址網(wǎng)絡(luò)平臺;計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué);企業(yè)網(wǎng)絡(luò)組建隨著高校計算機類課程改革的逐步深入，社會在原有計算機網(wǎng)絡(luò)的課程基礎(chǔ)上提出了更高的要求。計算機網(wǎng)絡(luò)課程是一門理論知識覆蓋面廣、實踐性強、與實踐緊密結(jié)合的課程。在傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中較多的強調(diào)對網(wǎng)絡(luò)理論知識的理解和掌握，對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、管理、運維的實踐性技能操作要求不高，計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的同學(xué)雖然學(xué)了不少網(wǎng)絡(luò)課程，但在遇到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、管理、運維等實際操作問題時，往往一籌莫展，在新的計算機類課程改革中需要更加注重學(xué)生實際操作能力和知識應(yīng)用能力的培養(yǎng)。在計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的實驗課程學(xué)習(xí)中，不可避免的要遇到網(wǎng)絡(luò)組建、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試等教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生要動手參與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的調(diào)試和操作，使得學(xué)校需要投入大量資金建設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實驗室。即使如此，也難以達到讓每個學(xué)生都充分完成實驗的要求，并且網(wǎng)絡(luò)實驗室的管理也較為困難。采用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，可以讓學(xué)生在高仿真環(huán)境中學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理、調(diào)試以及網(wǎng)絡(luò)的組建、維護等實驗，讓每位學(xué)生都可以充分完成各種復(fù)雜實驗，大大降低了網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備的投入和網(wǎng)絡(luò)實驗室管理難度，提高了課堂教學(xué)的效果[1]。1

常見的仿真軟件介紹1.1

Packet

TracerPacketTracer是由Cisco公司開發(fā)的一個網(wǎng)絡(luò)輔助學(xué)習(xí)工具，可以為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)初學(xué)者提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、配置、排除網(wǎng)絡(luò)故障的仿真環(huán)境。使用者可以在圖形化的界面上直接建立實驗網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，鍛煉故障排查能力，了解數(shù)據(jù)包在傳輸中的處理過程。目前最新的版本是PacketTracer7.0，支持VPN，AAA認(rèn)證、防火墻配置等高級配置[2]。1.2

eNSP企業(yè)仿真網(wǎng)絡(luò)平臺（enterpriseNetworkSimulationPlatform，eNSP）是由華為公司提供的一款免費的網(wǎng)絡(luò)模擬工具平臺，主要對華為網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機、防火墻、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行軟件仿真，可以實現(xiàn)對真實網(wǎng)絡(luò)場景的仿真和模擬，使眾多華為數(shù)通技術(shù)的初學(xué)者有機會在沒有真實設(shè)備的情況下能夠模擬演練，學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。此外，該軟件自帶豐富的使用教程，通過該軟件可完成華為網(wǎng)絡(luò)工程師初級（HCNA）、中級（HCNP）、高級（HCIE）的絕大部分實驗，是國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的佼佼者。1.3

GNS3GNS3是一款具有圖形化界面可以運行在多平臺（包括Windows，Linux，MacOS等）的開源網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)初學(xué)者或是想要通過CCNA，CCNP，CCIE等Cisco認(rèn)證考試的人員可以據(jù)此完成相關(guān)的實驗?zāi)M操作。同時也可以用于學(xué)習(xí)Cisco網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)iOS的基本使用或者是驗證將要在真實網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上部署實施的相關(guān)配置。2

使用仿真軟件進行計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實踐2.1

實驗課程設(shè)計2.1.1

實驗項目背景某學(xué)院新校區(qū)有一棟辦公圖書樓、實訓(xùn)樓和教學(xué)樓，假設(shè)各建筑物內(nèi)局域網(wǎng)已建成，現(xiàn)要將各樓宇局域網(wǎng)互聯(lián)，建設(shè)成高可靠性的校園網(wǎng)。校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下所示。其中兩臺S5700名稱為S1和S2用于校園網(wǎng)核心交換機，兩臺S3700名稱為SW3和SW4，用于接入用戶網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)邊緣采用一臺AR1200C路由器。在兩臺核心交換機與路由器之間運行OSPF路由協(xié)議，路由器R1與防火墻之間采用靜態(tài)路由互連。防火墻采用USG6330，防火墻使用NAT完成內(nèi)網(wǎng)的地址轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)用戶對Internet（由模擬器中的另一臺路由器仿真）的訪問。該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，為增強網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、健壯性，在網(wǎng)絡(luò)核心層采用了增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的冗余方法，采用雙核心交換結(jié)構(gòu)，兩臺核心交換機之間采用鏈路聚合，為網(wǎng)絡(luò)的核心增加了可用性。為防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)二層環(huán)路，在SW1，SW2，SW3，SW4之間采用了多生成樹協(xié)議（MultipleSpanningTreesProtocol，MSTP），配置MST域并創(chuàng)建多實例，配置VLAN10，VLAN20映射到instance1;VLAN30，VLAN40映射到instance2，實現(xiàn)流量的負(fù)載分擔(dān)。在MST域內(nèi)，配置SW1為instance1的根橋，SW2為instance1的備份橋;配置SW2為instance2的根橋，SW1為instance2的備份橋。在SW1和SW2上創(chuàng)建VRRP備份組1和VRRP備份組2，在備份組1中，配置SW1為Master設(shè)備，SwitchB為Backup設(shè)備;在備份組2中，配置SwitchB為Master設(shè)備，SW1為Backup設(shè)備，實現(xiàn)流量的負(fù)載均衡。實驗拓?fù)淙鐖D1所示。2.1.2

實驗要求按網(wǎng)絡(luò)接入用戶所在的部門進行VLAN劃分和IP地址規(guī)劃。企業(yè)內(nèi)網(wǎng)VLAN及IP規(guī)劃如表1—2所示。根據(jù)拓?fù)鋱D命名交換機和路由器名稱，在模擬器中按要求連接設(shè)備，并正確配置路由器和交換機的接口IP。按表1—2的要求，在SW1和SW2中創(chuàng)建對應(yīng)VLAN并配置相應(yīng)的IP。配置完成SW1和SW2之間的鏈路聚合。在SW1，SW2，SW3，SW4上配置MSTP;region-name為huawei，配置VLAN1，VLAN10，VLAN20映射到instance1;VLAN30，VLAN40映射到instance2，實現(xiàn)流量的負(fù)載分擔(dān)。在MST域內(nèi)，配置SW1為instance1的根橋，SW2為instance1的備份橋;配置SW2為instance2的根橋，SW1為instance2的備份橋，實現(xiàn)二層的冗余與備份。使用VRRP實現(xiàn)各VLAN網(wǎng)關(guān)的冗余和和份，在SW1和SW2上創(chuàng)建VRRP備份組1、備份組2、備份組3、備份組4、備份組5（VRRP組虛擬IP地址見地址規(guī)劃表），在備份組1，2，3中，配置SW1為Master設(shè)備，SW2為Backup設(shè)備;在備份組4，5中，配置SW2為Master設(shè)備，SW1為Backup設(shè)備，實現(xiàn)流量的負(fù)載均衡。核心設(shè)備啟用OSPF協(xié)議，實現(xiàn)IP路由互聯(lián)互通。在R1中配默認(rèn)路由指向Firewall，并通過OSPF向SW1，SW2通告該默認(rèn)路由，在Firewall配置靜態(tài)路由將內(nèi)網(wǎng)地址（將內(nèi)網(wǎng)地址聚類為1條路由）指向R1。在Firewall中創(chuàng)建untrust區(qū)域和trunst區(qū)域;GE0/0/0口劃分到trust區(qū)域，Get0/0/1劃分到untrust區(qū)域。配置trust到untrust的NAT訪問策略，NAT轉(zhuǎn)換使用Firewall外網(wǎng)接口IP，實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)用戶到外部網(wǎng)絡(luò)（由仿真軟件中的路由器模擬）的訪問。2.2

仿真結(jié)果驗證2.2.1

實驗內(nèi)容和步驟接入交換機的VLAN配置，以SW3交換機為例：[SW3]vlanbatch10203040[SW3]interfacevlan1[SW3-Vlanif1]ipaddress192.168.254.324[SW3]interfacegi1/0/1[SW3-GigabitEthernet0/0/1]portlink-typetrunk[SW3-GigabitEthernet0/0/1]porttrunkallowpassvlan10，20，30，40[SW3]interfacegi1/0/2[SW3-GigabitEthernet0/0/2]portlink-typetrunk[SW3-GigabitEthernet0/0/1]porttrunkallowpassvlan10，20，30，40[SW3]interfaceEthernet0/0/1[SW3--Ethernet0/0/1]portlink-typeaccess[SW3--Ethernet0/0/1]portdefaultvlan102.2.2

三層交換機配置以SW1為例：[SW1]vlanbatch10203040[SW1]interfaceeth-trunk1[SW1--Eth-Trunk1]trunkportgigabitethernet0/0/1to0/0/3//在交換機SW1與SW2之間創(chuàng)建聚合鏈路eth-trunk1[SW1]interfaceEth-Trunk1[SW1--Eth-Trunk1]portlink-typetrunk[SW1--Eth-Trunk1]porttrunkallow-passvlan10203040//將聚合鏈路配置為Trunk，并允許相應(yīng)的VLAN中繼[SW1]stpregion-configuration[SW1-mst-region]region-namehuawei[SW1-mst-region]instance1vlan11020[SW1-mst-region]instance2vlan3040[SW1-mst-region]activeregion-configuration[SW1]stpinstance1rootprimary//配置SW1為instance1的主根橋[SW1]stpinstance2rootsecondary//配置SW1為instance2的備份根橋[SW1]interfacevlan1[SW1--Vlanif10]ipaddress192.168.254.25124[SW1--Vlanif10]vrrpvrrpvrid1virtual-ip192.168.254.254[SW1--Vlanif10]vrrpvrid1priority120[SW1]interfacevlan10[SW1--Vlanif10]ipaddress10.0.110.124[SW1--Vlanif10]vrrpvrrpvrid2virtual-ip10.0.110.254[SW1--Vlanif10]vrrpvrid2prio