多平台下网络实验教学设计与实现

摘要摘要：将Wireshark、Packet Tracer、VMware等平台引入到计算机网络实验中，提出了一种多平台下网络实验教学体系。针对网络基础实验、网络设备配置实验、网络协议实验等3类实验，精心设计和实施了实验项目。实施结果表明，该实验教学设计提高了学生的操作技能和设计开发能力，提升了网络实验教学效果。

关键词关键词：计算机网络；多平台；网络实验；教学设计

DOIDOI：10.11907/rjdk.171152

中图分类号：G434

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）005022204

0引言

实验教学是计算机网络课程教学的重要内容，是提高学生操作技能和开发设计能力的重要环节，设计符合网络实验教学目标的实验项目尤为重要[13]。目前，虽然引入到计算机网络实验中的软件或平台很多，但能够形成较为完整的网络教学体系并不多见[45]。本文将国内外一些知名企业、高校和学术机构开发的实验平台引入到教学中，形成了较为完整的教学体系，可为计算机网络实验教学提供参考。

1平台简介

1.1Wireshark

Wireshark是学者经常使用的一款免费开源的网络封包分析软件，其使用WinPCAP作为接口，直接与网卡进行数据报文交换，并能支持Windows和UNIX多种平台。主要功能是实时撷取网络封包，尽可能将包中详细信息显示出来。可通过多种方式查找或过滤数据包，还可进行多种统计分析。对于分层的计算机网络体系结构，此款软件应用效果很好[68]。

1.2Cisco Packet Tracer

Packet Tracer是由思科公司开发的一款功能强大的网络仿真软件。学习者可以在友好的软件图形用户界面上直接拖曳路由器、交换机等虚拟网络设备，搭建各种类型的网络拓扑，可以像使用真实设备一样对各种模拟设备进行配置，还可以通过数据包跟踪等方式对网络连通性进行测试，以验证设备配置的正确性 [910]。Packet Tracer提供了免费、灵活、高效的网络实验环境，已成为学习或训练最常用的一种工具，见图1。

1.3VMware

VMware是威睿公司开发的一款功能强大的虚拟PC软件，可以提供虚拟机功能。每台虚拟机具有CMOS、内存、磁盘和操作系统，用户可以像使用真实PC一样对其进行操作[11]。在此平台下可以安装不同的操作系统，部署或搭建不同的服务器，从而形成虚拟局域网。

1.4协议编辑器

Wireshark仅能监视网络，不能处理网络事务，因而不能像协议编辑器一样发送和修改网络包或做其它交互性工作。吉林中软吉大信息有限公司开发的协议编辑器，可以根據实验的不同进行不同操作，将数据包发送到网络上，以便利用协议分析器捕获和解析。此平台可以编辑不同协议的数据包进行发送，也可以自定义编辑协议脚本进行应用，还可以利用其触发器设置触发条件，自动触发数据包，完成交互[12]。

1.5CMD

命令提示符（CMD）是Windows系统中的命令工作提示符，是一个32位的命令行程序，命令行程序为cmd.exe，类似于微软的DOS操作系统。在此平台下可以输入相关命令对计算机、网络设备等进行管理操作。

2多平台下网络实验教学体系

网络实验课程的目标不仅要培养学生诊断网络故障、管理和配置网络设备的能力，还要培养学生理论联系实际，发挥创新思维，具备网络设备开发和设计的能力。因此，在多平台下实验项目设计中，要考虑3个原则[13]：①实用性。实验项目要贴近网络实际应用，紧跟网络技术发展方向；②开拓性。实验项目内容应从计算机网络原理出发，提高理解能力，培养创新能力和创新意识，为今后学习和工作奠定基础；③层次性。实验项目设计应遵循由简单到复杂的规律，结合各平台优点，精心设计实验项目，建立多层次、立体化和多样性的实验教学体系。

网络实验包含网络基础实验、网络设备配置实验、网络协议实验3大类。本文精心设计实验项目，将Wireshark、Packet Tracer VMware协议编辑器、CMD等引入到网络实验教学中，构建多平台下网络实验教学体系，如表1所示。

3设计与实现

3.1网络基础实验

在多平台下网络实验教学体系中，网络基础实验主要有制作双绞线、常用网络命令、安装网络打印机等，平台主要有硬件平台和CMD。在Windows系统下常用网络命令一般包括9个，其功能如表2所示。下面以常用网络命令实验中Tracert命令为例，说明CMD在网络实验教学中应用。

Tracert命令使用字段ICMP错误消息和IP生存时间（TTL）来确定从一个主机到网络上其它主机的路由[14]。其功能主要是追踪本机到目标主机的路由器线路，发现故障路由设备或网关，判断发生故障的区段，从而确定故障位置，以便排除故障。跟踪数据包从本地机到达.cn所经过的路径，结果如图1所示。

从测试结果可以看出，从本机到达目标主机经过了11个路由器，虽然在第9个路由器出现了“请求超时”，表示没有ICMP回复，但是目标主机是可达的，说明此路由器可能设置了不允许Ping或其它情况。可见在CMD下通过测试各种网络命令，可以让学生更好地运用网络命令诊断网络。

3.2网络设备配置实验

目前网络设备种类繁多，按照OSI七层参考模型，各网络设备对应的层次如表3所示。下面以交换机和路由器的基本配置实验为例，说明Packet Tracer在网络实验教学中的应用。

交换机与路由器配置成功后，再给滨江主机配置IP地址：192.168.0.2，子网掩码：255.255.255.0，网关：192.168.0.1；临安主机配置IP地址：192.168.1.2，子网掩码：255.255.255.0，网关：192.168.1.1，如图2所示。

最后在滨江主机上通过Ping命令测试与临安主机的连接情况，结果如图3所示，说明滨江主机与临安主机是连通的。

3.3网络协议实验

在OSI参考模型下，各层次都有不同的协议，按照传统的理论教学学生很难掌握。在多平台网络实验教学体系中，结合各平台优点，设计了VMware平台下的HTTP、FTP和STMP等应用层协议实验，以及在Wireshark、协议编辑器等平台下结合TCP、UDP、IP等网络协议实验。下面以传输控制协议TCP实验为例，说明相关平台在网络实验教学中应用。

传输控制协议TCP实验要求学生掌握TCP协议的报文格式，以及建立和释放过程。本实验将主机A和B作为一组，主机B启动Wireshark捕获数据，并设置过滤条件（提取TCP协议）。主机B在CMD下输入netstatan命令，查看主机B的TCP端口号，可知139端口处在打开状态。主机A启动TCP工具连接主机B的139端口，链接成功后查看主机B捕获的数据，共捕获3个报文。对报文的关键字段进行统计，结果如表5中的报文1～3。主机A断开与主机B的TCP连接，主机B再捕获3个报文，结果如表5中的报文4～ 6。Wireshark捕获的6个TCP报文如图4所示。

4结语

网络实验教学在计算机网络课程教学过程中非常重要。本文将Wireshark、Packet Tracer、VMware、网络编辑器和CMD等不同的网络实验平台引入到网络实验中，按照实用性、开拓性、层次性原则设计出不同类型的实验项目。实施结果表明，对于理论与实践结合紧密的课程，本文方法调动了学生的学习积极性，加深了对理论知识的理解和掌握，提高了操作技能和设计开发能力。

图5TCP的三次握手建立连接和三次握手释放连接过程

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责任编辑（责任编辑：杜能钢）

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