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【摘 要】在高中网络基础教学过程中，由于经费、课时等多种因素限制，导致教学效果不理想。Packet Tracer软件可以通过一系列的模拟实验，让学生在实践中理解网络相关知识，并转化为自身技能。
【关键词】Packet Tracer;网络基础;模拟实验
【中图分类号】G434 【文献标识码】B
【论文编号】1671-7384（2021）06-080-03
《普通高中信息技术课程标准》中明确指出：学生应了解网络设备的功能，能通过网络命令查询网络及设备的工作状态、发现联网故障。计算机网络基础课程的理论性与实践性极强，既注重网络原理、体系结构的知识，又强调网络组建及维护等应用能力的培养[1]。近年来，随着教学条件的不断改善，不少高中在网络硬件方面加大了资金投入，然而硬件条件的提升却没有从根本上改变网络基础的教学现状，对于普通高中来说，还没有充足的实验设备和足够的时间供学生亲自操作。学生对网络相关知识的学习只流于表面，往往通过强记来处理相关知识，掌握的知识往往是零散的、不成体系的，更不能利用所学来解决实际的网络问题。
Packet Tracer简介
Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习网络课程的初学者设计网络、配置网络、排除网络故障提供了网络模拟环境。该软件采用了图形化的操作界面，可以通过拖拽创建网络模型，并且提供了数据包在网络中行进的详细处理过程[2]。
利用Packet Tracer进行网络基础教学的可行性分析
Packet Tracer作为一款模拟软件，应用于高中网络基础教学有以下优势。
简单易用。软件使用图形界面，操作简单易懂，无需掌握复杂的专业知识，只需简单的图标拖曳即可迅速搭建网络。
成本低廉。网络实验涉及的硬件极多，包括计算机、交换机、集线器、路由器等大量设备。这些设备往往价格昂贵，并且需要占用大量场地，经常进行维护、升级、更换。而Packet Tracer属于免费软件，相对而言成本几乎可以忽略不计。
安全性高。硬件设备操作有一定技术要求，误操作可能会损坏硬件，也有用电安全隐患。利用Packet Tracer模拟软件进行教学可以完美地回避上述问题。
模拟程度高。举例来说，想在Packet Tracer中为计算机添加一个网卡必须先将计算机断电才能操作。Packet Tracer极大程度地模拟了真实的软硬件，可以让学生仿佛在操作真实的硬件。其逼真的模拟环境可以让学生更加深刻地理解所学知识，将知识转化为相关技能。
教学效率高。对于一些复杂的知识点或实验，教师可以通过软件搭建的模型来进行教学;对于一些简单的知识点或实验，学生可以通过软件来巩固知识。
利用Packet Tracer进行仿真实验
1.双机互联
实验目的：验证IP地址与子网掩码之间的关系。
实验拓扑结构：本实验由一台PC机和一台服务器构成，通过交叉线进行连接。具体操作如下。
（1）单击左下角计算机图标（图1），在右侧弹出的界面中选择PC和Server拖动至操作界面。（2）单击左下角网线图标，选择交叉线连接计算机。（3）单击PC-PT机，在弹出的窗口中单击“Desktop”选项卡，打开“IP Configuration”，将IP设置为192.168.0.101，子网掩码设置为255.255.255.0。对Server-PT进行同样的操作，但IP设置为192.168.0.100。（4）单击PC-PT机，在弹出的窗口中单击“Command Prompt”，输入ping 192.168.0.100，显示如图2所示，通讯成功。（5）Server-PT的IP设置为192.168.1.100，然后继续在PC-PT上ping服务器，显示如图3所示，通讯不成功。
通過该实验，学生对IP地址与子网掩码的工作原理有了更加直观的了解：IP地址与子网掩码可以确定计算机所在的网络，两台计算机只有处于同一网络，才能够直接互相通讯。另外，可以点击PC-PT，在弹出窗口中选择“Web Browser”，在浏览器中输入http：//192.168.0.100后按“回车”键。可以通过打开网页的方式让学生有更加直观的感受。
2.多机互联
实验目的：验证集线器与交换机的工作原理及两者差异。
实验拓扑结构：本实验由两台PC、一台服务器、一个集线器和一个交换机构成。具体操作如下。
（1）与双机互联类似，拖动三台计算机到工作区。将服务器IP地址设置为192.168.0.100，子网掩码为255.255.255.0。将另外两台计算机IP地址设置为192.168.0.101和192.168.0.102，子网掩码均为255.255.255.0。（2）单击图1中的交换机等网络设备图标，拖动一个集线器HUB-PT和一个交换机2950-24备用。（3）用直通线将三台计算机连接到集线器上。参照“双机互联”实验中的步骤（4）和（5），利用ping命令测试三台计算机间是否连通。（4）用直通线将三台计算机连接到交换机上，等待网线与路由器的连接点处的指示灯由红变橙，最终变为绿色。参照“双机互联”实验中的步骤（4）和（5），利用ping命令测试三台计算机间是否连通。 通过实验学生可以深刻体会到无论是交换机还是集线器，它们都能将多台计算机连接起来，从而构成一个小的局域网，但两者之间的工作特性有着明显差异。最直观的感受是集线器网线连接后即可直接工作，而交换机需要等待一段时间。教师此时在软件右下方的“Simulation”模块中，通过实时监控将交换机和集线器的数据包发送流程展示给学生。将学生观测到的现象本质一一展示在学生面前，即集线器采用的传输技术是广播式，因而通电直接工作;交换机工作前需要做大量准备工作，以确保数据传送的高效，因而通电后需要等待一段时间。
3.跨网段互联
实验目的：验证网关的作用，感受网关的工作流程。
实验拓扑结构：本实验由三个2950T-24交换机和一个1841路由器以及若干台计算机构成。具体操作如下。
用两个交换机和若干台计算机构建两个不同的网段局域网。具体设置如表1所示。
（1）用直通线将交换机Switch0和Switch2分别连接到交换机Switch1上，等待所有指示灯变绿，然后用ping命令测试不同网络间的计算机是否连通。（2）将第三台交换机删除，换成1841路由器连接两个局域网。（3）单击1841路由器，在弹出的窗口中点击“Config”选项卡，然后点击“FastEthernet0/0”（连接Switch0的接口），在右侧详细列表中将“Port Status”复选框勾选，对IP进行配置，将IP设置为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0。对“FastEthernet0/1”（连接Switch2）进行类似配置，IP改为192.168.1.1。（4）打开每一台计算机的“IP Configuration”，在“Default Gateway”中填入本网络的网关地址。打开方式参见“双机互联”步骤（3），网关地址具体为：连接Switch0的计算机填入192.168.0.1，连接Switch2的计算机填入192.168.1.1。（5）用ping命令测试各计算机是否连通。
通过实验，学生可以了解计算机跨网段通讯的详细流程：假设计算机A向计算机B发送数据，A先将数据包发送给网关，由网关转发到对应的端口，最终计算机B收到数据包。而计算机B返回数据包依然要经过网关，流程和A发送至B类似。任何一个环节出错，计算机通讯都将出现问题。
利用Packet Tracer模拟平台进行教学，降低了学校的资金投入，打破了学生学习时间和空间上的限制，其效果直观，学生印象深刻，对学生了解IP的作用、IP的分类、子网掩码的工作原理、网关的作用及工作原理都有极大的帮助。不仅如此，教师可以在深度与广度上进一步拓展，如继续添加DNS服务器、DHCP服务器、无线AP等设备，让网络更加完善。而且整个教学流程適合做成项目，该项目由若干个子项目构成，学生在教师的协助下，通过自主学习与协作学习，不断完成一项又一项的挑战，激发了学习兴趣，不仅掌握了知识，更提升了将知识转化为解决实际问题的能力。
【关键词】Packet Tracer;网络基础;模拟实验
【中图分类号】G434 【文献标识码】B
【论文编号】1671-7384（2021）06-080-03
《普通高中信息技术课程标准》中明确指出：学生应了解网络设备的功能，能通过网络命令查询网络及设备的工作状态、发现联网故障。计算机网络基础课程的理论性与实践性极强，既注重网络原理、体系结构的知识，又强调网络组建及维护等应用能力的培养[1]。近年来，随着教学条件的不断改善，不少高中在网络硬件方面加大了资金投入，然而硬件条件的提升却没有从根本上改变网络基础的教学现状，对于普通高中来说，还没有充足的实验设备和足够的时间供学生亲自操作。学生对网络相关知识的学习只流于表面，往往通过强记来处理相关知识，掌握的知识往往是零散的、不成体系的，更不能利用所学来解决实际的网络问题。
Packet Tracer简介
Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习网络课程的初学者设计网络、配置网络、排除网络故障提供了网络模拟环境。该软件采用了图形化的操作界面，可以通过拖拽创建网络模型，并且提供了数据包在网络中行进的详细处理过程[2]。
利用Packet Tracer进行网络基础教学的可行性分析
Packet Tracer作为一款模拟软件，应用于高中网络基础教学有以下优势。
简单易用。软件使用图形界面，操作简单易懂，无需掌握复杂的专业知识，只需简单的图标拖曳即可迅速搭建网络。
成本低廉。网络实验涉及的硬件极多，包括计算机、交换机、集线器、路由器等大量设备。这些设备往往价格昂贵，并且需要占用大量场地，经常进行维护、升级、更换。而Packet Tracer属于免费软件，相对而言成本几乎可以忽略不计。
安全性高。硬件设备操作有一定技术要求，误操作可能会损坏硬件，也有用电安全隐患。利用Packet Tracer模拟软件进行教学可以完美地回避上述问题。
模拟程度高。举例来说，想在Packet Tracer中为计算机添加一个网卡必须先将计算机断电才能操作。Packet Tracer极大程度地模拟了真实的软硬件，可以让学生仿佛在操作真实的硬件。其逼真的模拟环境可以让学生更加深刻地理解所学知识，将知识转化为相关技能。
教学效率高。对于一些复杂的知识点或实验，教师可以通过软件搭建的模型来进行教学;对于一些简单的知识点或实验，学生可以通过软件来巩固知识。
利用Packet Tracer进行仿真实验
1.双机互联
实验目的：验证IP地址与子网掩码之间的关系。
实验拓扑结构：本实验由一台PC机和一台服务器构成，通过交叉线进行连接。具体操作如下。
（1）单击左下角计算机图标（图1），在右侧弹出的界面中选择PC和Server拖动至操作界面。（2）单击左下角网线图标，选择交叉线连接计算机。（3）单击PC-PT机，在弹出的窗口中单击“Desktop”选项卡，打开“IP Configuration”，将IP设置为192.168.0.101，子网掩码设置为255.255.255.0。对Server-PT进行同样的操作，但IP设置为192.168.0.100。（4）单击PC-PT机，在弹出的窗口中单击“Command Prompt”，输入ping 192.168.0.100，显示如图2所示，通讯成功。（5）Server-PT的IP设置为192.168.1.100，然后继续在PC-PT上ping服务器，显示如图3所示，通讯不成功。
通過该实验，学生对IP地址与子网掩码的工作原理有了更加直观的了解：IP地址与子网掩码可以确定计算机所在的网络，两台计算机只有处于同一网络，才能够直接互相通讯。另外，可以点击PC-PT，在弹出窗口中选择“Web Browser”，在浏览器中输入http：//192.168.0.100后按“回车”键。可以通过打开网页的方式让学生有更加直观的感受。
2.多机互联
实验目的：验证集线器与交换机的工作原理及两者差异。
实验拓扑结构：本实验由两台PC、一台服务器、一个集线器和一个交换机构成。具体操作如下。
（1）与双机互联类似，拖动三台计算机到工作区。将服务器IP地址设置为192.168.0.100，子网掩码为255.255.255.0。将另外两台计算机IP地址设置为192.168.0.101和192.168.0.102，子网掩码均为255.255.255.0。（2）单击图1中的交换机等网络设备图标，拖动一个集线器HUB-PT和一个交换机2950-24备用。（3）用直通线将三台计算机连接到集线器上。参照“双机互联”实验中的步骤（4）和（5），利用ping命令测试三台计算机间是否连通。（4）用直通线将三台计算机连接到交换机上，等待网线与路由器的连接点处的指示灯由红变橙，最终变为绿色。参照“双机互联”实验中的步骤（4）和（5），利用ping命令测试三台计算机间是否连通。 通过实验学生可以深刻体会到无论是交换机还是集线器，它们都能将多台计算机连接起来，从而构成一个小的局域网，但两者之间的工作特性有着明显差异。最直观的感受是集线器网线连接后即可直接工作，而交换机需要等待一段时间。教师此时在软件右下方的“Simulation”模块中，通过实时监控将交换机和集线器的数据包发送流程展示给学生。将学生观测到的现象本质一一展示在学生面前，即集线器采用的传输技术是广播式，因而通电直接工作;交换机工作前需要做大量准备工作，以确保数据传送的高效，因而通电后需要等待一段时间。
3.跨网段互联
实验目的：验证网关的作用，感受网关的工作流程。
实验拓扑结构：本实验由三个2950T-24交换机和一个1841路由器以及若干台计算机构成。具体操作如下。
用两个交换机和若干台计算机构建两个不同的网段局域网。具体设置如表1所示。
（1）用直通线将交换机Switch0和Switch2分别连接到交换机Switch1上，等待所有指示灯变绿，然后用ping命令测试不同网络间的计算机是否连通。（2）将第三台交换机删除，换成1841路由器连接两个局域网。（3）单击1841路由器，在弹出的窗口中点击“Config”选项卡，然后点击“FastEthernet0/0”（连接Switch0的接口），在右侧详细列表中将“Port Status”复选框勾选，对IP进行配置，将IP设置为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0。对“FastEthernet0/1”（连接Switch2）进行类似配置，IP改为192.168.1.1。（4）打开每一台计算机的“IP Configuration”，在“Default Gateway”中填入本网络的网关地址。打开方式参见“双机互联”步骤（3），网关地址具体为：连接Switch0的计算机填入192.168.0.1，连接Switch2的计算机填入192.168.1.1。（5）用ping命令测试各计算机是否连通。
通过实验，学生可以了解计算机跨网段通讯的详细流程：假设计算机A向计算机B发送数据，A先将数据包发送给网关，由网关转发到对应的端口，最终计算机B收到数据包。而计算机B返回数据包依然要经过网关，流程和A发送至B类似。任何一个环节出错，计算机通讯都将出现问题。
利用Packet Tracer模拟平台进行教学，降低了学校的资金投入，打破了学生学习时间和空间上的限制，其效果直观，学生印象深刻，对学生了解IP的作用、IP的分类、子网掩码的工作原理、网关的作用及工作原理都有极大的帮助。不仅如此，教师可以在深度与广度上进一步拓展，如继续添加DNS服务器、DHCP服务器、无线AP等设备，让网络更加完善。而且整个教学流程適合做成项目，该项目由若干个子项目构成，学生在教师的协助下，通过自主学习与协作学习，不断完成一项又一项的挑战，激发了学习兴趣，不仅掌握了知识，更提升了将知识转化为解决实际问题的能力。