基于Packet Tracer仿真技术的校园网构建技术研究
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摘要：基于packet tracer仿真技术，分析了构建某高校校园网的关键技术，给出了较详细的设计细节及网络设备功能实现的配置命令，实现了基本功能的校园网络。同时也展示了Packet Tracer软件的高度仿真性，引入到教学中，能够开拓学生的创新思维，激发学生的学习积极性。
关键词: Packet Tracer；交换机;；校园网；Vlan
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2746-04
The Campus Network Construction Technology Research Based on Packet Tracer Simulation Technology
GUO Ya1,LI Si-lan2
(1.Zengcheng College of South China Normal University, Guangzhou 511363, China; 2.Huizhou City Scitechnical Vocational Technical School, Huizhou 516001, China)
Abstract：Based on the Packet Tracer simulation technology, analysed compose to build a campus network key technologies, gives a de tailed design details and network equipment to realize the function of configuration command, to achieve the basic functions of the campus network. At the same time also showed the Packet Tracer software of high emulation, introduced into the teaching, to develop students’ in novative thinking, arouse the enthusiasm of students.
Key words：Packet Tracer; switch; campus network; Vlan
随着网络在全球迅猛发展，网络技术人才需求量在不断增加。虽然现在不少高校都开设有计算机网络课程，但投入资金少，购置交换机、路由器等网络设备还不能满足学生的需求，学生实际操作机会少。这就使得学生在学习理论知识时感觉抽象难懂。为了解决这个教学难题，许高校都引入网络模拟仿真软件来辅助教学。Cisco公司的Packet Tracer是众多仿真软件中的一种，因其图符化的操作界面及配置上的高仿真性被普遍采用。通过Packet Tracer仿真技术，建立一个仿真的实验环境，这样就无须考虑网络设备及其连接的问题，因为这些设备都是“虚拟的”，一旦连接好就不可能发生在真实实验环境中可能发生的硬件故障，这在一定程度上可以减少实验投资成本，提高学生学习效率、动手能力和创造能力。
Packet Tracer是由Cisco公司针对CCNA和CCNP认证考试开发的一个用来设计、配置和排除网络故障的模拟软件。利用该软件，学习者可以重复再现网络运行的参数代码，帮助学习者有效地学习网络协议、分析网络性能，更加深入地理解网络中的复杂行为。对于组建校园网，Packet Tracer也能够进行非常逼真的模拟。
1基于Packet Tracer仿真技术的校园网构建关键技术
校园网的核心设备是带路由功能的三层交换机，与核心设备相连接是路由器和汇聚交换机，汇聚交换机下面是接入层交换机。核心层的主要目的在于通过高速转发通信，提供优化，可靠的骨干传输结构。核心层与汇聚层是用冗余链路互连，这样才能保证数据传输的可靠性。图1是某高校校园网的拓扑结构图，其中网络中心核心交换机为核心层三层交换机，电脑室中心机房、教学楼、教师宿舍和学生宿舍均为汇聚层三层交换机，接入层为4台普通2层交换机。在规划中将按端口划分Vlan，例如：电脑室中心机房划分Vlan10，将端口1划入到Vlan10，剩下的端口根据实际需要划分。同样的道理，教学楼划分Vlan20、教师宿舍划分Vlan30和学生宿舍划分Vlan40。当然也可以根据实际情况需要进行扩展，在进行IP地址规划时将一个网段划分一个Vlan。如电脑室中心机房为192.188.10.0/24，教学楼为192.188.20.0/24，教师宿舍为192.188.30.0/24，学生宿舍为192.188.40.0/24等等。
1.1配置交换机的VLAN
VLAN相当于OSI参考模型的第二层的广播域，能够将广播风暴控制在一个VLAN内部，划分VLAN后，由于广播域的缩小，网络中广播包消耗带宽所占的比例大大降低，网络的性能得到显著的提高。另外，VLAN具有灵活性和可扩张性等特点，方便于网络维护和管理，在局域网中有效利用虚拟局域网技术能够提高网络运行效率。
1.2配置OSPF动态路由协议
核心层和汇聚层都划分Vlan，要让它们互通，就需要配置动态路由协议，而OSPF动态路由协议比RIP动态路由协议更好。RIP的缺点：每台路由器只能从邻居了解路由信息，很容易产生环路。学习和维护路由表的数据包会占用一定链路带宽和路由器资源。OSPF路由协议：每台路由器在接口启动一个进程，通过路由器之间同步一些参数，使每台路由器能够自己运算出网络拓扑，从而做出最佳选路。相当于每台路由器都有一张网络的地图。优点：不会产生环路，在大型网络中收敛速度比其他的协议快，自动学习和维护路由表。
1.3配置路由器的NAT
校内的电脑要访问外网，就需要通过路由器转发出去，通常采用NAT方式把内部地址映射到一个外部网络IP地址的不同端口上，即端口多路复用、NAT过载(overload)。采用端口多路复用方式，内部网络的所有主机共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，可以最大限度地节约IP地址资源，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自Internet的攻击。
2基于Packet Tracer仿真技术的校园网实现
2.1网络互联设备的选型
在Packet Tracer模拟软件中提供多种型号的网络设备，在组建校园网中，链接外网的路由器选择Cisco Router 2811，电信局的路由器同样为Cisco Router 2811，汇聚层和核心层交换机选择Cisco 3560三层交换机，接人层交换机选择Cisco 2960普通二层交换机。整个网络拓扑图如图1所示。
2.2配置汇聚层交换机
汇聚层交换机的配置以电脑室中心机房交换为例，其他汇聚层交换机就不细讲了，配置如下：
Switch#vlan database//进入vlan配置模式。
Switch(vlan)#vlan 10 name vlan10//创建vlan l0并命名为vlanl0。
Switch(vlan)#vlan 51 name vlan51//创建vlan 51并命名为vlan51。
Switch(vlan)#exit
Switch#config terminal//进入全局配置模式。
Switch(config)#int vlan 10//进人vlan l0接口模式。
Switch(config-if)#ip address 192.188.10.254 255.255.255.0 //配置vlan l0接口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#int vlan 51//进人vlan 5l接口模式。
Switch(config-if)#ip address 192.202.51.2 255.255.255.252 //配置vlan 5l接口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int f0/1//进入1号端口。
Switch(config-if)#switchport access vlan 10//把1号端口分配给vlan 10。
Switch(config-if)#int f0/24//进入24号端口。
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q//把端口封装类型改成dotlq。
Switch(config-if)#switchport mode trunk//把端口配置成Trunk模式。
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#router ospf 400//配置动态路由协议OSPF。
Switch(config-router)#network 192.188.10.0 0.0.0.255 area 0
Switch(config-router)#network 192.202.51.0 0.0.0.3 area 0
2.3配置核心层交换机
Switch#vlan database//进入vlan配置模式。
Switch(vlan)#vlan 51 name vlan51//创建vlan 51并命名为vlan51。
Switch(vlan)#vlan 52 name vlan52//创建vlan 52并命名为vlan52。
Switch(vlan)#vlan 53 name vlan53//创建vlan 53并命名为vlan53。
Switch(vlan)#vlan 54 name vlan54//创建vlan 54并命名为vlan54。
Switch(vlan)#exit
Switch#config terminal//进入全局配置模式。
Switch(config-if)#int vlan 51//进人vlan 5l接口模式。
Switch(config-if)#ip address 192.202.51.1 255.255.255.252 //配置vlan 5l接口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#int vlan 52//进人vlan 52接口模式。
Switch(config-if)#ip address 192.203.52.1 255.255.255.252 //配置vlan 52接口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#int vlan 53//进人vlan 53接口模式。
Switch(config-if)#ip address 192.204.53.1 255.255.255.252 //配置vlan 53接口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#int vlan 54//进人vlan 54接口模式。
Switch(config-if)#ip address 192.205.54.1 255.255.255.252//配置vlan 54接口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int range f0/2-5//进入2—5号端口。
Switch(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q //把端口封装类型改成dotlq。
Switch(config-if-range)#switchport mode trunk//把端口配置成Trunk模式。
Switch(config-if-range)#exit
Switch(config)#int f0/1//进入1号端口。
Switch(config-if)#no switchport//关闭交换机1号端口的二层功能。
Switch(config-if)#ip address 210.39.240.2 255.255.255.252 //配置f0/1端口IP地址。
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#router ospf 400//配置动态路由协议OSPF。
Switch(config-router)#network 192.202.51.0 0.0.0.3 area 0
Switch(config-router)#network 192.203.52.0 0.0.0.3 area 0
Switch(config-router)#network 192.204.53.0 0.0.0.3 area 0
Switch(config-router)#network 192.205.54.0 0.0.0.3 area 0
Switch(config-router)#network 210.39.240.0 0.0.0.3 area 0
2.4配置路由器
校内路由器的配置如下：
Router#config t//进入全局配置模式。
Router(config)#int f0/0//进入f0/0端口。
Router(config-if)#ip address 61.144.78.1 255.255.255.252//配置f0/0端口IP地址。
Router(config-if)#ip nat outside//将f0/0设置成外网口。
Router(config-if)#no shut
Router(config-if)#exit
Router(config)#access-list 5 permit any//设置访问列表允许所有的访问。
Router(config)#ip nat inside source list 5 interface f0/0 overload //配置网络地址转换将内网地址转换成路由器f0/0端口地址加端口号出去。
Router(config)#int f0/1//进入f0/1端口。
Router(config-if)#ip address 210.39.240.1 255.255.255.252//配置f0/1端口IP地址。
Router(config-if)#ip nat inside//将f0/1设置成内网口。
Router(config-if)#no shut
Router(config-if)#exit
Router(config)#ip route 0.0.0.0.0 0.0.0.0 61.144.78.2//配置路由器的默认路由。
Router(config)#router ospf 400//配置动态路由协议OSPF。
Router(config-router)#network 210.39.240.0 0.0.0.3 area 0
Router(config-router)#network 61.144.78.0 0.0.0.3 area 0
电信路由器的配置如下：
Router(config)#int f0/0//进入f0/0端口。
Router(config-if)#ip address 61.144.78.2 255.255.255.252//配置f0/0端口IP地址。
Router(config-if)#no shut
Router(config)#int f0/1//进入f0/1端口。
Router(config-if)#ip address 220.188.115.1 255.255.255.252//配置f0/1端口IP地址。
Router(config-if)#no shut
Router(config-if)#exit
Router(config)#router ospf 400//配置动态路由协议OSPF。
Router(config-router)#network 220.188.115.0 0.0.0.3 area 0
Router(config-router)#network 61.144.78.0 0.0.0.3 area 0
2.5测试结果
把Web server服务器的IP地址设置为220.188.115.2，网关地址设置为220.188.115.1，PC机设置好IP地址和网关，基于Packet Tracer仿真技术组建的校园网就完成了。用内网的任何一台PC机ping外网的Web服务器的IP地址，结果如下：
PC>ping 220.188.115.2
Pinging 220.188.115.2 with 32 bytes of data:
Reply from 220.188.115.2: bytes=32 time=141ms TTL=124
Reply from 220.188.115.2: bytes=32 time=172ms TTL=124
Reply from 220.188.115.2: bytes=32 time=172ms TTL=124
Reply from 220.188.115.2: bytes=32 time=156ms TTL=124
从结果可以看出，上面的网络配置没有问题，只要外网的Web服务器配置好，内网中任何1台PC机均能够访问Web服务器上的网页。
3结束语
上述校园网组建已具备基本功能，对组建真实的校园网有较高指导意义，但不代表是实际组网的真实方案，比如在布线、核心交换机、认证、防火墙等方面，要求都很高。通过Packet Tracer仿真技术构建网络，解决了高校教学中缺少真实设备的问题，让学生把所学理论知识应用到实践中，提高了学习兴趣和效率。
参考文献：
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