Packet Tracer在“计算机网络”课程教学中的应用研究
2021-04-20胡斌
胡 斌
(天津商业大学 信息工程学院,天津 300134)
0 引言
在“计算机网络”课程教学中,由于网络分层体系结构及其中的协议较为抽象,学生对于网络原理知识点的理解困难[1]。Cisco Packet Tracer网络模拟工具是由Cisco公司发布的网络辅助学习工具,除了提供搭建网络拓扑、对网络设备进行配置功能外,能采用动画方式表现网络协议过程和数据封装,这对学习者深入理解网络的工作原理和体系结构有很大帮助[2]。
1 网络教学案例描述
浏览器访问Web服务器网页的过程是一个典型的Web应用,将该应用作为教学案例。
图1是案例网络拓扑图,在该网络中,路由器R将两个局域网LAN1和LAN2互连。LAN1中包括一台终端PC0,一台DNS服务器和交换机1,LAN1连接到路由器R的Fa0/0端口;LAN2中有一台Web服务器和交换机2,LAN2连接到路由器R的Fa0/1端口。在DNS服务器中添加一条资源记录,将域名www.abc.com绑定IP地址192.1.2.2。
2 应用Packet Tracer分析教学案例
将Packet Tracer切换到Simulation(模拟)模式环境,仿真软件能以动画形式产生数据包,并且提供了查看数据包详细协议信息的功能,利用这一功能,可以帮助学生理解网络的分层体系结构、了解数据包的封装过程和各层协议首部的构成及其含义[3]。
打开教学案例的拓扑文件,切换到Simulation模式,在PC0的浏览器URL中输入www.abc.com/helloworld.html,单击Go按钮。在Simulation Panel中单击Auto Capture/Play按钮进行捕获,当捕获结束时,整个案例的数据包将在事件列表展示。以下主要对PC0和两台服务器捕获的数据包进行分析,忽略交换机和路由器转发的数据包。
图1 案例网络拓扑图
2.1 分析PC0产生的DNS查询请求报文
由于PC0中设置了DNS服务器为192.1.1.2,因此当PC0浏览器请求www.abc.com/helloworld.html网页时,PC0将向DNS服务器发送一个DNS查询请求。
图2捕获的是PC0产生的DNS查询报文信息,在图2的OSI Model选项卡中,Out Layers(出站层)展示出了OSI的七层网络体系结构,按照自上层向下层的顺序,对该PDU的封装过程描述如下:最上层Layer7应用层使用DNS协议,生成DNS查询请求;Layer4是运输层,在该层使用UDP协议封装DNS查询请求,运输层使用目的端口号53和源端口号1025;Layer3是网络层,网络层使用IP协议,将上层的UDP封装在IP数据报中,其中源IP地址为PC0的IP地址(192.1.1.1),目的IP地址为DNS服务器的IP地址(192.1.1.2);Layer2是数据链路层,该层采用EthernetⅡ协议,将上层的IP数据报封装成一个帧;Layer1是物理层,物理层将将以太网帧以二进制比特流形式传递,二进制比特流转换为电信号在物理媒体中传送出去。
图2 PC0的DNS查询请求OSI Model选项卡
2.2 分析DNS服务器产生的DNS应答报文
DNS服务器收到PC0的查询请求后,在本地区域文件查找,将www.abc.com对应的IP地址192.1.2.1放入DNS应答报文,发送给PC0。
2.3 分析PC0与Web服务器建立TCP连接过程
TCP连接建立阶段需要3次握手,过程如下。
第一次握手:PC0向Web服务器发送一个TCP同步(SYN)报文段,记录该报文段中的sequence number(序号)、ACK number(确认号)字段的值。
第二次握手:Web服务器端口80收到PC0发来的TCP同步报文段,Web服务器向PC0发送一个TCP的同步确认(SYN+ACK)报文段。
第三次握手:PC0收到Web服务器发来的TCP同步确认报文段, PC0向Web服务器发送一个TCP确认报文段。Web服务器收到PC发来的TCP确认报文段,同意接收PC的连接请求,连接建立。
2.4 分析PC0浏览器发出的HTTP请求报文
PC0的浏览器产生HTTP请求信息,图3捕获的是PC0产生的HTTP请求信息。在图3的OSI Model选项卡中,Out Layers的最上层Layer7应用层使用HTTP协议,生成HTTP请求报文;Layer4运输层使用TCP协议封装HTTP请求报文,运输层使用目的端口号80和源端口号1029;Layer3网络层使用IP协议,将上层的TCP封装在IP数据报中,其中源IP地址为PC0的IP地址(192.1.1.1),目的IP地址为WEB服务器的IP地址(192.1.2.2);Layer2和Layer1与前面的描述相似。HTTP请求报文的内容包括了请求行、请求首部等组成。
图3 PC0的HTTP请求OSI Model选项卡
2.5 分析Web服务器发出的HTTP响应报文
Web服务器收到请求报文后,对其进行解析并查找服务器中的网页,找到网页后将其副本写到HTTP响应报文中,回发给PC0。HTTP响应报文的内容包括了状态行、响应首部、响应数据等组成。
2.6 浏览器显示网页
PC0收到Web服务器发来的HTTP响应报文,在浏览器中将收到的helloworld.html网页进行显示。其后PC0浏览器与Web服务器进入释放TCP连接过程,完成整个Web应用案例演示。
3 结语
以Internet为代表的计算机网络是一个非常庞大的系统,涉及众多复杂的网络协议和算法,通过在教学中引入Packet Tracer虚拟仿真工具,使复杂抽象的网络概念、网络协议的学习和教学变得形象生动,直观地展示了各层协议的封装信息,这种理论联系实际的教学方法起到了很好的教学效果。