计算机网络实验设计论文

摘要：计算机网络是核心基础课程，传统实体实验室需要使用双网卡计算机，对机房提出了特殊硬件需求，导致无法大规模推广。虚拟化实验兴起之后，虽然出现了采用PacketTracer和Virtualbox等虚拟仿真软件的替代方案，但此类软件无法真实模拟设备、搭建复杂拓扑。文章提出了一种基于云计算平台的虚拟化实验设计方案，以解决上述问题。今天小编为大家推荐《计算机网络实验设计论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

计算机网络实验设计论文 篇1：

基于Packet Tracer的计算机网络实验设计

摘  要 计算机网络实验教学是使学生理解计算机网络理论知识和掌握计算机网络操作的重要手段。面对计算机网络实验条件的限制，经过多年教学探索，完善基于Packet Tracer的计算机网络实验教学方法。应用效果表明，不仅扩大了实验开设范围，拓展了实验内容，而且促进学生课后积极主动学习，增强了学生解决问题的能力，提高了课程教学质量。

关键词 计算机网络;实验教学;仿真软件;Packet Tracer

Design of Experiment based on Packet Tracer for Computer Net-works//WU Dong， HONG Weiming， KONG Yiquan， SHI Yan， WANG

Xiaoye

Key words computer network; experiment teaching; simulation software; Packet Tracer

1 引言

隨着信息化在各行业的不断深入，计算机网络已然成为一项重要的信息基础设施，在当前的社会运转和发展中起着关键作用。为了满足社会对大学毕业生在计算机网络方面的能力需求，国内高校都将计算机网络课程定位为计算机科学与技术、软件工程、物联网等专业的基础课，也是电子信息工程、信息管理、电子商务等专业的必修课[1-3]。

计算机网络课程是一门具有较强实践性和应用性的课程，计算机网络实验教学对于加深学生对计算机网络理论知识的理解，训练学生从事网络科学研究工作的基本技能，培养学生分析和解决计算机网络应用问题的能力，起着十分重要的作用[4]。然而，计算机网络实验教学过于依赖实验设备的支撑，常常不利于学生开展网络实验。比如，虽然岭南师范学院网络实验室有24台路由器、12台二层交换机和12台三层交换机，但由于学生人数较多，也难以同时让每位学生单独使用设备完成实验任务。

为此，引入网络仿真软件开展模拟实验设计[5]，完善基于Packet Tracer仿真软件的计算机网络实验教学方法。在实验课前后，都可充分借助计算机网络仿真软件为学生提供虚拟网络环境，既能让学生直观观察计算机网络抽象的工作过程，也能模拟网络设备、网络组建及配置。这种仿真软件的使用，便于构建更多虚拟的实验教学环境，为实践教学的开展提供条件，大幅提高教学效率。

2 实验类型及案例设计

出于对计算机网络实验教学内容难易不同和学生能力水平高低不一的考虑，将计算机网络实验分为验证性和综合性两大类。

1）验证性实验，主要是让学生用来理解计算机网络各协议的工作原理，验证所学知识的正确性，包括各种路由（RIP、OSPF、BGP）配置、地址转换（静态、动态）配置、访问控制列表配置等。

2）综合性实验，目的在于让学生综合所学技术，完成仿真局域网组建、虚拟局域网配置、小规模网络系统组建等实践任务，侧重于训练学生分析问题、解决问题的能力。

在此，用两个案例来分别展示如何设计验证性实验和综合性实验。

Cisco VTP协议的使用

1）实验原理。VLAN中继协议（Vlan Trunk Protocol，

VTP）主要是用来简化网络中的VLAN管理，保持所有网络设备中VLAN的一致。VTP采用C/S模式，即网络中有VTP Server和VTP Client，规定只能在VTP Server管理网络中的VLAN。当VTP Server中的VLAN状态发生变化时，它主动将信息广播给网络中的VTP Client，触发VTP Client更新VLAN信息，达到全网VLAN信息一致的目的。另外，为了保证VLAN信息的安全，VTP还允许管理域中的交换机设置密码。只有密码正确，才能接收其他交换机的VLAN更新信息。这在一定程度上保障了网络中的VLAN安全。

2）实验要求。通过配置，在三台交换机上使用VTP协议来实现网络中VLAN的一致。要求只能在交换机3560上管理VLAN，其他两台交换机2960从交换机3560学习到整个网络的VLAN信息。

3）实验拓扑。本实验使用的网络拓扑如图1所示。

4）实验设备。一台三层3560交换机，两台二层2960交换机，六台PC。

5）实验内容。

①按照图1所示，在Packet Tracer软件中搭建实验用的网络。

②配置交换机Switch0为VTP Server，VTP域为VTP-test。把跟二层交换机相连的接口配置为Trunk模式。

③配置交换机Switch1和Switch2为VTP Client，VTP域为VTP-test。把跟Switch0相连的接口配置为Trunk模式。

④在交换机Switch0上创建Vlan10、Vlan20和Vlan30。

分别在三台交换机上查看Vlan信息，如果都有Vlan10、Vlan20和Vlan30，表示使用VTP协议创建VLAN成功。

⑤在交换机Switch0上删除Vlan10。分别在三台交换机上查看Vlan信息，如果Vlan10都被删除，表示使用VTP協议删除VLAN成功。

⑥配置各PC的IP地址，并将PC0、PC1、PC3划分到Vlan20，将PC2、PC4、PC5划分到Vlan30;测试PC1跟PC3是通的，但PC1跟PC2、PC4是不通的。若结果正确，说明使用VTP协议创建的VLAN能正常工作。

小型校园网的组建

1）实验原理。涉及IP地址规划、VLAN、路由、NAT、ACL等技术。

2）实验要求。要求使用交换机、路由器、服务器等设备完成小型校园网络的组建。另外，为了测试校园网的功能，还需配置一个简单的ISP网络。

3）实验拓扑。本实验使用的网络拓扑如图2所示。路由器Ra左侧的网络属于校园网部分，而路由器Rb右侧部分是ISP的网络。公网ISP的地址规划如表1所示。校园网共划分四个VLAN，其中VLAN40用于内部服务器，VLAN50用于外部服务器，它们的地址规划如表2所示。

4）实验设备。两台路由器，一台三层交换机，四台二层交换机2960，五台PC和五台服务器。

5）实验内容。

①按照图2所示，在Packet Tracer软件中搭建实验用的网络。

②使用VTP协议管理整个校园网的VLAN，将Multilayer

Switch1设定为VTP Server，其他交换机都是VTP Client，

VTP域为NET-test。将各个规定的端口分配到指定的VLAN（详细的端口分配见表2）。

③配置DHCP服务器，使VLAN20和VLAN30的PC机从VLAN40中的Inside dhcp server自动获得对应的IP地址。要求VLAN20的PC机获得192.168.20.0/24范围内的地址，而VLAN30的PC机获得192.168.30.0/24范围内的地址（注意，可分配的地址要去掉虚接口VLAN20和VLAN30使用的地址）。

④将三层交换机跟二层交换机之间的接口都设定为trunk模式。

⑤启用三层交换机Multilayer Switch1的路由功能，使得三层交换机能够为VLAN20、VLAN30、VLAN40的PC机转发数据。

⑥在三层交换机Multilayer Switch1配置ACL，让VLAN20、VLAN30、VLAN40的PC机不能跟VLAN50通信。

⑦在三层交换机Multilayer Switch1配置ACL，禁止VLAN20的PC机对VLAN40中的服务器Inside ftp server的访问。

⑧给三层交换机Multilayer Switch1的接口F0/24配置IP地址。

⑨给路由器Ra和Rb的接口配置IP地址。并且，Ra的S2/0接口配置clock rate为64000。

⑩在路由器Ra与路由器Rb的S2/0口封装PPP协议，并采用CHAP验证方式建立连接。

?在三层交换机Multilayer Switch1上配置一条默认路由，使得到达ISP的数据都发往路由器Ra的对应接口。

?在路由器Ra上配置一条默认路由，使得到达ISP的数据都发往路由器Rb的S2/0接口。

?在路由器Ra上配置NAT技术，使得VLAN20和VLAN30

的主机必须使用企业申请的公网地址108.1.1.1/30或108.

1.1.2/30来访问ISP的网络。

?在路由器Rb上配置静态路由，使得到达地址108.

1.1.1/30或108.1.1.2/30的数据都发往路由器Ra的S2/0接口。

?在路由器Ra上配置反向NAT（即地址映射）发布内网的outside web server（要求将outside web server

映射到地址108.1.1.1/30上），使得ISP的主机（172.16.

1.5/24）使用http：//108.1.1.1能够访问企业内部outside

web server的网站。

?完成上述所有任务后，请设计测试方案，验证所有配置是正确的。

3 结语

基于Packet Tracer仿真软件设计计算机网络课程的验证性和综合性实验内容，并要求学生在实验课前必须完成。实践结果表明，这样不仅有助于学生理解计算机网络的理论基础知识，还让学生熟悉了计算机网络技术的综合运用。另外，仿真软件解决了网络设备不足对做实验的影响，再加上强制性预习，也锻炼了学生自主学习与分析问题、解决问题的能力。

参考文献

[1]汪永伟，苏会芳，杨英杰，等.面向实践应用的计算机网络课程改革[J].中国教育技术装备，2016（18）：108-109.

[2]周国军.计算机网络课程实验教学改革探讨[J].计算机教育，2016（7）：45-48.

[3]李红，靳华中.物联网环境下计算机网络技术课程群教学改革与实践[J].计算机教育，2017（6）：109-113.

[4]刘群，郑竟力，李坚.计算机网络实验技能测试平台的建设[J].实验科学与技术，2015，13（4）：53-55，72.

[5]边胜琴，王洪泊，崔晓龙.NAT实验教学在Packet Tracer软件上的实现[J].实验科学与技术，2018，16（2）：116-120，145.

作者：吴东 洪伟铭 孔艺权 石艳 王晓晔

计算机网络实验设计论文 篇2：

基于云计算的计算机网络虚拟化实验设计

摘 要： 计算机网络是核心基础课程，传统实体实验室需要使用双网卡计算机，对机房提出了特殊硬件需求，导致无法大规模推广。虚拟化实验兴起之后，虽然出现了采用Packet Tracer和Virtualbox等虚拟仿真软件的替代方案，但此类软件无法真实模拟设备、搭建复杂拓扑。文章提出了一种基于云计算平台的虚拟化实验设计方案，以解决上述问题。

关键词： 云计算； 计算机网络； 虚拟化实验； NSX

Design of cloud computing based computer network virtual Lab

Chen Shengkai， Liu Jun

（Wenzhou University， College of Mathematics， Physics and Electronic Information Engineering， Wenzhou， Zhejiang 325035， China）

Key words： cloud computing； computer network； virtual lab； NSX

0 引言

在计算机专业课程体系中，《计算机网络基础》是一门核心课程，该课程包括DNS、DHCP服务等实验。在实践中，实体实验室使用具备双网卡的计算机。两位学生一组，利用与外网隔绝的独立内网进行知识点实验，同时利用外网进行提交实验报告等操作。该教学模型下的网络结构如图1所示。

使用实体网络实验室面临着一些普遍的难题。

⑴ 需要双网卡，普通单网卡计算机无法完成課程实验。

⑵ 对于实验室来说，集成网卡更方便维护。双网卡必须使用PCI接口网卡，该类网卡容易发生卡槽松动等现象，使计算机产生蓝屏，导致学生无法顺利完成实验项目。

⑶ 如果实体机发生故障，学生必须转移继续实验时，已完成的实验步骤无法保存。

基于上述问题，目前高校实验室正越来越多采用虚拟化技术来代替实体网络实验室。

1 虚拟化实验的现状与不足

通过调查文献发现，国内普遍采用如下两种计算机网络课程虚拟化方案。

1.1 采用仿真软件模拟

该类方案是在实体机上安装Packet Tracer仿真软件来进行实验教学。该软件是美国CISCO公司开发的虚拟仿真软件，它能够模拟真实的网络环境，在软件里完成所有计算机网络课程需要的实验，比如服务器配置（DHCP、DNS、WWW、FTP）等[1]。Packet Tracer 网络模拟器软件能够使学生对所研究的问题做出分析，为学生提供模拟、可视化、设计、制作及评估等功能，从而使学生能够深刻理解抽象的计算机网络理论[2]。在一定程度上解决了实体计算机网络实验所面临的问题。

该方案虽然能满足实验基本需求，但由于只是简单的命令行仿真，并不是基于真实的计算机映像。其支持的命令有限，实验操作跟实体机有所差别。

1.2 采用虚拟化软件

第二类方案是在实体机上安装Virtualbox等虚拟机软件，采用客户端虚拟化。基于实体机操作系统，直接运行两个虚拟机操作系统，组成内网。该模型结构如图2所示。

在该方案下，虽然能够模拟双网卡实体机，但仍存在一些缺点。

⑴ 由于所有虚拟机在一台实体机上，两个学生配合操作困难。不利于培养学生团队合作的精神，提升共同解决问题的能力。

⑵ 学生实验步骤进度无法在实体机故障时通过网络保存。

⑶ 对实体机CPU和内存的要求很高，导致无法增加虚拟机数量，模拟更复杂的网络拓扑结构。

基于上述问题，可以发现目前国内的一般计算机网络虚拟仿真实验方案并没有完全发挥出虚拟化实验的优势。

2 基于Vsphere和Vra云平台的虚拟化实验

本文提出了一种新的基于云计算平台的计算机网络虚拟化实验方案，完全解决了前述问题与不足。该方案采用云端虚拟化，在使用VMware Vsphere的云服务器集群中虚拟出每组实验机。学生通过实体机浏览器连接到云端虚拟机，完成实验。该类实验教学网络结构如图3所示。

该虚拟化方案具有如下优点：

⑴ 通过云平台提供的虚拟网卡、虚拟交换机技术，使所有虚拟机拥有两张虚拟网卡，以近似实体实验室的效果完成实验项目；

⑵ 基于云端的实验，使学生不再局限于固定的机房，可以随时随地练习，学习时长和效果得到了保证；

⑶ 由于采用了云端虚拟化架构，依托强大的服务器集群资源，教师可以通过增加每组虚拟机数量，设计复杂的拓扑结构，完成客户端虚拟化方案不能实现的实验。

云计算平台的实现有多种方式，通过对现有的云服务架构进行调研，我们采用VMware的Esxi服务器、Vsphere软件和Vrealize Automation实现了本方案中的云计算平台。相较于阿里云、亚马逊AWS等公有云，私有云平台能提供更好的隐私性，在校园内网中能为学生提供更高的带宽。并且VMware的Esxi云集群具有很好的稳定性，技术简单，适合高校实验室教学。

2.1 Esxi服务器与Vsphere

在服务器虚拟化市场领域，VMware推出了基于x86架构的代表性产品Vsphere。通过Vsphere可以对服务器的物理资源进行整合，统一管理，包括底层的CPU、内存等，然后分配给上层虚拟机使用。Esxi是Vsphere中的核心组件，作为虚拟化管理程序，负责服务器硬件的资源调度。VMware还提供了Vcenter，它可以作为一个中央的管理节点来控制和管理所有的Esxi服务器，是形成云计算平台的基础。

2.2 Vrealize Automation平台

Vrealize Automation，简称VRA，是一个基于Vsphere架构的IAAS平台，IT组织能够通过该平台实现云服务的编排与自提供。在本方案中，教师可以通过该平台在课前设计实验拓扑结构，学生可以在实验时通过该平台申请生成一组实现该拓扑的虚拟机。整个过程不需要实验技术人员的参与，保证了虚拟化平台的简单易用性。图4是实验拓扑的搭建界面，可以通过拖拉组件来实现拓扑的搭建。

3 SDN实现独立组网需求

计算机网络课程实验要求每组实验的客户机/服务器独立组网。以便在进行DHCP和DNS等实验时，不同组之间不会干扰。在实体机房中这是通过独立组网的网卡实现的，在本方案中，我们通过VMware的新一代SDN技术NSX，满足这一需求。

SDN是Software Defined Network的缩写，即软件定义网络。它是一种体系框架和设计理念。使用户可以通过软件和编程，实现网络拓扑的改变。NSX是VMware遵循SDN理念推出的网络虚拟化技术。NSX网络虚拟化包括Controller、Manager、Edge、虚拟交换机等多个组件。其中虚拟交换机能够按照网络实验的要求，构建隔离网络。图5是一组学生的实验界面，可以看到，每组设备由一台Linux虚拟服务器、一台Win7虚拟机和基于虚拟交换机的路由组件构成。

4 结束语

本文分析了传统计算机网络实体实验室所面临的问题和普通虚拟化实验方案的不足，提出一种新的云计算虚拟化实验设计。通过近几年的教学实践，本虚拟化方案在我校网络工程专业实验教学中取得了良好的效果。突破了原有实体实验室容量小、维护困难的问题。学生不仅在实验课上可以进行网络实验，还可以在寝室通过校园网，远程进行实验内容的预习和复习。真正利用虚拟化和云计算技术，极大的改善和提高了实验教学效果。

参考文献（References）：

[1] 朱晔.Cisco Packet Tracer模拟器应用型本科计算机网络教

学探索[J].软件导刊（教育技术），2017.12：27-29

[2] 李楠，孙凤茹，张华卫.基于Packet Tracer虚拟仿真软件的計

算机网络实验教学模式的探索[J].中国建材科技，2017.6：144-145

[3] 王莹.基于VirtualBox虚拟机构建虚拟网络环境[J].信息通

信，2018.1：124-125

[4] 唐灯平，朱艳琴，杨哲，曹国平，肖广娣.计算机网络管理仿真

平台防火墙实验设计[J].实验技术与管理，2015.4：156-160

[5] 范恂毅，张晓和.新一代SDN VMware NSX网络原理与实践[M].

人民邮电出版社，2016.

[6] 唐灯平，朱艳琴，杨哲，曹国平，肖广娣.计算机网络管理虚拟

仿真实验平台设计[J].实验室科学，2016.19（2）：76-80

[7] 唐灯平，朱艳琴，杨哲，曹国平，肖广娣.基于虚拟仿真的计算

机网络管理课程教学模式探索[J].计算机教育，2016.254（2）：142-146

[8] 李刚.基于NSX的高校数据中心网络虚拟化应用[J].网络安

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[9] 王淑娟.基于GNS3与VMware仿真虚拟网络实验室的研究[J].

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[10] 朱剑林，侯睿.虚拟仿真实验在计算机网络课程教学中的应

用[J].教育教学论坛，2016.17：224-225

作者：陈胜凯　刘军

计算机网络实验设计论文 篇3：

中职计算机网络技术课程实验设计分析

[摘要]计算机网络技术是中等职业技术学校计算机应用专业的核心课程，从课程实验设计方向出发，通过网络技术的项目式课程实验解决传统教育教学中中职计算机网络技术课程“课难上、学生难教”的问题。

[关键词]计算机网络;实验教学;实验室建设

[

计算机网络是中职院校计算机应用及计算机网络专业的核心课程，也是计算机应用专业教学标准中的核心课程，向上承接物联网，计算机科学与技术等高校专业向下能解决企业局域网连接打印、交换技术和路由配置等问题，在整个人才培养过程中起着至关重要的作用。

一、网络实验室设计

教育部对计算机网络技术课程教学标准的要求是了解计算机网络的类型、组成、应用等基础知识，熟悉网络工作原理、网络协议和网络规划相关知识，掌握简单局域网搭建及应用，网络设备的基础配置，网络服务器安装与调试等基本技能。

网络实验室是实验设计的根本，中职网络技术课程需要依托实验室完成教學，网络实验室的设计根据经费有两种设计方法。

（一）计算机专业机房

教育部在2014年计算机网络技术课程教学标准中提出计算机应用专业应配备计算机组装与维护实训室，通过软件模拟完成计算机网络基础教学。

在计算机组装与维护实训室机房中可部署各类网络模拟软件进行模拟教学，如Cisco Packet Tracer、GNS3等软件模拟实验环境，通过家用无线路由、交换机等设备进行教具讲解，完成实验。学生可完成网线制作，简单局域网的搭建和应用，基础交换路由技术的配置和管理，网络服务器安装和调试等基本技能，满足教学标准要求。

计算机专业机房的设计优点是投入成本低、无需购买专业路由及交换设备，以软件模拟为主，可以灵活地开展实验，可同时让所有学生完成实验。缺点是不具备真实网络环境，学生无法理解和建设真实环境下的物理拓扑，软件和真实物理连接有部分差别，不能直接在现实中使用。

（二）搭建网络技术实验室，采用真实设备，对接国家级技能大赛

在学校经济条件允许的情况下，可采用搭建网络技术实验室，采用真实设备的方法进行课程实验，以达到最佳的学习效果。

在网络技术实验室搭建设备选择上，按实际情况可对标省赛或国家级技能大赛，随着国家对职业教育的逐渐重视，全国职业院校技能大赛成为评价学校教学水平，评价学生能力水平的一项重要赛事。在网络技术实验室实训以赛促学，所有课堂教学都在实验实训室进行，教学过程以实践动手为主。反映了职业教育导向就业、对接企业、强化技能、重视综合素质的教学特点，体现了人才培养模式创新的效果。

通过网络技术实验室进行实验教学，优点是采用真实设备操作，能直观掌握计算机网络技术相关知识，能直接在现实生活中学以致用。缺点是造价费用高，实验室设备工位占面积6～9平方米，工位较少，学生需分组完成实验。

二、实验教学内容设计

根据教学标准，我们将实验分为基础性实验和项目式实验。

（一）基础性实验

基础性实验是个人能独立完成的基础性实验。网络类型基础实验是物理层的相关原理，可让学生在实验室用模拟软件模拟搭建拓扑，也可在网络技术实验室进行物理组装;网络工作原理是链路和网络层相关原理，可根据IPC/IP协议簇，通过虚拟机软件模拟数据交换，通过抓包软件抓出协议的内容进行分析讲解。掌握简单局域网搭建及应用是网络协议的综合运用，通过学生制作双绞线，用模拟软件搭建局域网等完成。

通过网络基础性实验，学生可掌握计算机网络技术的基础知识，掌握网络的基础搭建和运用，为项目式实验和今后的工作打下良好的基础。

（二）项目式实验

项目教学法就是在教师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价都由学生自己负责。项目化学习模式也成为以学生为主的教学方式的典型性范例，项目式实验教学方法被认为是计算机学科教育中非常有效的方法。该方法具有以下特点：（1）项目具有系统性、整体性和相关互联的特点。（2）项目与现实生活或工程实际紧密相关，学生学习后可在生活中运用。（3）融合了“从做中学”的教学方法，充分发挥学生的能动性，教师设计项目，学生在完成项目的过程中发现问题、探索问题，并最终解决问题。

网络设备的基础配置可根据教学大纲的要求，针对中型网络的IP地址规划，VLAN划分实验和三层交换机互联及中型网络整体设计调试等实验，按小组分能力划分岗位完成，教师提出项目要求和项目内容，学生自主探究、分析问题、解决问题，达到“从做中学”的教学目的。

三、结语

中职教育是职业教育的重要一环，基础性实验和项目式实验是培养学生理论联系实际的重要途径，能为学生主动学习、团队协作和全面发展提供空间。在本次课程实验设计中充分考虑中职学生的学情和学校情况，突出课程重点，解决了因材施教和前瞻性教学的问题。

参考文献：

[1]人力资源和社会保障部教材办公室，计算机网络基础与应用[M].中国劳动社会保障出版社，2011.

[2]王树军，王趾成，张建军.计算机网络技术基础[M].清华大学出版社，2009.

作者：罗明锦