1单机环境下模拟器软件解决方案
面对目前课程存在的问题，必须寻找一种可行的解决方案，它既可以满足学生数量增加对设备数量的要求，又可以满足知识点更新对设备功能和性能的要求，同时又不会过度增加实验室建设的成本投入，可以最大程度利用现有的实验室软硬件资源和网络链路。传统教学和实验的特点:(1)基于物理设备和物理链路。一般拓扑结构的搭建需要较多的不同类型的物理设备，设备连接和配置调试需要较长的时间和占用较大的空间，一旦需要调整，非常麻烦，灵活性较差。(2)方案调试需要物理网络环境支持。拓扑和设备配置完成后，需要在物理网络环境下进行调试，实验室必须能够提供不同类型的物理网络，一旦网络不支持或者故障将造成实验无法完成，适应性较差。(3)设备的维护和更新成本太大。设备在日常使用中需要专人长期维护才能保证实验顺利进行对设备数量和质量的要求，造成持续的人力、物力和财力成本投入，加之少量的设备淘汰和更新又会造成巨大的成本投入，可行性较差。(4)无法完成工程实践综合案例。工程实践综合案例对设备的数量、功能和性能、网络的布线和通信都有较高的要求，目前一般网络工程实验室难以提供上述硬件环境，无法达到学生进行工程实践综合训练要求，工程实践驱动的教改活动难以开展。针对传统教学和实验的特点，解决方案的思路如下:(1)使用模拟器软件代替物理设备和物理链路。模拟器软件能够提供多种类型的模拟设备，不受数量限制，拓扑设计和设备配置可以在软件内通过可视化或者命令行方式完成，时间效率高，空间要求低，可随时随地随需求进行调整，灵活性强。(2)使用模拟器软件提供的虚拟网络替代物理网络。模拟器软件自身提供网络模拟功能，支持不同类型的物理网络类型的不通层次协议之间的通信，由于是软件模拟方式，出现故障的可能性几乎为零，一般不会由于虚拟网络问题造成实验无法完成，适应性强。(3)单机模拟器软件环境替代网络物理设备环境。通过在单机上安装模拟器软件，就可以实现不同拓扑结构设备选型和连接，利用虚拟网络支持虚拟设备之间的网络通信，通过更新软件来获得新的设备和网络，几乎没有设备的维护和更新成本投入，甚至很多模拟器软件本身就是免费的。(4)单机模拟器软件提供工程实践综合案例环境。由于单机模拟器软件可以很容易地解决工程实践综合案例对设备和网络的要求，所以可以实现模拟需求比较复杂、网络规模较大的一般工程实践项目。
2校园网综合实验案例
为了能够详细说明单机环境下路由交换技术综合实验设计的解决方案，选取校园网工程实践综合案例进行说明。校园网主要配置需求如下:(1)有1个主校区，1个分校区和1个生活区，分别通过帧中继网络进行接入。(2)帧中继网络实现主校区、分校区和集中宿舍区快速通信。(3)配置动态和静态路由实现各个区域之间通信。(4)主校区内包括教学区、办公区、信息中心和宿舍区1。教学区定义为1个VLAN，通过高层交换机接入，主机地址静态分配;办公区定义为1个VLAN，通过高层交换机接入，主机地址静态分配，启动粘性安全MAC地址，设置最大安全MAC地址数和超限处理规则;宿舍区1定义为1个VLAN，通过高层交换机接入，主机地址静态分配;教学区、办公区和独立宿舍区通过高层交换机实现VLAN间通信;信息中心定义为1个物理LAN，服务器地址静态分配，对校内和校外提供WEB服务，只对校内提供FTP服务和DNS服务，接入互联网进行NAT转换。(5)分校区包括教学区和独立宿舍区。教学区定义为1个VLAN，主机地址静态分配;独立宿舍区定义为1个VLAN，主机地址动态分配;教学区和独立宿舍区通过单臂路由器实现VLAN间通信;(6)生活区包括多个宿舍区，每个宿舍区定义为1个VLAN，动态地址分配，通过VTP进行VLAN管理，通过STP进行VLAN负载分担。
3模拟器综合实验设计
3．1模拟器软件
目前主流的支持路由交换技术的模拟器软件主要分为两大类:命令行软件模拟和物理硬件模拟。其中命令行软件模拟方式的典型模拟器软件为Boson公司开发的商业软件、CiscoNetworkSimulation、Cisco公司开发的免费软件PacketTracer;物理硬件模拟方式的模拟器软件为开源项目GNS3。考虑到软件使用成本，综合实验的配置使用最新版本的PacketTracer6．1和GNS31．2。PacketTracer6．1提供了CCNA认证级别的路由器和交换机命令行配置、终端设备和帧中继网络图形化配置支持。GNS31．2提供了CCNP认证级别的路由器命令行配置、添加交换模块路由器模拟交换机命令行配置、路由器模拟帧中继交换机命令行配置、支持连接物理终端设备和网络。根据校园网综合实验配置需求，上述模拟器都可以比较完整地完成相关拓扑设计和设备配置，唯一的问题是PacketTracer6．1不支持真正的帧中继交换机命令行配置，而GNS31．2由于采用虚拟机的运行方式，随着网络拓扑结构的复杂程度增加，开启越多的虚拟机，对实验机器的性能有一定影响。
3．2路由器配置方案
一般的路由器配置采用命令行方式根据功能需求进行，PacketTracer和GNS3在配置上没有区别。如果需要启用RIP、OSPF和EIGRP动态路由协议高级配置的话，需要使用GNS3才可以配置。
3．3交换机配置方案
PacketTracer直接提供二层交换机设备，一般的交换机配置可以直接采用命令行方式根据功能需求进行。但是PacketTracer并不直接提供帧中继网络中帧中继交换机设备，而提供一个以图形化配置的帧中继云模拟帧中继交换机设备，所以使用PacketTracer配置帧中继网络只能通过图形化配置，与真实的帧中继交换机的命令行配置不同，只起到模拟功能的作用。GNS3直接提供的二层交换机设备不具有配置功能，只能支持二层交换功能。同时GNS3也没有直接提供可以命令行配置的二层交换机设备，但是可以通过在路由器上添加交换模块，由路由器实现二层交换机功能，通过在路由器使用命令行方式配置实现配置二层交换机的效果，只是在配置命令上与真正的二层交换机配置略微有所差别。对于帧中继交换机，在GNS3上可以在路由器上启用帧中继功能，用路由器实现帧中继交换机功能，通过在路由器使用命令行方式配置实现配置帧中继交换机的效果，在配置命令上与真正的帧中继交换配置一样。
3．4终端设备配置方案
PacketTracer直接提供客户终端和服务终端等终端设备，通过图形化方式可以完成终端的配置，例如IP参数和服务参数。GNS3虽然直接提供终端设备，但是该终端设备实际是通过物理设备、物理网络其他设备、虚拟机网络虚拟机设备和GNS3提供的第三方组件VPCS实现的。其中VPCS功能非常有限，只能简单作为客户终端使用，进行简单的IP参数配置和通讯测试，而其他方式与实际使用客户终端和服务终端没有任何差别，因为使用的就是实际的终端设备，这些方式需要通过图形化配置方式实现与实际终端设备的连接。
4结语
通过使用PacketTracer和GNS模拟器按照校园网综合实验配置需求，完成拓扑设备连接设计、IP地址方案设计、路由器和交换机功能配置、客户终端和服务终端参数和服务配置，在单机环境下实现了路由交换技术综合实验的解决方案。
作者：李林林 孙良旭 吴建胜 张玉军 单位：辽宁科技大学软件学院