毕业设计论文基于PacketTracer的路由器配置测试系统设计.docx

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毕业设计论文基于PacketTracer的路由器配置测试系统设计

洛阳理工学院

毕业设计（论文）

题目基于PacketTracer的路由器配置测试系统

姓名郭姗姗

院系计算机与信息工程系

专业计算机科学与技术

指导教师

年月日

基于PacketTracer的路由器配置测试系统

摘要

本课题主要研究基于PacketTracer（简称PT）的路由器配置测试系统。

PT可以实现路由器、交换机、服务器等设备的高度仿真，为学习网络设计、配置、排除网络故障提供了很好的模拟环境。

使用PT的Extension模块的ActivityWizard功能，可以开发网络设备学习的模拟测试系统。

通过这种测试系统，学生可以在进行网络设备配置的同时，同步显示完成配置的百分比并评分，方便教师指导和学生自测。

。

路由器配置测试系统考查学生对于路由器配置的掌握程度。

主要考查的知识点，如：

路由器的命名、密码的设定、管理地址以及接口地址的分配、网络协议的配置、访问控制列表（ACL）的应用、网络地址转换（NAT）实现外网映射等。

关键词：

路由器配置，PacketTracer,模拟仿真学习，测试系统，网络配置

RouterConfigurationTestingSystemBasedonPacketTracer

ABSTRACT

ThistopicistoresearchrouterconfigurationtestingsystembasedonthePacketTracer（hereinafterreferredtoasthePT）.PTcanrealizetherouters,switches,serverofequipmentshighlysimulation,andprovideagoodsimulationenvironmentforlearningnetworkdesign,configuration,eliminatenetworkfaults.

Thissimulationtestsystemcanbedevelopedby"ActivityWizard"functionofthe"Extension"moduleonthePT.Whenthestudentsaredoingtheconfigurationtaskthroughthistestsystem,thesystemwilldisplaythepercentageofcompleteconfigurationandscoressynchronously.Itisconvenientforteachertoguidestudentsandalsoforthestudentstotestthemselves.But,thistestsystemmustbemadeonthePTforeachspecificexperimentalproject.

Thisdesignhasdevelopedarouterconfigurationrelevanttestsystem,whichexaminestherouterconfigurationknowledge,suchassettingtherouter'snameandthepassword,managementaddressandthedistributionoftheinterfaceaddress,networkprotocolconfiguration,accesscontrollist（ACL）andtheapplicationofthenetworkaddresstranslation（NAT）toimplementthenetsmapping,etc.

KEYWORDS:

RouterConfiguration,PacketTracer,SimulationStudy,TestingSystem,NetworkConfiguration

目　录

前　言

现阶段国内外在模拟仿真的测试系统这方面的发展和应用非常广泛，如驾驶证模拟考试、司法考试、计算机等级考试的模拟测试系统、航空兵战术模拟训练系统，导弹轨迹仿真测试系统等[1]。

这样的模拟仿真测试系统不仅让工作量减少，而且也让测试效果倍增。

随着社会科技迅速发展，这方面的应用也不在不断地完善，经济方面也在不断地下降，使得模拟测试系统更加平民化。

现在，网络配置方面的仿真测试系统也同样受关注，研究这方面的测试系统有很多种方法，例如思科的PacketTracer，BosonnetforCCNP,Dynamips,Juniper的Olive，H3C的SIMware等都是很好的制作测试系统的软件[2]。

使用这些编程软件可以实现路由器、交换机、服务器等网络设备的高度仿真，为学习网络设备的配置、排除网络故障提供了很好的模拟环境。

本课题研究的是基于PT的路由器配置测试系统。

通过这个测试系统的制作，教师可以方便检查学生知识点的掌握情况，如：

路由器的配置、管理、测试以及网络故障的排查等等；学生可以通过该系统进行路由器配置的学习和测试。

本课题达到的技术要求是根据路由器配置中需要掌握的知识点设计一个路由器配置实验过程，并使用PT进行制作，实现学员在练习的时候可以同步显示完成的百分比、查看存在的问题等功能。

第1章绪论

1.1开发背景

目前，关于模拟仿真的测试系统开发非常广泛，基于网络配置的模拟软件也有很多。

例如思科的PacketTracer，BosonnetforCCNP、Dynamips，Juniper的Olive，H3C的SIMware等等都是很好的制作测试系统的软件，使用这些开发软件可以实现对路由器、交换机、服务器等设备的高度仿真，为学习网络设计、配置、排除网络故障提供了模拟实际的网络环境。

BosonnetforCCNP由两部分构成：

BOSONSIMULATORDESIGNER和BOSONNetSim。

前者是实验拓扑图设计后者是实验环境模拟，它适合简单的、设备少的网络环境，操作简单基于上手，适合初学者，但是对于网络拓扑结构复杂、设备繁多的环境会出现不够稳定的现象[3]。

DynamipsGUI是一个思科模拟器图形前端。

不仅整合了思科所有的IOS模拟器，而且还整合了BES以及VPCS，是一个综合的模拟器解决方案。

配置输出采用的是bat批处理文件，目前最新版是2.83。

它类似与街机模拟器，是直接运行的IOS操作系统，路由器本身有什么功能，模拟出来就有什么功能，不存在说运行不了命令的现象，甚至可以模拟真实的网络环境。

但是DynamipsGUI需要占用大量的的内存，适合研究大而复杂的模拟环境[4]。

Juniper的模拟器叫Olive（Olive是指安装了JUNOS的PC，而并不是指软件本身）不过这台“路由器”只有Juniper公司的利器之一――路由引擎（RE），而没有其赖以击败Cisco的致命武器――线速转发的包转发引擎（PFE），所以在性能上就大打折扣，并且无法使用一些针对PFE和Chassis的命令，而且Juiper公司没有对中国进行任何授权，并强烈禁止任何单位、团体和个人保有或使用Olive[5]。

目前，Wrvp模拟器中有很多版本，其中wrvp5.2是H3C的模拟器，wrvp3和wvrp5.5是华为模拟器。

wvrp3和wvrp5.2的版本使用SIMware软件可以图形化的搭建实验环境，这类模拟器才叫SIMware模拟器。

操作简单，但是有很多指令都不支持。

PacketTracer软件则具有有好的软件界面，可以灵活进行仿真环境的设置，同时软件还有相应的实验向导，使用方便，功能也很强大，并且与DynamipsGUI、Olive相比，占用的内存相对少多了，因此，本课题决定采用PT来研究和制作路由器配置的测试系统[6]。

1.2开发的目的及意义

传统的路由器配置的测试有以下三种方式：

（1）笔试，教师出卷子，学生答题，然后给出分数，这样的方式只能检测出书面形式的命令，不能检测出学生配置的网络连接状况，也不能够了解学生配置中遇到的问题；

（2）通过上机操作来测试学生对于路由器配置的掌握程度，学生通过实际设备来自己架构网络，配置路由器，直到完成后让教师检查，但是教师不能够清楚方便地看到配置过程中的步骤，无法判断学生掌握路由器配置知识点的真正程度；

（3）还有一种方式就是学生在真正的网络实验室进行测试，这样的测试无疑是对学生掌握程度的最好测验，但是这样的话可能要花费很大的经济代价，也可能因为学生不小心损坏设备造成不必要的经济损失。

现在的路由器配置的测试方式则可以通过PT模拟软件来解决。

PT可以方便的进行的网络设计，路由器等网络设备的模拟配置等，其中PT内置的Extension模块中的ActivityWizard功能可以制作网络配置的测试系统。

方便教师进行测试题目编辑，分值设置，指导学生，同时也方便了学生对于路由器配置的学习和自测。

本课题的开发目的：

（1）教师可以根据路由器配置的知识点，针对测试内容设置测试题目，然后根据题目预先设置配置信息，设置考点及相应的分值；

（2）学生通过这样的一个测试的系统可以来自我测试和参加这样的网络配置的考试，考试期间，系统会记录学生完成的考点以及未完成的考点，并且同步显示考点的完成百分率。

有了这样的测试系统，传统的依赖于环境的测试问题都会得到解决和改善。

学生对于路由器等网络设备的配置学习也会变得更加人性化、高效化并且使得教育双方得到互利。

由此，测试系统开发的意义也就真正体现出来了。

1.3论文的主要工作

论文的主要完成以下工作：

（1）基于PT的路由器配置测试系统开发的背景、目的及意义；

（2）该测试系统进行的需求分析和可行性分析，主要包括开发软件运行的环境、测试系统运行的环境、以及系统需要实现的功能；

（3）对系统开发所需要用到的相关技术和开发工具的介绍；

（4）确定一个有关路由器配置的具体实验项目，并确定路由器的配置知识点；

（5）对于既定的具实验项目进行PT制作，实现既定的测试题目的导入、具体实验结果与初始状态的导入、考点分值的设定以及测试时间的设置等任务。

1.4论文的组织结构

本论文分为五章：

第1章，绪论，介绍了开发在线考试系统的背景及意义，指出了论文的主要工作。

第2章需求分析与可行性分析，对系统的需求进行分析，主要对系统实现所需要的开发软件、硬件、功能以及可行性的分析。

第3章相关技术介绍，介绍开发本系统所用到的一系列相关技术，如HTML简介，路由器配置的相关内容。

第4章总体设计，主要介绍了系统的流程、功能结构以及系统拟解决的主要问题。

第5章详细设计与测试，对既定的实验项目进行PT制作的流程介绍、具体实验项目的介绍，路由器知识点的确定，实验项目的测试、集成后整个测试系统的功能介绍，以及对路由器配置连通性的测试以及对于系统功能的测试。

最后是全文的总结，并指出了该系统的不足和需要进一步完善的地方。

第2章需求分析和可行性分析

2.1需求分析

系统的需求分析主要来自与客户对于软件功能上或软件等其他的需求，软件上的需求则最主要是开发人员所要考虑的问题。

1.功能需求

作为教师，可以方便的进行测试试题导入，测试试题答案及初始情况的导入，可以进行考点分值设置以及测试时间的设置等。

作为学生，希望可以考试试题与配置实验分开，以便操作，希望能够同步看到完成的百分比、已完成的知识点和待完成的知识点等。

2.软件需求

研究这种测试系统的软件有很多种，例如思科的PacketTracer，BosonnetforCCNP、Dynamips，Juniper的Olive，H3C的SIMware等等都是很好的制作测试系统的软件。

BosonNetForCCNP软件功能虽然强大，但是在进行复杂网络拓扑实验配置的时候系统运行不稳定；模拟软件DynamipsGUI就想PT一样模拟真实环境和设备并进行网络桥接，但是占用内存比较多[7]；Juniper的Olive模拟器需要购买许可证，而且功能繁杂，同样也占用很多内存；H3C的SIMware虽然简单易操作但是路由器的配置命令不够齐全；然而PT刚好综合了以上各种模拟器的性能指标，所以一般性的研究都是用PT来进行模拟研究[8]，同时该系统的制作可以通过PT的Extension模块中的ActivityWizard功能完成，因此，PT才是最佳选择。

3.硬件的需求

制作该系统的硬件需求不高，目前的电脑硬件配置一般都可以运行。

2.2可行性分析

可行性分析也称为可行性研究，即是在系统调查的基础上，针对新系统的开发是否具备必要性和可能性，对新系统的开发从技术、经济、社会的方面进行分析和研究，以避免投资失误，保证新系统的开发成功。

可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。

该系统的可行性分析包括以下几个方面的内容：

1.社会因素方面的可行性

本系统用于学校的测试，无法律和政策方面的限制。

2.经济方面的可行性

主要是对项目的经济效益进行评价，本系统作为一个实训的一个项目，无需开发经费，并且系统实施后可以显著提高测试效率，用于教师对学生进行网络配置的测试。

所以本系统在经济上是可行的。

3.技术方面的可行性

（1）语言方面，基于PT的路由器配置题目的设置方面可以通过HTML语言来描述，当然也可以不用，这一点可以解决。

（2）软件方面，PT可以在Windows平台上稳定运行。

（3）硬件方面，PT所需要运行的硬件环境：

硬盘在1G以上，内存在1G以上。

第3章相关技术介绍

3.1HTML简介

基于PT的路由配置测试系统中，测试题目的显示一般都是通过HTML语言来呈现的，当然也可以不用这种方式来表现。

因此，简单介绍一下HTML语言。

这类语言可以用FRONTPAGE2003、DREAMWEAVER软件来写，很多代码自动生成，比较便捷，也可以用记事本来写，最后保存为.html文件即可。

1.HTML简介

HTML（超文本标记语言）是一种规范，通过标记符号来标记网页中的各个部分。

网页文件本身是一种文本文件，通过在文本文件中添加标记符，可以告诉浏览器如何显示其中的内容（例如文字处理，画面安排，图片显示等）。

浏览器按顺序阅读网页文件（扩展名为.html），然后根据标记符解释和显示其标记的内容，对书写出错的标记将不指出其错误，且不停止其解释执行过程，编制者只能通过显示效果来分析出错原因和出错部位。

但需要注意的是，对于不同的浏览器，对同一标记符可能会有不完全相同的解释，因而可能会有不同的显示效果。

2.本次测试软件中需要用到的HTML的标签和样式

（1）标签

标准的HTML文件都具有一个基本的整体结构，即HTML文件的开头与结尾标志和HTML的头部与实体2大部分。

有3个双标记符用于页面整体结构的确认[9]。

标记符说明该文件是用HTML来描述的。

它是文件的开头，而则表示该文件的结尾，它们是HTML文件的始标记和尾标记。

头标签，其中嵌套还有用来显示网页标题栏的内容。

内容部分需要用到标签。

如下面的例子：

有关网络的的宣告、JAVASCRIPT程式、标题的设定等

內容编辑区

（2）内容编辑区的文本设定及图片显示以下内容均是在与标签之间设定的。

?

?

?

?

?

"SIZE=n>本子题设定n=1~7（默认值为3）

?

?

?

?

?

"SIZE=n|+n|-n>文字字体设定

标题文字其中，字型大小（n=1~6）及文字对齐（居中,靠左,靠右）

文字粗体字

文字斜体字

文字字下线

文字放大

文字縮小

^文字上标

_文字下标

表示显示文件夹images的图片img1.png，当鼠标指向图片时就会出现“图片1的显示”的提示，图片居左对其。

3.2PacketTracer软件

3.2.1PacketTracer软件简介

PacketTracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习思科网络课程的学员设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。

用户可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。

可以学习IOS的配置、锻炼故障排查能力。

软件还附带4个学期的多个已经建立好的演示环境、任务挑战[10]。

1.打开PacketTracer软件，显示如图3-1所示的界面。

图3-1PacketTracer界面

PT界面分为是10个区域，每个区域有着不同的功能，功能表如表3-1所示。

表3-1对应于图3-1的区域功能表

区域号

区域名称

区域功能

1

菜单栏

此栏中有文件喧嚣和帮助，在此可以找到基本的命令如打开保存、打印等选项，还可以访问活动向导等

2

主工具栏

此栏提供了文件按钮中命令的快捷方式，点击右边的网络信息按钮可谓当前网络添加说明信息

3

常用工具栏

此栏提供了重用的工作区工具包括：

选择、整体移动、备注、删除、查案、添加简单数据包和添加复杂数据包等

4

网络设备库

该库包括设备类型库和特定设备库

5

逻辑/物理工作区转换

实现物理工作和逻辑工作的转换

6

工作区

此区域中可以创建网络拓扑，见识模拟过程，查看各种信息和统计数据

7

实时/模拟转换

完成实时模式和模拟模式的转换

8

设备类型库

词库包含不同类型的设备如路由器、交换机、HUB、无线设备、连线、终端设备和网云等

9

特定设备库

词库中包含不同设备类型中不同型号的设备，随着设备类型库的选择级联显示

2.PT扩展模块ActivityWizard功能介绍。

本次系统设计的关键就是对于这个模块的应用[11]。

步骤是单击PT菜单栏的Extensions选项，在下拉菜单中选择“ActivityWizard”选项，之后弹出如图3-2所示窗口。

图3-2ActivityWizard窗口

图3-2中所示，黄色区域中有10个选项卡，其中红色标记圈出的是最为重要的，这5个选项的功能如表3-2所示：

表3-2对应于图3-2区域功能表

区域号

功能

1

制作测试的题目，用HTML语言或者直接写文本自动生成

2

制作最终网络配置答案，即路由配置的结果，可以是插入的PKT文件，同时设置考点分值

3

制作初始的网络拓扑

4

为测试管理设置密码

5

welcome简介，介绍制作测试软件功能的步骤

通过图3-2中，选项4下面的TestActivity选项是对制作的测试系统进行的单元测试，在这里可以初步看到系统的效果，早进行保存之前先浏览一下，检测系统是否和预期一致，如果不一致，可以重新进行设定，如果一致就可以保存了。

3.PT中网络拓扑的搭建的方式可以分为以下步骤：

（1）选择设备：

如图3-1所示，在区域8中选择设备类型，再在区域9中选择设备的型号，软后在区域6中添加设备。

如图3-3所示，在工作区域内添加一个型号为2811的路由器。

图3-3工作区中添加路由器

（2）路由器中连接线介绍

在PT中搭建路由器所在网络包括两部分内容：

第一是网络设备，第二就是连接方式。

PT中互联网络设备的连线有如图3-4的9种，用到的最多的就是直连网线、交叉网线和串行线（DCE/DTE）和自适应网线。

直连网线一般用于连接路由器和交换机、交换机和终端设备之间，交叉网线一般用于路由器和终端设备之间，串行线则一般用于连接同种设备，如路由器直接相连就用串行线，而自适应网线一般是为了方便，不考虑两设备的种类，自动实现连接的线。

图3-4PT中连接线的种类

（3）路由器的配置窗口如图3-5所示。

在这里对路由器进行模拟配置。

图3-5路由器配置

3.2.2路由器配置

1.模拟路由器的模块添加

根据本系统中路由器配置的考点众多，需要实现多个端口的配置，因此模拟路由器的硬件中需要再添加几个模块，添加方式如图3-6所示，图中红色标记部分即为新添加的模块[12]。

图3-6路由器添加硬件模块

2.网络拓扑设计

本课题研究所涉及到的路由器配置建立在一个复杂的网络拓扑结构当中，因此网络拓扑结构的设计尤为重要。

网络拓扑结构的架构可以在PT的工作区进行，根据网络需求，进行网络设备的选型，并且根据网络设备连接的要求将其互联成网。

只有在确定了网络拓扑结构的基础上，才可能进行路由器的配置、测试系统的制作等工作[13]。

3.网络IP地址分配

网络IP是设备在网中的识别，通过IP地址才能实现网络通信。

IP地址总共占了4个字节，每个字节有8位。

IP地址分为有部分，一部分是网络号，另一部分是主机号。

网络号标志主机或者路由器所连接到的网络，网络号必须唯一；主机号标志该主机或者路由器本身。

IP地址分为A、B、C、D、E五类，A、B（前2位10）、C（前3位110）类地址网络部分分别占1、2、3个字节；D类地址（前4位1110）用于多播；E类地址（前4位1111）保留为以后用[14]。

在现在的网络中，IP地址分为公网IP和私有IP地址。

公网IP是在Internet使用的IP地址，而私有IP地址是在局域网中使用的IP地址。

由于目前使用的IPV4协议的限制，现在IP地址的数量是有限的，不能为居于网中的每一台计算机分配一个公网IP。

因此，在局域网中的每台计算机就只能使用私有IP地址了，如我们常见的192.168.0.*，就是私有IP地址。

私有IP地址是一段保留的IP地址。

只是使用在局域网中，在Internet上是不使用的。

网络中的私有IP有以下三类：

（1）10.0.0.0-10.255.255.255

（2）172.16.0.0-172.31.255.255

（3）192.168.0.0-192.168.255.255

4.路由器配置

路由器配置方面主要考察以下知识点[15]：

（1）路由器的命名管理地址及密码的设置

命令：

“hostnameNAME”（全局配置模式，其中NAME自定），命名路由器，用于区分网络中不同的路由器设备；

命令：

“ipaddressIP地址子网掩码”（全局配置模式），设置管理地址，用于远程管理路由