基于網(wǎng)絡(luò)模擬器和虛擬機(jī)的高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建

余翠蘭　楊群林

摘 要： 根據(jù)高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程傳統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)，分析了教學(xué)存在的弊端，提出以虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)模擬器為主要工具，構(gòu)建高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。實(shí)踐證明，該體系可以緩解實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不足，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 虛擬機(jī)； 網(wǎng)絡(luò)模擬器； 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)； 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備； 實(shí)驗(yàn)體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）07-66-02

0 引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，該課程為學(xué)生進(jìn)行后續(xù)課程學(xué)習(xí)、實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及參加工作打下基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是非常重要的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置是保證該課程教學(xué)效果的關(guān)鍵，而目前多數(shù)高職高專院校的實(shí)驗(yàn)課開設(shè)還存在許多問題[1]。

⑴ 經(jīng)費(fèi)不足，設(shè)備不全，缺少實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不全面，甚至沒有。

⑵ 即使購買了網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，建立了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，但由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新較快，后續(xù)投資跟不上，沒有形成完整的實(shí)驗(yàn)體系，而且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量欠缺，種類不全。

⑶ 部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)硬件的操作[2]，如對硬盤的分區(qū)和格式化操作，有的實(shí)驗(yàn)需要增加多塊硬盤、網(wǎng)卡等硬件設(shè)備，對CMOS的設(shè)置操作等，這些操作和實(shí)驗(yàn)由于受條件的限制是無法完成的，有的雖能實(shí)現(xiàn)，但操作后對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有很大的破壞性，使計(jì)算機(jī)無法正常使用。

⑷ 實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在使用上的單用戶性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室適合于小班化教學(xué)，與目前日常的教學(xué)組織形式相矛盾，使得實(shí)驗(yàn)室使用頻率高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率極低。

⑸ 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課所涉及的操作系統(tǒng)較多，如Windows XP、Windows 2003 Server和Linux等，而一個計(jì)算機(jī)房可能只安裝一個操作系統(tǒng)。

⑹ 學(xué)生需要課外反復(fù)訓(xùn)練但很少有實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

高職院校強(qiáng)調(diào)的是動手能力，在單機(jī)環(huán)境下的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中上機(jī)實(shí)驗(yàn)存在這么多問題需要解決，為此，本文提出了基于網(wǎng)絡(luò)模擬器和虛擬機(jī)的高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)體系。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系分為三大模塊，如圖1所示。

1.1 基于虛擬機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

虛擬機(jī)指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過虛擬機(jī)軟件，可以在一臺物理計(jì)算機(jī)上模擬出二臺或多臺虛擬的計(jì)算機(jī)，這些虛擬機(jī)完全就像真正的計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作，例如，可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)資源等等。對于用戶而言，虛擬機(jī)只是運(yùn)行在物理計(jì)算機(jī)上的一個應(yīng)用程序，但是對于在虛擬機(jī)中運(yùn)行的應(yīng)用程序而言，它就是一臺真正的計(jì)算機(jī)。

目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware、VMLite、Virtual Box、Virtual PC等，它們都能在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個計(jì)算機(jī)。VMware是目前機(jī)房應(yīng)用較多的軟件，可以在一臺機(jī)器上同時運(yùn)行二個或更多Windows、DOS、Linux系統(tǒng)。下面我們就基于虛擬機(jī)（以VMware Workstation為例）的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

⑴ 在虛擬機(jī)環(huán)境搭建對等網(wǎng)

在真實(shí)計(jì)算機(jī)中安裝客戶端操作系統(tǒng)Windows XP，在虛擬機(jī)中安裝客戶端操作系統(tǒng)Windows 98，將真實(shí)機(jī)和虛擬機(jī)連接成對等網(wǎng)，使學(xué)生能在一臺計(jì)算機(jī)中即可組建對等網(wǎng)。還可以增加組網(wǎng)需要的其他設(shè)備如交換機(jī)、網(wǎng)卡等。通過該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會采用真實(shí)PC與虛擬配置對等網(wǎng)的方法。

⑵ 在虛擬機(jī)環(huán)境下安裝和配置Windows Server 2003

若機(jī)房的真實(shí)機(jī)中安裝的是Windows XP，又想要安裝和配置網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Windows Server 2003，為了不改變原有系統(tǒng)，那么我們可以在虛擬機(jī)中安裝Windows Server 2003，安裝活動目錄。通過該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會Windows Server 2003的安裝和基本配置方法，并學(xué)會使用“Active Directory用戶和計(jì)算機(jī)”創(chuàng)建和管理用戶和組的方法[3]。

⑶ 在虛擬機(jī)環(huán)境下安裝和配置Linux

目前應(yīng)用較廣泛的還有操作系統(tǒng)Linux，而一般機(jī)房沒有安裝獨(dú)立的Linux。為了滿足教學(xué)，我們在虛擬機(jī)環(huán)境下安裝Linux。像Linux中的文件配額管理[4]，靜態(tài)路由的配置等實(shí)驗(yàn)都要通過增加硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，這在現(xiàn)有的機(jī)房里是不可能滿足的，但是我們通過虛擬機(jī)增加硬盤、增加網(wǎng)卡就能非常方便地解決問題，使實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌瓿伞?/p>

1.2 基于網(wǎng)絡(luò)模擬器的的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)模擬器（也稱網(wǎng)絡(luò)仿真）通過在計(jì)算機(jī)上建立一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)平臺， 來實(shí)現(xiàn)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模擬，可用于網(wǎng)絡(luò)模型選擇、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、協(xié)議、測試和驗(yàn)證。目前有許多優(yōu)秀模擬軟件，如Boson NetSim、Packet Tracer、Dynamips等，Packet Tracer是由Cisco公司發(fā)布的一個輔助學(xué)習(xí)工具，用戶可以自由添加主機(jī)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，進(jìn)行路由器和交換機(jī)的配置，可以在軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并可提供?shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)的詳細(xì)處理過程，觀察網(wǎng)絡(luò)實(shí)時運(yùn)行情況等。高職高專院校實(shí)踐實(shí)訓(xùn)中，使用實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合Packet Tracer，使學(xué)生能得到充分的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的建設(shè)實(shí)訓(xùn)，同時又能通過實(shí)際設(shè)備增加對網(wǎng)絡(luò)的感性認(rèn)識?；赑acket Tracer的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下。

⑴ 用物理工作區(qū)展示現(xiàn)實(shí)環(huán)境

使用Packet Tracer的物理工作區(qū)（Physical Workspace）視圖從綜合布線的角度展示樓宇、管理間、機(jī)柜的位置，展示機(jī)柜中設(shè)備的放置，能使學(xué)生更直觀地模擬網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中管理間、機(jī)柜、設(shè)備的需求。

⑵ Packet Tracer 5.0配置路由器、交換機(jī)、PC機(jī)

在Packet Tracer 5.0上進(jìn)行路由器、交換機(jī)的配置，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)場景，讓學(xué)生能夠在模擬軟件的使用中體會到Cisco路由器、交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的具體配置和應(yīng)用。例如，讓學(xué)生添加路由器、交換機(jī)、PC機(jī)設(shè)備后，并完成各設(shè)備的配置，組建一個“路由器+交換機(jī)+PC機(jī)”網(wǎng)絡(luò)模式的局域網(wǎng)。

⑶ 幾個局域網(wǎng)的相互訪問[5]

幾個局域網(wǎng)通過路由器來實(shí)現(xiàn)相互訪問，實(shí)際去做這一實(shí)驗(yàn)時，學(xué)生很難理解配置命令，且搭出這樣的一個網(wǎng)絡(luò)很費(fèi)勁。我們使用Packet Tracer軟件來做這個實(shí)驗(yàn)，不用考慮實(shí)際經(jīng)常出現(xiàn)的軟硬件錯誤，并且通過觀察數(shù)據(jù)包傳輸?shù)姆抡嫜菔?，更好地理解配置命令所起的作用，而其逼真的程度又可讓學(xué)生“沉浸”在這一氛圍，把這一虛擬的實(shí)驗(yàn)當(dāng)成是真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠輕松、單獨(dú)地搭建和配置這樣的大網(wǎng)絡(luò)，從而產(chǎn)生很好的學(xué)習(xí)效果。在部分課程教學(xué)中，仿真較之于真實(shí)設(shè)備更能發(fā)揮作用。

⑷ 用模擬模式仿真協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU轉(zhuǎn)發(fā)流程[6]

PDU的格式和轉(zhuǎn)發(fā)流程比較抽象，學(xué)生難以理解，我們使用Packet Tracer的模擬模式（Simulation Mode）直觀展示PDU的格式和轉(zhuǎn)發(fā)流程，可以產(chǎn)生事半功倍的教學(xué)效果。

⑸ 研究第2層幀頭

當(dāng)IP數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)間時，可封裝在許多不同的第2層幀中。Packet Tracer支持以太網(wǎng)、Cisco的私有HDLC、基于PPP的IETF標(biāo)準(zhǔn)以及第2層的幀中繼。當(dāng)數(shù)據(jù)包在路由器之間傳送時，第2層幀將會解封，而數(shù)據(jù)包將封裝在出站接口的第2層幀中。本練習(xí)將跟蹤網(wǎng)間的IP數(shù)據(jù)包，研究不同的第2層封裝。

⑹ 研究應(yīng)用層和傳輸層協(xié)議

Packet Tracer的模擬模式可以捕獲流經(jīng)整個網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)絡(luò)通信，例如，從PC使用URL捕獲Web請求，運(yùn)行模擬模式并捕獲通信，研究捕獲的通信。

1.3 實(shí)際單機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

⑴ 雙絞線的制作：制作交叉線連接兩計(jì)算機(jī)，用ping命令或網(wǎng)上鄰居測試制作的網(wǎng)線是否工作正常。

⑵ 組建共享式局域網(wǎng)：利用HUB，網(wǎng)卡，雙絞線，微機(jī)、TCP/IP協(xié)議等組建一個星型局域網(wǎng)絡(luò)。

⑶ Web服務(wù)的構(gòu)建與配置：利用IIS構(gòu)建和配置Web服務(wù)器。

⑷ FTP服務(wù)的構(gòu)建與配置：利用IIS（或Serv-U 6.4.0.4）構(gòu)建和配置FTP服務(wù)器。

⑸ DNS服務(wù)器的配置。

⑹ 電子郵件服務(wù)的構(gòu)建與配置：利用Mdaemon或Microsoft Exchange 2000 Server配置電子郵件服務(wù)器。

⑺ DHCP服務(wù)器的配置。

⑻ 配置代理服務(wù)器：利用Wingate、Sygate等配置代理服務(wù)器。

2 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)模擬器和虛擬機(jī)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中良好的輔助工具，本文主要從基于虛擬機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、基于網(wǎng)絡(luò)模擬器的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)際單機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三個方面來構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，該體系可以改變許多傳統(tǒng)的教學(xué)方法，完全符合“項(xiàng)目教學(xué)”的原理。該體系具有成本低、通用性強(qiáng)、易用性高、開放性好、實(shí)驗(yàn)操作安全性高等特點(diǎn)，可以緩解經(jīng)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不足，改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境以滿足教學(xué)需求，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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