關(guān)于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實驗平臺的探索與研究

魏丹?于林林

摘 要 近年來，計算機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展，隨之產(chǎn)生很多網(wǎng)路相關(guān)專業(yè)和通信專業(yè)專業(yè)的相關(guān)核心課程，而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程中很多理論教學(xué)常常涉及大量抽象的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和復(fù)雜的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)硬件的講解，學(xué)生理解和掌握起來非常困難。在這樣的大背景下，虛擬仿真平臺應(yīng)運(yùn)而生，本文圍繞虛擬仿真平臺的必要性，國內(nèi)外現(xiàn)狀分析，具體研究的內(nèi)容以及實施的方案、方法等展開分析。

關(guān)鍵詞 虛擬仿真;計算機(jī)網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)配置

1虛擬仿真平臺的必要性

現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)即要求學(xué)生了解基本概念和基本理論，還需要學(xué)生在理論的基礎(chǔ)上，自己動手用真實的硬件設(shè)備組建真實的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，同時，在深入地理解了在組建網(wǎng)絡(luò)過程中的各項工作中，能理論和實際相聯(lián)系，管理網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)能去組建和維護(hù)。但現(xiàn)實是，各學(xué)校的教學(xué)實踐條件有限，而實際即使學(xué)?？梢酝度胭Y金，學(xué)生可以在昂貴的硬件上進(jìn)行操作練習(xí)，那么，作為沒有實際操作經(jīng)驗的學(xué)生，一個錯誤操作就可能燒壞整個大型硬件設(shè)備。所以，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類一直都是受限于硬件條件，因而構(gòu)建一個突破傳統(tǒng)局限的、不受時間和地域限制的網(wǎng)絡(luò)化虛擬仿真實驗環(huán)境成為迫切需要解決的重要課題。

虛擬仿真實驗平臺主要依賴于軟件和較少的配套硬件，使實驗室的維護(hù)費用和工作量大大降低。目前，虛擬仿真技術(shù)在實際教學(xué)中得到了廣泛運(yùn)用。虛擬仿真技術(shù)的最大好處是節(jié)約了實際實驗室建設(shè)的成本，同時還有效地克服了課程難以理解、枯燥抽象的問題，進(jìn)而使學(xué)生加深了對各種協(xié)議和原理的認(rèn)識與理解，同時激發(fā)了學(xué)生對抽象課程的學(xué)習(xí)興趣和積極性，更保證了課程的教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生只要有一臺筆記本電腦并且安裝了這些虛擬軟件即可，無論在什么地方都可以進(jìn)行學(xué)習(xí)和實驗，從而擺脫了真實實驗環(huán)境的束縛，學(xué)習(xí)效果更是得到了極大提高[1]。

2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

虛擬實驗室（Virtual laboratory） 最早是由美國的William Wolf教授在1989年提出的概念。同時虛擬仿真技術(shù)的蓬勃發(fā)展，為成功建設(shè)虛擬仿真實驗室提供了基本條件。

目前，網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實驗系統(tǒng)在國外的發(fā)達(dá)國家已十分普及。例如：美國的 Labview一種基于圖形方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境。用于《數(shù)字信號處理》、《信號與系統(tǒng)》有關(guān)信號檢測與分析的一系列實驗仿真特別合適。由Cisco公司發(fā)布的Packet Tracer是一個輔助學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)工具，為學(xué)習(xí)思科網(wǎng)絡(luò)課程的初學(xué)者設(shè)計、配置、排除網(wǎng)絡(luò)故障提供網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。

我國的網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真系統(tǒng)雖然起步較晚，但是發(fā)展速度很快。依據(jù)目前可查到的信息及各院校開放的對外服務(wù)看，國內(nèi)很多大學(xué)已相繼建立了網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實驗系統(tǒng)[2]。

3具體研究的內(nèi)容

3.1 實驗教學(xué)模式

由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)實驗內(nèi)容大多局限于實驗環(huán)境，脫離網(wǎng)絡(luò)工程的實際，起不到對學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后從事網(wǎng)絡(luò)工程實踐時，很難將實驗功底轉(zhuǎn)化為從業(yè)的能力。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，雖然在實驗環(huán)節(jié)也采用了分組進(jìn)行模式，但具體操作過程中，由于學(xué)生水平不同，部分學(xué)生并沒有真正參與，也就談不上團(tuán)隊意識。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺，可以每個人都自己參與到實驗中。

3.2 教學(xué)方法

教學(xué)是使學(xué)生在實際應(yīng)用時能夠靈活地將理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識分析問題解決問題的能力。網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺可以拓寬教學(xué)的方法。

（1）在網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺上，將傳統(tǒng)的實驗題目改為自主型實驗題目。對設(shè)計類實驗的實驗內(nèi)容和具體要求，利用網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺去設(shè)計相關(guān)題目，并對不同層次的學(xué)生采用梯度任務(wù)完成，這就形成了自主試驗的教學(xué)方法。這樣學(xué)生根據(jù)自身水平選擇合適的任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

（2）注重學(xué)生團(tuán)隊意識。利用網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺拓展和改善學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍。在傳統(tǒng)的分組模式基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生水平結(jié)合自愿原則分組，鼓勵學(xué)生制定不同梯度的任務(wù)作為目標(biāo)，適時引導(dǎo)和有效監(jiān)督，讓學(xué)生體會到團(tuán)隊合作的重要性。此時，教師的引導(dǎo)作用很重要。

3.3 實踐課程考核

引入網(wǎng)絡(luò)管理員、網(wǎng)絡(luò)工程師考試和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)內(nèi)容，精心組織學(xué)生進(jìn)行專項訓(xùn)練。在實驗考核中，學(xué)生要在規(guī)定時間內(nèi)獨立解決問題，確保實踐考核的實時性、公開性和準(zhǔn)確性。這樣的學(xué)習(xí)考核方式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有目標(biāo)、有壓力，因此使學(xué)生在課前能認(rèn)真做好準(zhǔn)備，課后強(qiáng)化相關(guān)考試和培訓(xùn)內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到提高學(xué)生解決實踐問題能力的教學(xué)目的。

4主要改進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)有

依據(jù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容，將理論課教學(xué)和實驗教學(xué)融入一體進(jìn)行，由單一的、枯燥的理論教學(xué)，加入實驗部分，具體將實驗分為以下3大類：

（1）理論驗證類實驗，例如：OSI參考模型數(shù)據(jù)流動過程，各類協(xié)議（ICMP、TCP、ARP）、三次握手及介質(zhì)訪問控制等;

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類配置：包括配置交換機(jī)、配置防火墻、配置路由器，組建局域網(wǎng)、配置服務(wù)器、配置VPN、配置訪問控制列表及劃分VLAN等;

（3）綜合設(shè)計類實驗：組建中、小企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)、組建校園網(wǎng)絡(luò)、組件宿舍網(wǎng)絡(luò)等。

在Packet Tracer軟件的可視化的仿真界面下，學(xué)生可以在軟件的圖形用戶界面上靈活方便的拖拽各種需要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，這跟真實的網(wǎng)絡(luò)場景幾乎是沒有差別的。對于服務(wù)器的配置和使用維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理連接和連通測試以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型配置和維護(hù)，設(shè)定任務(wù)情境，對實驗任務(wù)的選擇可以具有梯度，更貼近工程應(yīng)用。教師制定學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生可以自己設(shè)定任務(wù)情境，根據(jù)實際情況完成。例如，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選型配置試驗中，學(xué)生可以自主設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行設(shè)備選型，進(jìn)行模擬設(shè)備配置，以提高學(xué)生興趣和實踐動手能力為導(dǎo)向，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

5實施方案、方法

虛擬仿真試驗是在深度的分析了計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，按照“強(qiáng)化支撐基礎(chǔ)知識、提高學(xué)生實際動手能力、培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)”的原則，在現(xiàn)今的課程改革的大前提下，按照虛擬仿真實驗的發(fā)展現(xiàn)狀及其特征，從培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和應(yīng)用能力出發(fā)，開設(shè)特色化的虛擬仿真實驗項目，加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)技能訓(xùn)練，并培養(yǎng)綜合設(shè)計能力、實踐能力，構(gòu)建成循序漸進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)虛擬仿真教學(xué)體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 白青山.高校虛擬電子實驗室建設(shè)淺談[J].職業(yè)時空，2014，（10）： 130-131.

[2] 朱劍林，侯睿.虛擬仿真試驗在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2016，（17）：229-230.