網(wǎng)絡(luò)模擬器在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)中的應(yīng)用與分析

摘要：根據(jù)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的特點(diǎn)，該文對(duì)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信學(xué)習(xí)與研究中經(jīng)常用到的各類模擬器進(jìn)行特性、功能、使用對(duì)象等多個(gè)方面進(jìn)行比較，并結(jié)合課程的具體實(shí)例提出一種適合該課程的實(shí)踐教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)模擬器；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）08-1846-03

1 概述

2012年1月，教育部、財(cái)政部等共同印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見》，在全國(guó)范圍內(nèi)掀起了關(guān)于高校實(shí)踐教學(xué)探討的新高潮。意見指出各高校要把加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)方法改革作為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容，重點(diǎn)推行基于問(wèn)題、基于項(xiàng)目、基于案例的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法，加強(qiáng)綜合性實(shí)踐科目設(shè)計(jì)和應(yīng)用?！坝?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是一門理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、通信技術(shù)以及各種相關(guān)通信設(shè)備技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程已不僅僅是計(jì)算機(jī)專業(yè)，而且是眾多非計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要課程，如何提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)質(zhì)量成為了相關(guān)教育工作者非常關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。傳統(tǒng)的理論面授和實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生的需求，專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備在數(shù)量和更新速度上都無(wú)法適應(yīng)課程的實(shí)踐教學(xué)要求。網(wǎng)絡(luò)模擬器的應(yīng)用，大大提升了“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)水平，對(duì)學(xué)生掌握通信技術(shù)的理論知識(shí)和實(shí)踐操作能力有顯著提高。

2 網(wǎng)絡(luò)模擬器

2.1 網(wǎng)絡(luò)模擬器概述

在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)研究中，網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)模擬器便是采用網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)，由一些公司或者專業(yè)研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)仿真工具軟件，是為網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者設(shè)計(jì)的用于提供計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、配置和網(wǎng)絡(luò)故障排除模擬環(huán)境的學(xué)習(xí)平臺(tái)，它支持用戶建立仿真、虛擬和活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)模型。網(wǎng)絡(luò)模擬器能模擬各類網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，學(xué)生在仿真的操作界面上實(shí)踐操作，效果可以與真實(shí)設(shè)備上操作相媲美。在模擬器模擬出的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，學(xué)生可以進(jìn)行反復(fù)練習(xí)鞏固所學(xué)知識(shí)。目前，網(wǎng)絡(luò)模擬器非常多，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商都推出了與之相配套的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，特別是一些擁有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)證書認(rèn)證資格的公司更是力推其模擬器供考證者練習(xí)，例如思科（Cisco）、華為等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商相繼推出了多款模擬器。廣受教學(xué)部門和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)青睞的網(wǎng)絡(luò)模擬器主要有Packet Tracer、Dynamips、Boson NetSim、NS2、NS3等模擬軟件。

2.2 網(wǎng)絡(luò)模擬器的分類

1）從仿真的主要目標(biāo)劃分，網(wǎng)絡(luò)模擬器可分為底層網(wǎng)絡(luò)模擬器（Underlying Network Simulator）和覆蓋層網(wǎng)絡(luò)模擬器（Overlay Network Simulator）。底層網(wǎng)絡(luò)模擬器主要對(duì)數(shù)據(jù)包層進(jìn)行仿真，主要模擬底層網(wǎng)絡(luò)的情況，如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?shù)據(jù)包延遲、丟包率等。常見的底層網(wǎng)絡(luò)模擬器有NS2、OMNeT++ 等；覆蓋層網(wǎng)絡(luò)是一種構(gòu)建在物理網(wǎng)絡(luò)之上的邏輯網(wǎng)絡(luò)，用于描述節(jié)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系。覆蓋層網(wǎng)絡(luò)模擬器即P2P模擬器，如Narses、NeuroGrid、P2PSim等模擬器，主要用于P2P算法和協(xié)議的正確性驗(yàn)證并對(duì)協(xié)議的性能進(jìn)行分析，P2P模擬器一般忽略底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此可以進(jìn)行超大規(guī)模的P2P系統(tǒng)仿真。

2）從教學(xué)的主要目標(biāo)劃分，常見的網(wǎng)絡(luò)模擬器可分為入門型、專業(yè)型和研究型三類。其中，入門型的模擬器以熟悉操作界面、網(wǎng)絡(luò)命令及網(wǎng)絡(luò)基本原理為主，如Cisco公司開發(fā)的Packet Tracer、Boson公司開發(fā)的Boson NetSim等，此類模擬器一般無(wú)法與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境連接，是完全仿真型模擬器；專業(yè)型的模擬器以提高工程實(shí)踐能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為主，如Dynamips模擬器、GNS3模擬器等，此類模擬器能模擬出Cisco大部分型號(hào)的路由器硬件環(huán)境，并在這個(gè)環(huán)境中直接運(yùn)行Cisco真實(shí)的IOS，這些模擬器能模擬出真實(shí)的路由器，并通過(guò)在路由器上添加三層交換模塊，實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的模擬，與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境連接方便；研究型模擬器主要以科學(xué)研究、大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為主，如Narses、NS2等模擬器。在具體的教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行具體的教學(xué)安排，如表1所述。

3 網(wǎng)絡(luò)模擬器在教學(xué)中的應(yīng)用

4）在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中調(diào)試并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在模擬器Packet Tracer中完成實(shí)驗(yàn)的虛擬配置后，要求學(xué)生在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中調(diào)試并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于在模擬器中已做過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作流程非常熟悉，這既避免了由于學(xué)生的誤操作引起設(shè)備的損傷，同時(shí)也給學(xué)生一個(gè)驗(yàn)證自身實(shí)踐能力的機(jī)會(huì)，有助于激發(fā)學(xué)生的操作熱情和信心。

針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，要求學(xué)生在不同的模擬器里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同樣的任務(wù)可以在模擬器Packet Tracer中完成，也可以在模擬器Dynamips中操作。但是，不同類型的模擬器其仿真的側(cè)重點(diǎn)不同，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找不同的解決方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于網(wǎng)絡(luò)模擬器以單機(jī)版軟件為主，這更有利于學(xué)生在個(gè)人電腦中構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，甚至可以通過(guò)VMware虛擬機(jī)軟件在單臺(tái)PC機(jī)上組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。該文對(duì)當(dāng)前“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的困難與重要性的分析，通過(guò)比較各類網(wǎng)絡(luò)模擬器在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用效果，嘗試著探索一種適合“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”類課程的實(shí)踐教學(xué)模式，提升該課程的教學(xué)水平，增強(qiáng)學(xué)生在組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等方面的實(shí)踐操作能力。

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