高職教學(xué)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

摘要：本文以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)職業(yè)教育為背景，闡述基于虛擬化技術(shù)仿真網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。首先在分析虛擬化仿真模型庫(kù)開(kāi)發(fā)的必要性和可行性的基礎(chǔ)上，通過(guò)崗位調(diào)研整理精選典型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并依據(jù)教學(xué)和認(rèn)知規(guī)律將其泛化為網(wǎng)絡(luò)模型;然后采用虛擬化技術(shù)和物理設(shè)備相結(jié)合的方法分類實(shí)現(xiàn);最后將網(wǎng)絡(luò)模型作為教學(xué)資源庫(kù)的重要組成部分，在行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)以其良好的相似性、互動(dòng)性在教學(xué)中發(fā)揮強(qiáng)化方法能力和社會(huì)能力培養(yǎng)的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬化;仿真模型;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);教學(xué)資源庫(kù);行動(dòng)導(dǎo)向

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）33-0095-02

仿真模型利用高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)，具有高相似性、便于管理和低耗費(fèi)的特點(diǎn)，是教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)的重要內(nèi)容。本文以高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)為例，進(jìn)行基于虛擬化技術(shù)的仿真網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)中，采用工作過(guò)程系統(tǒng)化的方法對(duì)典型工作任務(wù)類聚重構(gòu)得到《網(wǎng)絡(luò)故障排除》、《網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)》等學(xué)習(xí)領(lǐng)域來(lái)培養(yǎng)崗位能力[1]。而基于虛擬化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)在學(xué)習(xí)領(lǐng)域的教學(xué)中作為重要教學(xué)資源支持任務(wù)驅(qū)動(dòng)、行動(dòng)導(dǎo)向等教學(xué)方法的實(shí)施，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)職業(yè)教育與工作世界和個(gè)體職業(yè)實(shí)踐活動(dòng)之間直接而緊密聯(lián)系的教學(xué)環(huán)境[2]。

一、必要性和可行性分析

開(kāi)發(fā)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)學(xué)生崗位能力培養(yǎng)的必要教學(xué)資源，成熟的虛擬化技術(shù)則提供了以較低的經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)模型庫(kù)的方法。

1.培養(yǎng)崗位能力的需要

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)學(xué)生就業(yè)崗位的典型任務(wù)包括網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、監(jiān)控、管理、維護(hù)等，其勝任力除了網(wǎng)絡(luò)專業(yè)知識(shí)和技能之外，還對(duì)溝通、學(xué)習(xí)、分析、決策及故障排除等能力有特殊要求[3]。在教學(xué)中培養(yǎng)上述關(guān)鍵能力，需要一個(gè)仿真的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使學(xué)生能夠感性認(rèn)識(shí)崗位工作的特點(diǎn)，角色扮演來(lái)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。以網(wǎng)絡(luò)管理員崗位所處的典型網(wǎng)絡(luò)為原型建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)就是仿真工作環(huán)境、實(shí)施典型工作任務(wù)的有效載體。

2.教學(xué)模式改革的需要

學(xué)生在就業(yè)崗位從事網(wǎng)絡(luò)故障排除的事件是隨機(jī)、突發(fā)而無(wú)任何引導(dǎo)和提示的。而傳統(tǒng)方式的教學(xué)方法往往以知識(shí)和技能為切入點(diǎn)，遵循按部就班、先入為主的策略，這就約束了學(xué)生思維空間，降低思維鍛煉強(qiáng)度。在指導(dǎo)優(yōu)先與建構(gòu)優(yōu)先相融合教育理念的指導(dǎo)下展開(kāi)行動(dòng)導(dǎo)向的校內(nèi)教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生按照就業(yè)崗位的標(biāo)準(zhǔn)工作流程完成學(xué)習(xí)任務(wù)，就必須給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)“真實(shí)的虛擬”在崗工作氛圍和任務(wù)。傳統(tǒng)書(shū)本、圖示和靜態(tài)模型等形式只能提供抽象或者平面視覺(jué)，不能滿足環(huán)境觀察、實(shí)際操作的真實(shí)性要求。虛擬化網(wǎng)絡(luò)模型因?yàn)槠淞己玫南嗨菩院突?dòng)性而成為網(wǎng)絡(luò)管理課程開(kāi)展教學(xué)模式改革的必要資源。

3.信息化教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)的需要

進(jìn)行教學(xué)模式改革的同時(shí)，配套的教學(xué)資源也必須擺脫傳統(tǒng)形式、載體和結(jié)構(gòu)的局限，消除基于學(xué)科體系建立的資源孤島，在學(xué)習(xí)情境中融合典型工作任務(wù)的文檔、產(chǎn)品文獻(xiàn)資料、交互交流平臺(tái)和崗位環(huán)境等元素。利用虛擬化等現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)仿真的模型庫(kù)以較低的經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)仿真的崗位網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)形象、立體、開(kāi)放的結(jié)構(gòu)化資源庫(kù)的必要組成部分[4]。

4.技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性

模擬器和虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺(tái)PC上可以虛擬多臺(tái)路由、交換、安全或主機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并能夠彼此互連成比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，這就可以用較低的經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)模型。而且，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的仿真網(wǎng)絡(luò)以獨(dú)立文件存儲(chǔ)，既便于復(fù)制又便于訪問(wèn)和分發(fā)，輔之以物理設(shè)備還可以完成網(wǎng)絡(luò)性能管理等多種典型崗位任務(wù)的仿真。

三、模型庫(kù)開(kāi)發(fā)過(guò)程

為滿足上述要求，開(kāi)發(fā)基于虛擬化技術(shù)的仿真網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)按照“崗位調(diào)研、模型精選、分類實(shí)現(xiàn)、部署分發(fā)”步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.崗位調(diào)研

以就業(yè)為導(dǎo)向的職業(yè)教育活動(dòng)都應(yīng)該以崗位能力分析為邏輯起點(diǎn)，以達(dá)到崗位能力要求為目標(biāo)。崗位調(diào)研針對(duì)不同規(guī)模、不同類型和不同行業(yè)的企業(yè)進(jìn)行調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容包括：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、組成技術(shù)以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理員的能力要求等。

2.模型精選

為了突出模型的典型性，對(duì)崗位調(diào)研結(jié)果進(jìn)行歸類匯總，化繁為簡(jiǎn)，整理出具有代表性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模型和能力需求，如表1所示：

3.分類實(shí)現(xiàn)

目前有多種手段和工具可以實(shí)現(xiàn)精選的網(wǎng)絡(luò)模型，這些工具又具有不同的特點(diǎn)，必須依據(jù)開(kāi)放性和便于訪問(wèn)分發(fā)的原則按照不同的優(yōu)先順序選擇。本文采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)最常用的網(wǎng)絡(luò)模擬器GNS3，、Packet Tracer、ENSP和vmware workstation，再結(jié)合物理設(shè)備來(lái)分類實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)，如表2所示：

表1 學(xué)生就業(yè)崗位的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和能力要求

網(wǎng)絡(luò)類型 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) 主要技術(shù)組成 能力要求

園區(qū)網(wǎng) 小型 結(jié)構(gòu)和功能簡(jiǎn)單，管理人員少，沒(méi)有分工 布線系統(tǒng)、基本路由技術(shù)、基本交換技術(shù)、基本無(wú)線技術(shù)、桌面管理和安全等 專業(yè)能力要求較低，但必須全面;能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的故障分析和排除;有較好的溝通能力

中型 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功能較多，管理人員分工不明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、交換技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、服務(wù)器（主機(jī)）系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用和桌面管理等 專業(yè)能力要求較高，并且比較全面;能夠進(jìn)行故障分析和排除;有較好的溝通能力

大型 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能繁多、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、設(shè)備類型和數(shù)量多、對(duì)可靠性、安全性等有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、交換技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、冗余技術(shù)、服務(wù)器（主機(jī)）系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用和桌面管理等 專業(yè)能力要求高，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)、主機(jī)（操作系統(tǒng)）等至少一方面精通;能夠進(jìn)行復(fù)雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

廣域網(wǎng) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、設(shè)備類型較少但數(shù)量多、對(duì)可靠性有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、冗余技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等 專業(yè)能力要求高，在路由技術(shù)和VPN等方面特別精通;能夠進(jìn)行復(fù)雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

數(shù)據(jù)中心 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能繁多、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大但涉及存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)等特殊類型、設(shè)備類型和數(shù)量多、對(duì)可靠性、安全性等有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、交換技術(shù)、冗余技術(shù)、服務(wù)器（主機(jī)）系統(tǒng)、安全技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等 專業(yè)能力要求高，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)、主機(jī)（操作系統(tǒng)）、虛擬化技術(shù)或者數(shù)據(jù)庫(kù)等至少一方面精通;能夠進(jìn)行特別復(fù)雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

表2 實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)模型的方式一覽表

實(shí)現(xiàn)工具 功能 特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)模型種類

GNS3 網(wǎng)絡(luò)模擬器，采用虛擬化方法運(yùn)行真實(shí)IOS，模擬CISCO路由器、交換機(jī)、防火墻等 運(yùn)行真實(shí)IOS;功能完備;可與主機(jī)、Vmware workstation的虛擬網(wǎng)絡(luò)相互連接;占用系統(tǒng)資源較多 使用CISCO產(chǎn)品的廣域網(wǎng);路由高級(jí)功能、冗余;帶有防火墻/IDS;模擬連接vmware workstation的服務(wù)器等;但設(shè)備數(shù)量不能太多

Packet Tracer 模擬CISCO路由器、交換機(jī)、防火墻和簡(jiǎn)單主機(jī)等 模擬CISCO網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和主機(jī);占用資源較少，可以模擬大規(guī)模網(wǎng)絡(luò) 含有路由、交換、主機(jī)基本功能的大型廣域網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)等全景模型，但不支持冗余等高級(jí)功能

ENSP 模擬華為路由器、交換機(jī)和簡(jiǎn)單主機(jī)等 模擬華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;占用資源較多;可以與主機(jī)、Vmware workstation或者GNS3互連;占用系統(tǒng)資源較多 使用華為產(chǎn)品的廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)等;模擬連接vmware workstation的服務(wù)器等;但設(shè)備數(shù)量不能太多

Vmware workstation 桌面虛擬環(huán)境，可以獨(dú)立運(yùn)行Windows、Linux等操作系統(tǒng)，實(shí)體機(jī)器上模擬完整的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 運(yùn)行真實(shí)操作系統(tǒng);功能完備;占用資源大;可與主機(jī)、GNS3、ENSP等虛擬網(wǎng)絡(luò)相互連接;占用系統(tǒng)資源較多 與GNS等連接使用，模擬數(shù)據(jù)中心主機(jī)系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)、Apache等多種應(yīng)用軟件;多個(gè)vmware虛擬機(jī)可以構(gòu)建HA等冗余模型

物理設(shè)備 主機(jī)、交換機(jī)、路由器、防火墻等設(shè)備 真實(shí)設(shè)備;功能完整;但成本較高且數(shù)量有限 局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等局部場(chǎng)景的模型;需要性能測(cè)試的模型;與主機(jī)、vmware虛擬機(jī)連接使用可以構(gòu)建較復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心模型

表2所示，盡管Packet Tracer模擬的路由、交換的基本功能，但其消耗主機(jī)CPU和內(nèi)存資源較少，可以在PC上模擬更多的路由器和交換機(jī)，所以本文采用Packet Tracer實(shí)現(xiàn)只有簡(jiǎn)單路由和交換功能的大型園區(qū)網(wǎng)或廣域網(wǎng)的全景模型。針對(duì)功能復(fù)雜、設(shè)備類型較多、設(shè)計(jì)主機(jī)和應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型則需要主機(jī)、vmware workstation、網(wǎng)絡(luò)模擬器和物理設(shè)備等多個(gè)工具相連接來(lái)完成，如圖1所示：

三、模型庫(kù)的應(yīng)用

在教學(xué)中采用行動(dòng)導(dǎo)向的方法完成了某個(gè)項(xiàng)目，就意味著建立一種新的知識(shí)模型。本文中這個(gè)知識(shí)模型就是在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)的教學(xué)中建立起來(lái)的專業(yè)能力和知識(shí)體系。

1.在行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)中的應(yīng)用

如前所述，故障分析與排除能力是學(xué)生完成就業(yè)崗位運(yùn)行維護(hù)工作至關(guān)重要的能力，采用行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)模式可以提高這種隱性能力的培養(yǎng)效率。仿真網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用按照“咨詢、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查和評(píng)估”的任務(wù)關(guān)鍵流程來(lái)實(shí)施[6]，貫穿于崗位任務(wù)實(shí)施的完整行動(dòng)思維過(guò)程。

在“資訊”環(huán)節(jié)中教師為學(xué)生描述工作場(chǎng)景，提供網(wǎng)絡(luò)案例，學(xué)生收集信息，認(rèn)識(shí)案例所代表的網(wǎng)絡(luò)任務(wù);在“計(jì)劃和決策”環(huán)節(jié)中學(xué)生分析網(wǎng)絡(luò)案例中的問(wèn)題，制定解決方案;在“實(shí)施”環(huán)節(jié)中則要求學(xué)生直接在虛擬化的案例上進(jìn)行操作;在“檢查和評(píng)估”環(huán)節(jié)中驗(yàn)證、展示完成任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)案例。“六步”教學(xué)過(guò)程中均要求學(xué)生以在崗“網(wǎng)絡(luò)工程師”或者“網(wǎng)絡(luò)管理員”角色完成任務(wù)，教師則扮演“網(wǎng)絡(luò)用戶”或“企業(yè)管理者”角色進(jìn)行配合、輔助、指導(dǎo)或評(píng)價(jià)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)就業(yè)崗位認(rèn)知和職業(yè)能力培養(yǎng)。

2.調(diào)整完善

教學(xué)實(shí)踐是檢驗(yàn)仿真網(wǎng)絡(luò)模型在職業(yè)教育教學(xué)中是否實(shí)用性的主要途徑。所以在面向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)崗位開(kāi)發(fā)的課程體系中應(yīng)積極使用仿真網(wǎng)絡(luò)模型，模型在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等方面存在的問(wèn)題能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決。這些問(wèn)題主要集中在網(wǎng)絡(luò)模型性能表現(xiàn)和故障難度等方面，分發(fā)涉及多種技術(shù)和工具實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)模型會(huì)耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，需要優(yōu)化分發(fā)策略，使學(xué)生分組提前做好準(zhǔn)備，課前在校園網(wǎng)下載相應(yīng)案例。在教學(xué)中高效應(yīng)用仿真模型還要考慮學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，要注意技術(shù)應(yīng)用、故障設(shè)置的繁簡(jiǎn)和難易梯度。比如，有些網(wǎng)絡(luò)案例設(shè)置的復(fù)雜的故障，學(xué)生理解分析存在一定難度，就應(yīng)該拆分模型中復(fù)雜的故障使之難度降低。經(jīng)過(guò)調(diào)整完善及補(bǔ)充開(kāi)發(fā)新網(wǎng)絡(luò)模型及時(shí)更新可以保網(wǎng)絡(luò)模型與就業(yè)崗位任務(wù)的同步，促進(jìn)虛擬化仿真網(wǎng)絡(luò)模型的發(fā)展。

四、結(jié)論與展望

采用虛擬化技術(shù)與物理設(shè)備相結(jié)合的方式開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)以崗位調(diào)研為基礎(chǔ)，為學(xué)生建立全景式的仿真網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，結(jié)合行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)改變先入為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，突出方法和社會(huì)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化了教學(xué)活動(dòng)的針對(duì)性和職業(yè)性，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮資源支撐作用。然而，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)只是整個(gè)信息化教學(xué)資源庫(kù)的一個(gè)重要組成部分，應(yīng)該以之為基礎(chǔ)在企業(yè)產(chǎn)品信息、項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)、多媒體素材和績(jī)效制度等方面進(jìn)一步完善豐富教學(xué)資源庫(kù)。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）