計算機網(wǎng)絡技術課程仿真教學模式的創(chuàng)新研究

關曉穎++謝盛嘉

摘要：計算機網(wǎng)絡技術作為計算機網(wǎng)絡專業(yè)核心主干課程，是一門實踐性非常強的課程。傳統(tǒng)網(wǎng)絡實驗室需要配備路由器、交換機等物理設備，建設成本較高，利用率低。該文分析了在傳統(tǒng)網(wǎng)絡實驗室開展計算機網(wǎng)絡實驗教學中存在的問題，引入虛擬仿真和云桌面等技術，構建虛擬實訓室，改進計算機網(wǎng)絡技術課程的實訓教學，對提升教學質量具有重要意義。

關鍵詞：仿真；虛擬化；虛擬實訓室；實訓教學

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）17-0107-02

Research on Innovation of Simulation Teaching Model in Computer Network Technology Courses

GUAN Xiao-ying1， XIE Sheng-jia2

（1.Guangdong Food and Drug Vocational College， Guangzhou 510520， China； 2.Guangdong Womens Polytechnic College， Guangzhou 511450， China）

Abstract： Computer Network Technology as a computer network core course is a very strong practical course. Traditional network lab equipment needs physical routers， switches， etc.， with higher construction costs and low utilization rate. This paper analyzes the problems in computer network experiment teaching with conventional network laboratories. It builds the virtual experiment lab based on virtualization， simulation， cloud desktops， etc. to improve practical teaching in computer network courses. It is important to enhance the quality of teaching.

Key words： simulation； virtualization； virtual lab； practical teaching

高職院校的辦學宗旨是培養(yǎng)生產(chǎn)建設一線的高技能型人才。除掌握必要的理論知識外，更重要的是通過大量的課程實訓掌握實際操作技能。計算機網(wǎng)絡技術作為計算機網(wǎng)絡專業(yè)核心主干課程，是一門實踐性非常強的課程， 需要培訓學生實際動手能力。因此必須加強實踐環(huán)節(jié)的教學。在課程教學中，最基本的實踐環(huán)節(jié)是對常用聯(lián)網(wǎng)設備進行拓撲設計、配置和管理，組建滿足實際需求的網(wǎng)絡。計算機實驗實訓室的建設頗為重要。除部分有實力的高職院校實訓條件優(yōu)越，能充分滿足學生實訓要求外，當前仍有相當數(shù)量的高職院校實訓條件不理想。因此，探索應用計算機虛擬仿真、云計算等新技術，構建虛擬實訓室，改進計算機網(wǎng)絡技術課程的教學，具有重要現(xiàn)實意見。

1 當前計算機網(wǎng)絡課程教學中存的問題

1.1 構建網(wǎng)絡實訓室成本高

常規(guī)網(wǎng)絡實驗室需要配備路由器、交換機等設備。所使用的網(wǎng)絡設備一般會選用市場占有率較高的廠商，如思科、華三、銳捷等。路由器、交換機、防火墻、IDS、IPS、SAN網(wǎng)絡存儲等這些網(wǎng)絡設備廠商由于競爭壓力以及技術的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡設備的更新非?？靃1]。實訓室需要每隔3-4年更新網(wǎng)絡設備?？陀^上造成網(wǎng)絡實訓室建設成本過高。

1.2 網(wǎng)絡實訓室利用率不高

一般網(wǎng)絡實訓室都僅僅是采購幾臺樣機，學生以分組實驗的方式進行實踐使用。實訓室并不能保證每個學生人手一臺設備，學生的實訓實踐效果會打一個大大的折扣，實際教學效果不理想。學生在日常的實訓操作過程中，頻繁對設備進行通電、插拔等操作，也會加速設備的損耗[2]。設備一旦損壞，將嚴重影響教學。再加上網(wǎng)絡實訓室只能為計算機網(wǎng)絡專業(yè)所使用，綜合利用率非常低。

綜上所述，為了減低網(wǎng)絡實訓室建設成本，充分提高實訓室的利用率，提升實踐教學的效果，可以考慮引入網(wǎng)絡模擬器等虛擬仿真技術構建虛擬網(wǎng)絡實驗室，改進網(wǎng)絡實驗教學。

2 虛擬仿真技術

2.1 虛擬仿真技術概念

IBM對虛擬化作出了定義，“虛擬化是資源的邏輯表示，可以是各種硬件資源，也可以是各種軟件環(huán)境，如網(wǎng)絡虛擬化、桌面虛擬化”[3]。仿真技術主要是應用于網(wǎng)絡協(xié)議的構建，計算機是仿真技術主要的工具和載體[4]。綜合運用虛擬化和仿真技術，可以稱為虛擬仿真技術，是用計算機創(chuàng)建一個可視化實驗操作環(huán)境，通過操作這些虛擬實驗儀器或設備，即可進行各種實驗，達到與真實實驗相一致的教學目的和要求[5]。

2.2 虛擬仿真軟件

（1）網(wǎng)絡仿真軟件[6]

比較常用的網(wǎng)絡仿真軟件有Boson NetSim、Packet Tracer、RouterSim等。RouterSim是完全按照CCNA的實驗設計的，非常適合學習CCNA的實驗內容。最大的不足是RouterSim僅局限于實驗，不能自定義網(wǎng)絡拓撲結構。Packet Tracer 是Cisco公司設計的產(chǎn)品，對Cisco公司自身的交換機、路由器等設備兼容性最好。Boson NetSim 由網(wǎng)絡拓撲設計器和網(wǎng)絡仿真模擬組成。Boson NetSim可以模擬交換機、路由器等設備，并可自定義網(wǎng)絡拓撲結構，可以模擬局域網(wǎng)環(huán)境以及廣域網(wǎng)環(huán)境。Boson NetSim 軟件對PC運行環(huán)境要求不高，實驗環(huán)境的配置較為簡單，適合要求不高的實驗場合。

（2）虛擬主機及云桌面[7]

VMware和Virtual PC 是當前使用率非常高的兩款虛擬主機軟件，能在真實的物理主機上運行多個虛擬主機，并安裝Windows/Linux等多種類型的操作系統(tǒng)。基于云計算技術的桌面虛擬化，將計算機終端系統(tǒng)（也稱作桌面）進行虛擬化，可以通過任何設備，在任何地點，任何時間通過網(wǎng)絡訪問桌面系統(tǒng)。

3 應用虛擬仿真技術改進網(wǎng)絡實驗教學

3.1 構建虛擬網(wǎng)絡實訓室

使用普通機房就可以構建網(wǎng)絡實訓室，并不需要專門的網(wǎng)絡實訓室。普通機房中每臺學生機都安裝網(wǎng)絡仿真軟件（如Boson NetSim）及虛擬化軟件（如VMware）。通過Boson NetSim的模擬能力，能仿真模擬教學中所用到的常見的網(wǎng)絡交換設備，如路由器、防火墻、交換機等。利用Boson NetSim靈活搭建各種網(wǎng)絡結構，并模擬網(wǎng)絡故障，可進行便捷快速部署，節(jié)省人力及硬件環(huán)境，為網(wǎng)絡實驗教學節(jié)省額外的環(huán)境部署時間。在學生物理機上安裝虛擬主機軟件（如VMware），虛擬多個主機并安裝所需的操作系統(tǒng)。這樣可以大大節(jié)省物理主機的數(shù)量，而且可以快速激活實訓所需的操作系統(tǒng)，進行網(wǎng)絡實驗，提高網(wǎng)絡實踐的效果。

3.2 設計實訓任務，開展實訓教學

教師可以設置眾多工作任務，每個工作任務都是基于實際問題而設立，把學生置身于真實場景中，學生需要獨立解決工作任務。在任務教學中，學生需要了解真實場景的需求，在網(wǎng)絡仿真軟件中繪制相應的網(wǎng)絡拓補結構圖，部署相應的防火墻、路由器、交換機、主機等網(wǎng)絡設備，配置各網(wǎng)絡設備的IP、鏈路、路由、網(wǎng)絡協(xié)議等，搭建模擬實驗環(huán)境。通過對網(wǎng)絡的反復配置、試驗和分析，學生在實踐中掌握網(wǎng)絡技術，鞏固知識和提高水平。學生每完成一個任務，教師可以引導學生進入下一個遞進的任務，實施分層教學，充分調動各個層次學生的積極性。

同時，教師可根據(jù)學生的基礎，利用Boson NetSim或RouterSim開展CCNA、CCNP認證考試訓練。這些試驗包內置了進行CCNA、CCNP所需的進階實驗，教師通過軟件的實驗導航器可以有計劃、循序漸進地進行實驗練習，為學生將來進行思科認證考試提供一個平臺[8]。

作為一個網(wǎng)絡管理員，要使網(wǎng)絡保持平穩(wěn)運行，還必須及時排除故障，這需要非常豐富的經(jīng)驗。這就要求日常教學中，學生不能僅僅照著葫蘆畫瓢，還應能排除網(wǎng)絡故障。教師在模擬器的幫助下，可以設置一些網(wǎng)絡故障點并以記錄配置形式保存后打包發(fā)給學生，讓學生分析，邊做邊學，積累排除故障的經(jīng)驗。

3.3 應用虛擬桌面實現(xiàn)隨時隨地進行網(wǎng)絡實訓

當前越來越多的高校建設新一代、基于云計算技術的虛擬機房。在虛擬機房中，學生機不再是物理機，而僅僅是一個終端。各個終端通過網(wǎng)絡連接至中心主機，對應中心主機內的各個主機實例。學生可在普通PC端，甚至移動端，安裝客戶端，實現(xiàn)連接至中心主機的虛擬桌面，可以像操作本地物理機一樣操作云端主機。云端主機裝有網(wǎng)絡實驗所需的所有仿真軟件及環(huán)境，可實現(xiàn)在任何時間、任何地點進行網(wǎng)絡實驗操作，打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡實驗室的時空和人力限制，更好地提升實訓教學效果，如圖1所示。

4 結束語

本文分析了當前計算機網(wǎng)絡課程實訓教學中存在的問題，針對這些問題，探索應用計算機虛擬仿真、云計算等新技術，構建虛擬實訓室，改進計算機網(wǎng)絡技術課程的教學。采用虛擬技術構建的網(wǎng)絡實驗室，解決了傳統(tǒng)硬件實驗室經(jīng)費投入大、管理與維護困難等方面的問題，提高了教學質量。但是虛擬仿真實驗不能完全代替真實的物理實驗，還需要在真實的環(huán)境中進行實戰(zhàn)。

參考文獻：

[1]陳悅. 基于虛擬化的網(wǎng)絡實驗教學創(chuàng)新模式的研究與實踐[J]. 福建電腦，2012（3）：175-176.

[2]吳強. 基于虛擬化技術的計算機網(wǎng)絡專業(yè)實踐教學環(huán)境建設的研究[J]. 天津科技，2012（1）：49-51.

[3]桑玉民. 虛擬仿真軟件在高職計算機網(wǎng)絡實訓中的實踐[J]. 晉城職業(yè)技術學院學報，2013（3）：26-28.

[4]路瑜. 淺析仿真技術在高職計算機網(wǎng)絡教學中的應用研究[J]. 才智，2014（12）：184.

[5]康娜，趙海軍. 淺析虛擬仿真實驗在提升高職實踐課中的凸顯優(yōu)勢[J].商情，2011（47）：74.

[6]黃培花. 基于Boson Netsim構建虛擬網(wǎng)絡實驗環(huán)境[J]. 信息技術與信息化，2009（4）：11-13.

[7]譚方勇，張燕，李金祥. 基于虛擬仿真軟件技術的計算機網(wǎng)絡實驗教學體系[J]. 計算機時代，2011（11）：51-53.

[8]張德鳳，王曉玲. 虛擬網(wǎng)絡實驗室在計算機網(wǎng)絡教學中的應用[J]. 考試周刊，2009（35）：140-141.