虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程中的應(yīng)用與實(shí)踐

賈利娟

摘要：實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程的主要特征，但由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)環(huán)境有限，很多實(shí)驗(yàn)無法開展。因此在高職院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)中，引入虛擬仿真技術(shù)，有效地緩解了學(xué)校網(wǎng)路實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)壓力，同時增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并保證了課程的教學(xué)質(zhì)量。該文介紹了常用的幾種仿真技術(shù)，并通過使用仿真軟件Packet Tracer完成局域網(wǎng)課程中的一個實(shí)訓(xùn)案例，講述了仿真軟件的模擬過程并分析了仿真運(yùn)行結(jié)果。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)仿真；Packet Tracer

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0121-03

1 概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門交叉學(xué)科，近些年隨著通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)管理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理與維護(hù)等課程已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)專業(yè)和通信專業(yè)的專業(yè)核心課程，在以上這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程中常常涉及大量抽象的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議理論知識和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，學(xué)生理解和掌握起來非常困難。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，通過部署真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)可以很好地解決上述問題，但是由于迅速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、飛快更新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、昂貴的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本、綜合性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這些問題導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成后資源難于共享和重新配置，因此很多院校很難建成滿足課程需要的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而這直接影響了課程的教學(xué)效果和質(zhì)量。為了解決以上問題，我們在網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)中引入了虛擬仿真技術(shù)，這樣不但節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)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。

2 網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)及常用工具

2.1 網(wǎng)絡(luò)仿真的概念

網(wǎng)絡(luò)仿真也叫網(wǎng)絡(luò)模型，它是指通過模擬軟件在計(jì)算機(jī)上建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、協(xié)議和鏈路的模型，并通過模型的仿真運(yùn)行得到網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性能數(shù)據(jù)的技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)它是一種科學(xué)的手段，主要用來預(yù)測和反映網(wǎng)絡(luò)性能。通過仿真軟件所得到的仿真運(yùn)行結(jié)果，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的各種不同方案間的驗(yàn)證與比較提供了可靠的數(shù)據(jù)，同時為網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了最真實(shí)的定量數(shù)據(jù)，為決策的制定提供了最有效的手段。

2.2 網(wǎng)絡(luò)仿真工具簡介

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中常用的網(wǎng)絡(luò)仿真工具有：NS、QualNet、OPNet、GloMosim、OMNet++、BosonNetsim、PacketTracer等。本節(jié)對NS-2、OPNet、BosonNetsim、PacketTracer四種仿真工具進(jìn)行簡要介紹。

①NS-2：NS-2是一款開放源代碼并且完全免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，主要面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究。它是面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)模擬器，由C++和Otcl語言編寫而成，NS-2的體系結(jié)構(gòu)是開放的，并且在NS-2中有許多支持協(xié)議庫，特別適合于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的模擬。同時在NS-2中還包括基礎(chǔ)設(shè)備、協(xié)議模型、鏈路、無線移動模型等大量豐富的構(gòu)件庫，它們具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)模擬仿真功能。除此以外NS-2仿真軟件還包括了NS、Otel、Tcl/Tk、Tclcl等組件，這些組件構(gòu)成了NS-2的軟件包。

②OPNet：OPNet是由MIT的幾位教師在1986年創(chuàng)建的，并由MIL3公司開發(fā)的仿真軟件包，它可以對無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、接入網(wǎng)以及各種混合型的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在OPNet中采用三層建模機(jī)制對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，分別是Network層、Node層、 Process層，其中Network層（網(wǎng)絡(luò)層）模型在圖形用戶界面的Project Editor工具中建立、Node層（結(jié)點(diǎn)層）模型在圖形用戶界面的Node Editor工具中建立，Process層（進(jìn)程層）模型在圖形用戶界面的Process Editor工具中建立。OPNet使用面向?qū)ο蟮慕７绞?，這使得它的模型具有很好的繼承性和可重用性。在OPNet中有標(biāo)準(zhǔn)模型庫和特殊模型庫兩類仿真模型庫，同時在Modeler中存在源代碼完全公開的各種協(xié)議，用戶在使用過程中只需根據(jù)自己的需要添加、修改已有的源代碼，使用非常方便。

③BosonNetsim：BosonNetsim是BoSon公司推出了一款Cisco路由器、交換機(jī)的模擬軟件，它為準(zhǔn)備參加CCNA、CCNP考試的人員提供了實(shí)踐練習(xí)的有利環(huán)境。Boson NetSim由兩部分組成：分別為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)工具（BoSon Network Designer）和模擬Cisco設(shè)備配置環(huán)境軟件（Boson NetSim for CCNP）。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)工具主要用來繪制實(shí)訓(xùn)中所用到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，同時Boson NetSim軟件在安裝后會自帶一些已定制好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，擴(kuò)展名為.top文件存放在所安裝程序的主目錄下，用戶可以從File菜單中的Open命令打開已存在的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖進(jìn)行使用。模擬Cisco設(shè)備配置環(huán)境軟件部分主要用于Cisco路由器的模擬、交換機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的模擬，同時在這里用戶可以進(jìn)行路由器的配置、交換機(jī)設(shè)備的配置、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察、運(yùn)行協(xié)議的診斷工作。

④PacketTracer：PacketTracer是由思科公司開發(fā)的一款網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，是用于思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院的學(xué)員學(xué)習(xí)CCNA時使用，在這款網(wǎng)絡(luò)仿真軟件中提供了思科的各種型號的路由器、交換機(jī)及多種添加模塊，同時為了做好網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)在Packet Trace的設(shè)備庫中還有PC機(jī)、服務(wù)器、無線AP、各種各樣的線纜、IP電話、幀中繼交換機(jī)、智能卡等設(shè)備。在Packet Trace中使用者可以通過虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并繪制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，同時使用者可以在CLI中的IOS Command Line Interface窗口進(jìn)行命令配置。

4 我國計(jì)算機(jī)教育MOOC發(fā)展探索

4.1 深入MOOC建設(shè)探討

深入的探討MOOC體系的構(gòu)建，重視對當(dāng)下數(shù)據(jù)、信息資源的收集，營造一個良好的環(huán)境進(jìn)行教學(xué)工作質(zhì)量的提升，滿足未來教學(xué)工作的開展，實(shí)現(xiàn)教學(xué)工作的效率提高需求。深入的探討MOOC模式體系構(gòu)建，主要就是為了實(shí)現(xiàn)對軟件工作的進(jìn)一步開發(fā)，將教學(xué)的內(nèi)容不再局限于傳統(tǒng)的教學(xué)模式當(dāng)中，充實(shí)和豐富傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，整合數(shù)據(jù)信息資源，保證具體工作的開展呈現(xiàn)出良好的服務(wù)模式，保證學(xué)生對于自己需求課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。MOOC模式的構(gòu)建也是為了完成混合教學(xué)的方法，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行革新的轉(zhuǎn)變，豐富教學(xué)內(nèi)容的同時增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，為我國培養(yǎng)全面性人才奠定良好的教學(xué)基礎(chǔ)[6]。

4.2 深入MOOC使用探討

深入的探討關(guān)于MOOC體系和模式的使用，主要是為了實(shí)現(xiàn)對教學(xué)理念的革新和教學(xué)體系的完善需求。重視對MOOC體系的運(yùn)作，主要的為了將傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式進(jìn)行改革，在實(shí)際的教學(xué)工作當(dāng)中開展切實(shí)有效的教學(xué)工作流程設(shè)計(jì)和安排。針對MOOC模式的要求，將實(shí)際的課程學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，由學(xué)校進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)和安排，經(jīng)過教師的切實(shí)指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對教學(xué)工作內(nèi)容的豐富，滿足不同學(xué)生群體對于學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)氛圍的設(shè)定。MOOC模式在應(yīng)用的過程中始終遵循一定的原則，就是保證大規(guī)模的開放式教學(xué)，但是不缺失個性化的教學(xué)內(nèi)容與模式。針對我國高校的計(jì)算機(jī)教學(xué)工作進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和理順，從實(shí)際的課堂內(nèi)容中調(diào)節(jié)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)授課的需求。

4.3 深入MOOC發(fā)展機(jī)制探討

深入對MOOC體系發(fā)展的機(jī)制進(jìn)行探討，主要是為了創(chuàng)建靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)教育工作內(nèi)容的完善。采取科學(xué)化的模式進(jìn)行相關(guān)工作的梳理和安排，主要是為了確保具體教學(xué)工作的開展具有時效性和質(zhì)量保障。通過學(xué)習(xí)西方的先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)理念，在我國實(shí)際的教學(xué)工作中開展相關(guān)的教學(xué)模式和課程，采取MOOC標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證和審核，通過切實(shí)有效的評價實(shí)現(xiàn)對教學(xué)資源的整合，滿足我國教學(xué)工作的需要，保證提升我國社會的高校教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而提升教學(xué)工作的綜合能力和國際社會競爭力。讓學(xué)生們在現(xiàn)代化的體系當(dāng)中進(jìn)行相關(guān)知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)，以此滿足學(xué)生的能力培養(yǎng)需求[7]。

5 結(jié)論

綜上所述，本次研究主要針對目前我國開展的MOOC進(jìn)行分析和討論，關(guān)注到西方先進(jìn)國家實(shí)際的工作開展具有一定的前瞻性，以我國實(shí)際的國情出發(fā)進(jìn)行MOOC模式和平臺是設(shè)計(jì)與構(gòu)建，能夠滿足未來我國教學(xué)事業(yè)發(fā)展的眾多需求。伴隨世界一體化進(jìn)程加速，全面的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時代帶來，重視新課改制度下的教學(xué)工作轉(zhuǎn)型與發(fā)展是當(dāng)下以及未來教育工作的重點(diǎn)，也是形勢變化下必將呈現(xiàn)出的發(fā)展趨勢要求。MOOC的模式支持大量數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的平臺中拓展，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生對教學(xué)資源的收集，也能夠?qū)崿F(xiàn)及時更新知識結(jié)構(gòu)和知識點(diǎn)的需求。通過MOOC提升我國教學(xué)工作的效率和質(zhì)量，可以實(shí)現(xiàn)對我國計(jì)算機(jī)教學(xué)綜合能力提升需求，保證實(shí)際的工作開展呈現(xiàn)出具有國家和地域特色的要求，也能夠?yàn)槲覈鐣囵B(yǎng)全面性的人才基礎(chǔ)，為我國提升綜合國力助力。

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