基于虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程研究

毛自民

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000)

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基于虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程研究

毛自民

(商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000)

隨著社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才需求的增加，越來(lái)越多的高校加大了對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的培養(yǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的入門課程，它需要大量的實(shí)踐操作.文章針對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出將虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)融入實(shí)踐課程，介紹虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能，達(dá)到良好的教學(xué)效果.

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)攻防；信息安全

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)人才的需求缺口很大.對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)學(xué)生而言，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生在理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)和簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)操作外，還要重點(diǎn)掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和網(wǎng)絡(luò)攻防的技術(shù)，利用Internet進(jìn)行信息發(fā)布和信息的獲取[1]66-67.如果只是通過(guò)課堂上PPT的授課，學(xué)生無(wú)法獲取和掌握更專業(yè)的知識(shí)，只有通過(guò)反復(fù)的上機(jī)實(shí)踐操作才能增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力[2]45-46.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中引入虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行在線虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，既能適應(yīng)教學(xué)改革的要求，又能達(dá)到培養(yǎng)技能型高素質(zhì)、高技能人才的培養(yǎng)目標(biāo).

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程現(xiàn)狀分析

1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，該課程的實(shí)踐操作性和應(yīng)用性較強(qiáng).在教學(xué)過(guò)程中要引入分層教學(xué)體系，增加學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，讓學(xué)生能把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中，在實(shí)踐中反復(fù)錘煉，加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)程度.因此，上機(jī)實(shí)踐操作對(duì)于高職院校的人才培養(yǎng)是非常有必要的[3]51-53.

1.2 傳統(tǒng)的課程教學(xué)體系

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程均以理論知識(shí)為主，主要通過(guò)采用課堂的PPT講授、演示來(lái)實(shí)現(xiàn)，這只是對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)的驗(yàn)證，側(cè)重的是片面性，不能讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的整體認(rèn)識(shí)，不能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)綜合解決現(xiàn)實(shí)生活中面臨的實(shí)際問(wèn)題[4]119-120.

1.3 網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日新月異，網(wǎng)絡(luò)安全與信息安全知識(shí)更新速度過(guò)快，各類的安全問(wèn)題接踵而至.網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)踐本身就帶有一定的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)驗(yàn)中可能存在異常的病毒或者網(wǎng)絡(luò)安全的漏洞等，如果采用網(wǎng)絡(luò)實(shí)戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)，一旦注入病毒，那么整個(gè)現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)癱瘓，由網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)造成的災(zāi)難性后果不堪設(shè)想.世界上第一例病毒就是從實(shí)驗(yàn)室傳出來(lái)的，后來(lái)流傳到公共網(wǎng)絡(luò)上.正是由于網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)帶有一定的破壞性和危險(xiǎn)性，使得網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)成“紙上談兵”.因此，構(gòu)建安全行之有效的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是必不可少的.

2 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一種運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，它是面向教學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，它提供了與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的虛擬操作環(huán)境，使學(xué)生可以針對(duì)類似網(wǎng)絡(luò)攻防類的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自由獨(dú)立的動(dòng)手操作、設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原理，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和操作能力[2]45-46.

進(jìn)入虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后可以根據(jù)自身的情況進(jìn)行在線學(xué)習(xí)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，預(yù)約所要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)地和設(shè)備，完成各類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.以網(wǎng)絡(luò)攻防為例，學(xué)生可以在虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)格構(gòu)建、路由器的操作、數(shù)據(jù)鏈路層的操作等等(見(jiàn)圖1)，在完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)后，教師可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)評(píng)、考核(見(jiàn)圖2).

圖1 虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)管理

圖2 教師查看學(xué)生的總體實(shí)驗(yàn)情況界面

學(xué)生可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行登錄虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，登錄后可以進(jìn)行各種虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，教師為維護(hù)或管理虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管理者，教師可以對(duì)成績(jī)管理、用戶管理、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行管理，支持在線交流、實(shí)驗(yàn)預(yù)約等(見(jiàn)圖3).

圖3 管理員維護(hù)和管理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

3 虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成效顯著

3.1 路由器模擬實(shí)驗(yàn)

在該平臺(tái)中集成了大量的虛擬仿真實(shí)驗(yàn).例如：路由器、交換機(jī)、服務(wù)器等，支持常用的UDP、HTTP、DNS等協(xié)議類型，學(xué)生可以直觀地創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，快速地完成各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、調(diào)試實(shí)驗(yàn).學(xué)生還可以看到清晰的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳送過(guò)程，加深對(duì)數(shù)據(jù)包、協(xié)議的理解.通過(guò)修改其中的參數(shù)來(lái)觀察不同參數(shù)所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境，還可以靈活地更改平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)，獲取感興趣的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù).通過(guò)設(shè)置參數(shù)，分析網(wǎng)絡(luò)性能，理解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程.在路由器模擬實(shí)驗(yàn)中，所有設(shè)備的配置界面都是圖形化的，任何一個(gè)設(shè)備都清晰明了.這樣既學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)知識(shí)，又能通過(guò)該實(shí)驗(yàn)配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和組建企業(yè)內(nèi)部網(wǎng).

3.2 計(jì)算機(jī)病毒攻防模擬實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)病毒具有傳播性和擴(kuò)散性的特點(diǎn)，讓學(xué)生在該平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)真實(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)，為此該平臺(tái)提供了上百種典型的病毒源碼程序，能夠把病毒的工作原理及感染方式展現(xiàn)出來(lái)，提供CIH病毒模擬實(shí)驗(yàn)、各式各樣病毒的入侵和防御模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境.

在CIH病毒模擬實(shí)驗(yàn)中，分層次、分組進(jìn)行模擬攻防，由兩名學(xué)生組成攻防組，操作A和B兩臺(tái)主機(jī)，操作主機(jī)A的同學(xué)啟用CIH病毒源程序；主機(jī)B執(zhí)行漏洞程序，啟動(dòng)協(xié)議器，捕捉傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，查看ARP協(xié)議，觀察感染過(guò)程，直到被感染.通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更加真切地感受到病毒的危害性和病毒的工作原理.使學(xué)生能夠掌握和分析病毒的原理、預(yù)防方法和預(yù)防手段，其中牽涉到不懂的技術(shù)可以讓學(xué)生有針對(duì)性地補(bǔ)充學(xué)習(xí)各類攻防方面的書(shū)籍和病毒代碼程序，極大地加強(qiáng)了對(duì)病毒的深入理解以及病毒攻防的運(yùn)用[5]10-40.

3.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模擬實(shí)驗(yàn)

在平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以手動(dòng)輸入可編輯和發(fā)送的協(xié)議數(shù)據(jù)包進(jìn)入模擬操作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議器捕獲協(xié)議數(shù)據(jù)包，還可以對(duì)IP進(jìn)行解析.在對(duì)發(fā)送郵件進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)SMTP、POP3發(fā)送郵件，了解SMTP、POP3的協(xié)議類型、使用方法和發(fā)送郵件的過(guò)程，還掌握了SMTP的工作過(guò)程以及數(shù)據(jù)包是如何封裝的[6]27-29.通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，讓學(xué)生深入了解協(xié)議的工作原理和運(yùn)行機(jī)制.

3.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的創(chuàng)建，我們采用的是Packet Tracer，它是一款仿真軟件，通過(guò)它可以構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建系統(tǒng)，它提供了各種可視化的仿真設(shè)備模型，學(xué)生可以通過(guò)它來(lái)構(gòu)建任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，方便靈活地設(shè)置各種設(shè)備參數(shù)，可以靈活的配置網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò).學(xué)生可以查看路由器的分配表、觀察協(xié)議的工作過(guò)程、跟蹤網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)[7]195-197.通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，把樓宇、辦公室、城市等虛擬化，達(dá)到與真實(shí)環(huán)境的統(tǒng)一，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的信心，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)產(chǎn)生濃厚的興趣.

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)真實(shí)有效地解決了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教學(xué)中存在的眾多問(wèn)題，做到“虛實(shí)結(jié)合”，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中引入虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)，是學(xué)科發(fā)展的需要，也是培養(yǎng)理論知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)技型人才的需要.虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降牟蛔?虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了多樣化的網(wǎng)絡(luò)模擬空間，仿真式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，吸引學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)、了解實(shí)驗(yàn)原理、感受實(shí)驗(yàn)過(guò)程. 未來(lái)我們將以云教學(xué)平臺(tái)為突破口，采用互聯(lián)網(wǎng)在線式的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)在線創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)對(duì)虛擬化技術(shù)和云計(jì)算的綜合應(yīng)用能力，為社會(huì)培養(yǎng)更多的高素質(zhì)、動(dòng)手能力強(qiáng)的技能型人才.

[1] 翟宏宇.基于虛擬仿真平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2015(17).

[2] 李輝發(fā).計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015(06).

[3] 譚方勇，張 燕，李金祥.基于虛擬仿真軟件技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2011(11).

[4] 強(qiáng)振平，李 彤.非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)研究[J].大學(xué)教育，2014(17).

[5] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M].北京:高等教育出版社, 2012.

[6] 王 輝,李晉光.基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2010(12).

[7] 蔡群英,黃鎮(zhèn)建.搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2009(6).

[責(zé)任編輯 冰 竹]

Research on Computer Network Course Based on Virtual Network Experiment Platform

MAO Zimin

(ShangQiuPloytechnic,Shangqiu476000,China)

With the increase of computer network talent demand of society, more and more colleges and universities increase the training of computer network talents. The computer network course is an introductory course for the professional, it needs to a lot of practical operation. In view of the existing problems existed in computer network courses in the practical teaching of network attack and defense, the paper proposed virtual experiment platform of network is integrated into the curriculum practice and introduced the function of the virtual experiment platform in order to achieve good teaching effect.

computer network; virtual network experimental platform; Network attack and defense; information safety

2016-06-06

毛自民(1981- )，男，河南南樂(lè)人，商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)攻防研究。

1671-8127(2016)05-0045-03

TP393-4；G642

A