淺談模擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

羅昌鍔

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)屬于交叉學(xué)科，它所涉獵的學(xué)科種類多、知識(shí)內(nèi)容廣，但整體知識(shí)點(diǎn)表現(xiàn)相對(duì)抽象，所以在理論課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中也存在較大的實(shí)施難度。在當(dāng)前新技術(shù)的應(yīng)用與影響下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)需要進(jìn)行改革優(yōu)化，專門(mén)引入模擬仿真技術(shù)并探討其在職業(yè)院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的理論與實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程，結(jié)合案例展開(kāi)科學(xué)分析。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);模擬仿真技術(shù);應(yīng)用;現(xiàn)實(shí)意義;NS2仿真技術(shù)

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）17-0104-02

職業(yè)院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)同時(shí)兼顧較強(qiáng)的理論性與實(shí)踐性，且教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用范圍相當(dāng)之廣，為了有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)效率，可在教學(xué)中采用仿真教學(xué)法，結(jié)合職業(yè)院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程已有教學(xué)資源構(gòu)建，優(yōu)化仿真教學(xué)環(huán)境，滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用中的所有現(xiàn)實(shí)需要。

一、關(guān)于模擬仿真技術(shù)

（一）基本內(nèi)涵

在國(guó)外，模擬仿真技術(shù)已經(jīng)擁有10余年的研究應(yīng)用歷史，它目前主要被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開(kāi)發(fā)、應(yīng)用過(guò)程中。而現(xiàn)如今，模擬仿真技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于教育研究領(lǐng)域，例如像圍繞模擬仿真技術(shù)所提出的控制理論、系統(tǒng)理論以及相似原理信息技術(shù)理論等都具有一定先進(jìn)性，他們強(qiáng)調(diào)圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)仿真設(shè)備與工具設(shè)計(jì)、應(yīng)用，圍繞研究者、學(xué)習(xí)者的實(shí)際設(shè)想展開(kāi)動(dòng)態(tài)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，處處體現(xiàn)模擬仿真技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性。一般情況下，模擬仿真技術(shù)可被劃分為兩種：建立模擬仿真模型以及實(shí)施模擬仿真實(shí)驗(yàn)。

（二）模擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的作用

模擬仿真技術(shù)目前已經(jīng)被應(yīng)用于某些職業(yè)院校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中，它可豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，特別是能夠幫助學(xué)生解決一些難度相對(duì)較大的教學(xué)問(wèn)題。所以職業(yè)院校專業(yè)教師一般都會(huì)嘗試?yán)媚M仿真技術(shù)設(shè)置課堂教學(xué)內(nèi)容，有效推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程，提高教學(xué)質(zhì)量。

具體到教學(xué)內(nèi)容方面，模擬仿真技術(shù)主要通過(guò)虛擬化技術(shù)將模擬軟件完整建立于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備與所有鏈接模式之上，且它具有相對(duì)獨(dú)立、特色鮮明的邏輯性內(nèi)涵，可在模擬仿真技術(shù)運(yùn)行過(guò)程中獲得大量物理數(shù)據(jù)內(nèi)容。就目前職業(yè)院校中已有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模擬仿真技術(shù)應(yīng)用方式中，它已經(jīng)包含了上文所提到的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模型與網(wǎng)絡(luò)模擬仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

二、模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義

（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的現(xiàn)存問(wèn)題

嚴(yán)格來(lái)講，當(dāng)前職業(yè)院校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)是存在諸多問(wèn)題的，由于學(xué)科本身具有極強(qiáng)的交叉性，所蘊(yùn)含知識(shí)內(nèi)容相當(dāng)豐富（包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能、密碼學(xué)等），所以它所呈現(xiàn)出的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)是相對(duì)抽象且涉獵范圍較廣的，教師較難在有效時(shí)間內(nèi)將大量知識(shí)內(nèi)容清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生，更沒(méi)有時(shí)間結(jié)合理論實(shí)際展開(kāi)教學(xué)。因此在如此條件下所展開(kāi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)往往內(nèi)容空洞且教學(xué)過(guò)程枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)，甚至容易產(chǎn)生逆反心理。

教師無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐教學(xué)的相互協(xié)調(diào)，無(wú)法幫助學(xué)生提高學(xué)科的思考及創(chuàng)新能力，這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容的學(xué)習(xí)理解不夠深刻，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶也不夠清晰。例如在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，對(duì)某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的產(chǎn)生背景或狀態(tài)流程具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程理解不透徹，存在過(guò)耳就忘的問(wèn)題。同時(shí)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有些學(xué)生也會(huì)因?yàn)槔碚撆c實(shí)踐能力結(jié)合不強(qiáng)而無(wú)所適從，這源于他們對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)的理解模糊，極度缺乏創(chuàng)新意識(shí)，無(wú)法在學(xué)習(xí)過(guò)程中有效提高自身的創(chuàng)新能力。

（二）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)引入模擬仿真技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

職業(yè)院校由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其他軟硬件設(shè)施相對(duì)欠缺，所以目前就引入了模擬仿真技術(shù)，它可有效模擬創(chuàng)造計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)及場(chǎng)地環(huán)境，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)職業(yè)院校已有教育教學(xué)資源的有效整合，降低校內(nèi)教學(xué)設(shè)備資源的閑置率。在引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)方面，模擬仿真技術(shù)也發(fā)揮了巨大的應(yīng)用作用，以下簡(jiǎn)單談兩點(diǎn)。

1.設(shè)計(jì)模擬仿真教學(xué)模型

目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在理論與實(shí)際操作結(jié)合方面表現(xiàn)相對(duì)薄弱，所以教師需要結(jié)合教學(xué)實(shí)際，為學(xué)生設(shè)計(jì)構(gòu)建模擬仿真教學(xué)模型，并在模型教學(xué)中融入全新的認(rèn)知觀點(diǎn)與創(chuàng)新思想，從理論整體上幫助學(xué)生把握課程中的各個(gè)知識(shí)要點(diǎn)內(nèi)容，深度培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造意識(shí)與創(chuàng)新能力。以模擬仿真教學(xué)模型作為基本平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)全面整合起來(lái)，為學(xué)生設(shè)定學(xué)習(xí)主線與輔線。在實(shí)際教學(xué)中主要沿著“主線”展開(kāi)理論教學(xué)，規(guī)整計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的零散知識(shí)內(nèi)容，而在“輔線”中展開(kāi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，在實(shí)踐中幫助學(xué)生厘清學(xué)習(xí)思路，同時(shí)處處體現(xiàn)模擬仿真教學(xué)模型的教學(xué)功能優(yōu)越性。

2.合理應(yīng)用模擬仿真技術(shù)

模擬仿真模型的構(gòu)建可凸顯對(duì)模擬仿真技術(shù)的立體化應(yīng)用，它強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，教師會(huì)靈活運(yùn)用各種模擬仿真技術(shù)，將教學(xué)過(guò)程置于相對(duì)真實(shí)的習(xí)題練習(xí)環(huán)境中，不斷提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，積累操作經(jīng)驗(yàn)，最終培養(yǎng)職業(yè)院校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技能型人才。在模擬仿真技術(shù)應(yīng)用中是存在諸多抽象知識(shí)內(nèi)容的，它就通過(guò)這些抽象知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的某些真實(shí)技能，突破原有傳統(tǒng)教學(xué)限制，例如可幫助學(xué)生真正了解某些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造與深度操作技巧，模擬仿真操作環(huán)境，深入了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，而這些教學(xué)技術(shù)內(nèi)容恰好是傳統(tǒng)教學(xué)模式所不具備的[1]。

三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的模擬仿真技術(shù)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中引入模擬仿真技術(shù)可實(shí)現(xiàn)諸多類型的教學(xué)應(yīng)用，豐富整個(gè)教學(xué)過(guò)程，對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生正確學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)都有一定幫助。下文簡(jiǎn)單介紹了幾點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中模擬仿真技術(shù)的具體應(yīng)用。

（一）網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的應(yīng)用

模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用就是幫助學(xué)生直觀地感受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)內(nèi)容，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與相關(guān)協(xié)議擁有相對(duì)深刻的理解，對(duì)學(xué)生提高動(dòng)手操作能力，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)也有一定幫助。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)一課教學(xué)中，教師就專門(mén)利用模擬仿真技術(shù)為學(xué)生建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)模型，并在進(jìn)程模型中添加協(xié)議狀態(tài)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)為協(xié)議狀態(tài)添加實(shí)現(xiàn)代碼等。這一教學(xué)設(shè)計(jì)可幫助學(xué)生從全盤(pán)整體到局部細(xì)節(jié)深度理解、把握專業(yè)知識(shí)內(nèi)容，即分層次理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并且掌握協(xié)議內(nèi)部的相關(guān)細(xì)節(jié)內(nèi)涵。在教學(xué)過(guò)程中，教師會(huì)沿著某一個(gè)主體知識(shí)線展開(kāi)講解，并適時(shí)利用模擬仿真技術(shù)對(duì)分支知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行模擬操作，幫助學(xué)生把握并講解知識(shí)細(xì)節(jié)內(nèi)容，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)課堂教學(xué)中對(duì)知識(shí)的有效規(guī)整。

（二）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置教學(xué)中的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中就有“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置”這一關(guān)鍵教學(xué)內(nèi)容，該部分教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性是全課程體系中最強(qiáng)的，也是最能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一部分，因?yàn)檩^為直觀的實(shí)物實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠直接將學(xué)生代入教學(xué)情境中，對(duì)促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)動(dòng)手實(shí)踐能力也有巨大幫助。但實(shí)物實(shí)踐教學(xué)是存在較大缺點(diǎn)的，它的實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本耗費(fèi)較高，且無(wú)法保證每一名學(xué)生擁有均等的動(dòng)手操作機(jī)會(huì)，因此在教學(xué)中教師需要為學(xué)生設(shè)計(jì)某些模擬仿真技術(shù)內(nèi)容及軟硬件，在確保不消耗任何實(shí)物材料的情況下還能讓每一名學(xué)生都參與到教學(xué)實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)當(dāng)中，同時(shí)它也能為學(xué)生減少大量的操作麻煩。就目前來(lái)看，可應(yīng)用于職業(yè)院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬軟件選擇較多，例如由思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院中的師生所共同開(kāi)發(fā)的Packet Tracer，該軟件就能直接制作成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬仿真模型，它在設(shè)置步驟與功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方面與真實(shí)設(shè)備毫無(wú)二致，可為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的模擬仿真學(xué)習(xí)練習(xí)環(huán)境，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)效率[2]。

（三）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析教學(xué)中的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析教學(xué)中也會(huì)大量應(yīng)用模擬仿真技術(shù)內(nèi)容，它對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力與工程實(shí)踐能力都有較大幫助。就傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程而言，它會(huì)教授學(xué)生相對(duì)簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的基本運(yùn)行機(jī)制，所以在教學(xué)過(guò)程中會(huì)運(yùn)用到大量的協(xié)議分析工具作為技術(shù)支持。不過(guò)目前可應(yīng)用的協(xié)議分析工具類型非常之多，例如比較常見(jiàn)的就有Ethereal、Sniffer等。它們主要在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中抓取數(shù)據(jù)包，結(jié)合軟件內(nèi)部分析機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類解析處理，最后將數(shù)據(jù)包每一層的數(shù)據(jù)都羅列出來(lái)，形成一套可見(jiàn)的協(xié)議棧內(nèi)容。教師要結(jié)合這些內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)流實(shí)施統(tǒng)計(jì)分析，最終將整個(gè)協(xié)議的交互過(guò)程整理并呈現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)協(xié)議的模擬仿真。不過(guò)嚴(yán)格來(lái)講由于協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，需要考量的實(shí)際情況較多，所以如果讓學(xué)生自己嘗試編程可能存在較大難度。此時(shí)教師就應(yīng)該再次利用模擬仿真軟件，例如像NS2軟件中就封裝了大量的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)容，它可為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議搭建大量的模擬仿真節(jié)點(diǎn)模型與網(wǎng)絡(luò)模型。例如在所仿真模擬構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)模型中就可構(gòu)建完整的節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧，在協(xié)議棧的每一層次上都建立狀態(tài)機(jī)模型，保證協(xié)議中的每個(gè)狀態(tài)模型都能被完整呈現(xiàn)出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的認(rèn)識(shí)與理解。

舉個(gè)例子，教師可利用NS2模擬仿真軟件演示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)協(xié)議。以TCP和UDP數(shù)據(jù)流傳輸為例，教師首先在NS2模擬仿真軟件中建設(shè)4個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中設(shè)置節(jié)點(diǎn)2為中間節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)為端節(jié)點(diǎn)。同時(shí)在節(jié)點(diǎn)0與節(jié)點(diǎn)3二者之間再設(shè)立TCP連接，保證二者能夠?qū)崿F(xiàn)相互的FTP數(shù)據(jù)流傳輸。另外還要在節(jié)點(diǎn)0和節(jié)點(diǎn)2之間設(shè)置2M以上帶寬，保證時(shí)延為10ms，數(shù)據(jù)發(fā)包速度為1Mbps，構(gòu)建完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧模擬仿真環(huán)境。

最后通過(guò)NS2軟件模擬仿真可得到兩種結(jié)果數(shù)據(jù)，將兩種結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到tr文件與nam軟件中，其中前者用于觀察數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程，而后者則為協(xié)議棧提供工具顯示動(dòng)態(tài)效果[3]。

結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)特點(diǎn)，教師應(yīng)該將模擬仿真技術(shù)合理應(yīng)用于教學(xué)節(jié)點(diǎn)中，合理構(gòu)建模擬仿真技術(shù)模型，有效應(yīng)用模擬仿真技術(shù)內(nèi)容，保證學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)擁有一個(gè)清晰且直觀的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議的深刻理解，有效吸收消化知識(shí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)實(shí)踐能力。

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編輯 張 慧