虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要: 本文介紹了一種基于虛擬機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室，由于其具有投入經(jīng)費低、實用性強、管理簡單等優(yōu)點，而被廣泛用于教學(xué)中。文中重點概括了虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的優(yōu)點，并列舉了該實驗室可以完成的實驗內(nèi)容。

關(guān)鍵詞: 高職計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室應(yīng)用

1.引言

實踐環(huán)節(jié)是高職計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)的重要過程。網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的學(xué)生如果只學(xué)習(xí)理論而沒有經(jīng)過實踐操作，那么在實際應(yīng)用中碰到的一些問題對他們來說都有可能成為“天塹”。為此，現(xiàn)在許多高職院校通過添加大量的網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備來提高學(xué)生的實踐能力。然而，該專業(yè)實踐課程較多、實驗設(shè)備復(fù)雜、對學(xué)生實踐熟練程度的要求較高等都給網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的教學(xué)帶來了極大的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，我們可以采用虛擬機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室[1]。

2.虛擬機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器簡介

VMware Workstation是目前位置功能最全、性能最優(yōu)、使用最方便的虛擬機產(chǎn)品之一。該軟件所提供的“計算機”的組成跟真正的計算機是一樣的，也包括CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)、顯卡、聲卡等。在虛擬機中用戶可以和使用真正的計算機一樣安裝操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和軟件，也可以對外提供服務(wù)。VMware Workstation能夠運行大多數(shù)Windows、Linux和Novell臺式機，以及服務(wù)器操作系統(tǒng)，用戶在虛擬機之間切換時不需要重新啟動或進行硬盤分區(qū)，同時虛擬機可以使用宿主機器上的一些資源，如軟驅(qū)、光驅(qū)等設(shè)備。用戶在虛擬機上進行分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件等任何操作均不會對宿主機器系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。

Boson Netsim是BOSON公司推出的一款Cisco路由器、交換機模擬程序。該軟件是目前最流行的、操作接近真實環(huán)境的模擬工具。它最先提出自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓δ埽c真實試驗相比，用戶使用它省去了制作網(wǎng)線連接設(shè)備、頻繁變更console連線、不停往返設(shè)備之間的環(huán)節(jié)，使學(xué)習(xí)效率明顯提高。同時，Boson Netsim不斷推陳出新，功能越來越強大，它的命令也和最新的Cisco的IOS基本保持一致。通過Boson Netsim用戶可以隨意構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，這為路由器、交換機的教學(xué)提供了很大的靈活性。

3.構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的優(yōu)點

我們使用上述兩種工具搭建了虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室，并進行了一學(xué)年的教學(xué)，其由于操作方便、使用靈活等優(yōu)點，深受師生的喜愛。現(xiàn)將其優(yōu)點總結(jié)如下:

3.1使用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室，我們無需考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及連接的問題，因為這些設(shè)備都是虛擬的并且已經(jīng)按照要求連通。因此它對于沒有任何故障排除經(jīng)驗的初學(xué)者來講非常方便。

3.2使用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室可以減少損壞計算機的操作系統(tǒng)和軟件機率。對于有些破壞性的實驗，如對硬盤的操作、對操作系統(tǒng)的操作、網(wǎng)絡(luò)攻擊實驗等，我們采用虛擬機技術(shù)能夠保護計算機免受破壞。

3.3使用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室可以讓學(xué)生及時了解最新技術(shù)。由于虛擬技術(shù)是一種軟件，我們可以對它進行升級，根據(jù)發(fā)展需要重新“生成”新的儀器設(shè)備，使之能跟上不斷更新的教學(xué)內(nèi)容，而不至于淘汰整套儀器設(shè)備，使實踐操作訓(xùn)練能及時跟上新技術(shù)的發(fā)展。

3.4使用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室可以方便地在單機上進行服務(wù)器的管理與配置實驗和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理實驗，能夠有效地解決學(xué)生人數(shù)迅速增長而學(xué)校經(jīng)費不足的矛盾，做到人手一套實驗設(shè)備，同時也能夠避免頻繁變化console線，不停往返于設(shè)備之間的環(huán)節(jié)。

3.5采用虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室可以方便教師授課。在該環(huán)境下，授課可以采用廣播的方式，實時進行操作的演示與講解，改變了傳統(tǒng)的抓圖、PPT等方式，更易于學(xué)生的理解和接受[2][3]。

4.虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的實踐內(nèi)容中最重要的兩個部分是對服務(wù)器的設(shè)置和對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置與管理。VMware Workstation對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置與管理、磁盤管理、網(wǎng)絡(luò)安全與入侵等實驗都具有使用方便、性能好等方面的優(yōu)點，但是對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實驗在性能上較為缺乏。Boson Netsim是專門針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的虛擬軟件，它可以方便地實現(xiàn)VLAN的劃分、交換機配置、路由器配置等的實驗要求。兩者結(jié)合，可以讓虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室發(fā)揮更大的作用。

4.1利用VMware模擬網(wǎng)絡(luò)管理實驗

4.1.1破壞性實驗。

對于一些破壞性實驗，比如需要對硬盤進行重新分區(qū)、格式化、重新安裝操作系統(tǒng)等操作，如果在真實的計算機上進行這些實驗，會導(dǎo)致實驗后系統(tǒng)不容易恢復(fù)，所以教師在做該類型的實驗時需要配置專門的實驗室，造成了資源的浪費。教師和學(xué)生在虛擬機上進行這些破壞性操作，既能夠保證實驗的順利完成，又能夠保證公共機房主機系統(tǒng)的正常運行。

4.1.2聯(lián)網(wǎng)實驗。

學(xué)生需要做Windows 2000的聯(lián)網(wǎng)實驗時，使用虛擬機，可以在擁有一臺計算機的前提下很輕松地組建出實驗環(huán)境，也可以方便地組建基于工作組的對等網(wǎng)和基于域的局域網(wǎng)。學(xué)生還可以在此基礎(chǔ)上進行Web、DNS、FTP服務(wù)器、郵件服務(wù)器、DHCP服務(wù)器、流媒體服務(wù)器等服務(wù)器的搭建，也可以組建無盤網(wǎng)絡(luò)。虛擬機技術(shù)可以使學(xué)生方便地掌握這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的配置和管理方法，為學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)新提供平臺。

4.1.3群集類實驗。

學(xué)生在做“共享”的磁盤陣列柜實驗時，一個最便宜的磁盤陣列柜也需要幾萬元，再加上群集主機，則一個實驗環(huán)境需要10萬元以上的投資。因此現(xiàn)在很多學(xué)校在這方面的設(shè)備都較為缺乏，學(xué)生實踐的機會很少，如果使用虛擬機技術(shù)，只需要一臺配置比較高的計算機，就可以完成群集類的大部分實驗。

4.1.4軟件測試實驗。

學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計等課程時，編寫的程序，需要在多種環(huán)境(單機環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同的瀏覽器版本等)和多種操作系統(tǒng)如Windows XP、Windows 2000/2003、Linux等環(huán)境下進行測試。使用虛擬機技術(shù)可以使這些測試更加方便、快捷地進行。

4.1.5網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)入侵實驗。

網(wǎng)絡(luò)安全是計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的學(xué)生必須掌握的知識之一。但是目前該方面課程一般都是停留在理論講解方面，學(xué)生難以理解且學(xué)習(xí)興趣不濃。教師通過虛擬技術(shù)可以在虛擬機上安裝相應(yīng)軟件進行查找漏洞，用木馬程序入侵計算機并進行防御等試驗，讓學(xué)生在實驗中學(xué)習(xí)理論知識[4]。

4.2利用Boson模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實驗

4.2.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本配置實驗。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置是網(wǎng)絡(luò)專業(yè)學(xué)生需要掌握的基本功。但是由于資金不足、產(chǎn)品升級較快等原因，教師很難做到理論與實踐的密切結(jié)合。教師采用Boson Netsim可以讓學(xué)生根據(jù)需要繪制網(wǎng)絡(luò)拓補結(jié)構(gòu)圖，模擬各種路由器、交換機、連接設(shè)備和計算機，隨意搭建實驗環(huán)境，并對以上設(shè)備進行各種配置、試驗和分析。學(xué)生甚至可以進行ISDN、幀中繼等各種較高級的實驗，以便更加直觀地了解各種協(xié)議和技術(shù)的原理，達到鞏固知識和提高水平的目的。

4.2.2CCNA、CCNP實驗。

Boson公司為Boson NetSim軟件定制了一些現(xiàn)成的軟件試驗包，其中包括CCNA級別的實驗項目和CCNP級別的實驗項目。這些試驗包內(nèi)置了實驗拓補圖、部分正確配置的配置文件。教師通過Boson NetSim的實驗導(dǎo)航器可以有計劃、循序漸進地進行實驗練習(xí)，給學(xué)生思科認(rèn)證考試提供一個平臺。

4.2.3網(wǎng)絡(luò)故障排除實驗。

網(wǎng)絡(luò)管理員在網(wǎng)絡(luò)組建完成之后，要使網(wǎng)絡(luò)保持平穩(wěn)運行，就必須對網(wǎng)絡(luò)不斷維護，并及時排除故障，這需要非常豐富的經(jīng)驗。在以往的教學(xué)中，學(xué)生在故障排除時大多數(shù)停留在講步驟、記方法的基礎(chǔ)上，缺乏實戰(zhàn)。利用模擬器，我們可以設(shè)置一些軟件故障點，并以文件形式保存后打包發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生分析故障所在，邊做邊學(xué)，積累排除故障的經(jīng)驗[5]。

5.結(jié)語

采用虛擬技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)實驗室，克服了硬件實驗室經(jīng)費投入大、管理與維護困難等方面的問題，最大限度地滿足了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程的要求，提高了教學(xué)質(zhì)量。但是，虛擬實驗不能完全代替真實的實驗環(huán)境，它只是起到輔助作用，可以提高學(xué)生操作的熟練程度，但是如果想讓學(xué)生真正掌握技術(shù)，還需要在真實的環(huán)境中進行體驗。因此，在實踐教學(xué)中應(yīng)注意“虛實”結(jié)合[6]。

參考文獻:

[1]王春海.非常網(wǎng)管——典型網(wǎng)絡(luò)實驗[M].北京:人民郵電出版社，2007.

[2]關(guān)全勝，白永軍.虛擬機技術(shù)在中職計算機教學(xué)中的應(yīng)用淺談[J].科技信息，2009，(1).

[3]韓瑛，李斌.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2006，(1).

[4]龔自康.虛實結(jié)合的網(wǎng)上交互式虛擬實驗研究[J].技術(shù)應(yīng)用，2005.9.

[5]史書明.借助NetSim輔助計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)[J].計算機教學(xué)與教育信息化，2008.4.

[6]付曉深，王自強，張文華等.虛擬教學(xué)存在的問題及應(yīng)對思路[J].生物學(xué)教學(xué)，2005，(7).