虛擬網絡實驗平臺設計研究

摘 要：目前，很多高校都開設了計算機網絡專業，該專業的教學需要配合實驗教學，然而對于計算機網絡實驗設備的巨額費用大多數高校是無法承擔的，同時實驗設備無法為每一個同學提供實驗操作機會。為了提高網絡實驗平臺的效率，開發人員了利用網絡設計虛擬化的實驗平臺，使實驗資源能夠共享，因此，本文從虛擬網絡實驗平臺的開發工具的判斷入手，全方位解析虛擬網絡實驗平臺的設計路徑，有針對性的提出虛擬實驗平臺的構建的目標選項，對虛擬網絡實驗平臺的設計研究具有一定指導意義和借鑒價值。

關鍵詞：虛擬；網絡；實驗；平臺；設計

中圖分類號：TP393-4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

隨著計算機網絡技術與通信技術的應用越來越廣泛，各高校的計算機專業、自動化專業和通信專業都開設了有關計算機網絡原理與設計的課程。但這門課程的理論知識較復雜，學生學習起來有一定的難度，只有通過實驗的方法才能讓學生對這些復雜的知識有了解的更直觀，因此，實驗教學對于計算機網絡教學具有非常重要的作用。然而實驗教學不僅成本高、實驗結果無法保存，而且網絡實驗只能在教室中進行，實驗場地具有一定的局限性。虛擬網絡實驗平臺在計算機遠程控制和計算機理論的基礎上，利用網絡實現了實驗教學，既節省了成本，又提高了教學效率。

一、虛擬網絡實驗平臺的開發工具判斷

（一）仿真器的選擇

仿真器的種類主要有JavaSim、OPNET、NS2、ClomoSim、SSFNet等，應用最廣泛的是NS2和OPNET。[1]OPNET能夠模擬任何有線網絡，功能十分強大，既能夠對大量的網絡協議進行重組和整合，又能夠支持設計人員對算法重新設計，但是操作過程較復雜，且價格昂貴。NS2能夠在Windows或Linus的系統上運行，是一種離散事件仿真模擬器，對各個層次的網絡運行情況的模擬都接近真實，且易配置、易擴展、可編程，同時NS2是免費的，因此在實際應用中較廣泛。

（二）NS2腳本生成器

腳本生成器可以使用戶集中精力研究網絡性能，擺脫了代碼編寫的枯燥性。目前，基于NS2的腳本生成器主要有兩種，即NSBench和NSG2。[2]這兩種腳本生成器都是由Java開發，其可視化操作和跨平臺性能較好。但NSBench只能構建有線網絡，而NSG2既能夠構建有線網絡，又能夠很好的構建無線網絡。此外，NSG2腳本生成器的代碼格式十分規范，在使用單位過程中無需修改。因此，在虛擬網絡實驗平臺中應選擇NSG2腳本生成器。

二、虛擬網絡實驗平臺的設計解析

（一）設計目標的選擇

結合計算機網絡課程的教學目標，確定虛擬網絡實驗平臺應滿足以下要求：第一，跨平臺性和穩定性能夠滿足操作系統的正常運行。第二，能夠生動的演示實驗過程，以提高實驗教學的教學效率。第三，在虛擬網絡實驗平臺中，學生只需要在網絡平臺上進行實驗操作，不需要了解NS2。

（二）設計方案的解讀

虛擬網絡實驗系統必須具有較好的跨平臺性，可選用Java進行開發。系統的構成主要有兩部分，即服務器端和客戶端。客戶端和服務器端的遠程通信和參數傳遞可通過RMI遠程調用機制實現，RMI是SUM為Java應用程序專門開發的一種遠程調用機制，使用Java語言接口定義遠程對象，使Java的分布式應用程序的開發更便捷。[3]RMI主要分為三個層次的系統：遠程引用層、框架、傳輸層。系統的客戶端操作界面利用NSG2模擬實驗組件和設備，NSG2作為虛擬網絡實驗平臺的建模工具，不僅能夠展示圖形化的操作界面，還能促進TCL腳本的自動生成，將自動生成的TCL腳本傳遞到服務器端，再由服務器端的NS2仿真器生成相應的結果傳回客戶端，以便對網絡實驗結果進行分析。系統的服務器端負責用戶請求的相應工作，通過NS2仿真器傳遞的TCL腳本，在模擬實驗結束后將nam文檔以動畫的形式的進行演示，以便用戶更好的掌握網絡的模擬運行狀況。通過對trace文檔進行統計分析，包括即時吞吐量、平均吞吐量、控制開銷、端到時延、數據分組成功傳送率等，為用戶的網絡性能分析提供依據。

三、虛擬實驗平臺的構建目標選項

（一）細節護額真實感的設計

構建虛擬網絡實驗平臺是為了加強學生的實驗技能，因此最重要的就是實驗平臺的真實性。虛擬網絡實驗平臺在展示實驗過程時，必須能夠展示實驗所有的細節，讓學生能夠有身臨其境的感覺。實驗平臺開發工具和表現方式的依據就是營造3D的空間，此外，虛擬網絡實驗作為計算機網絡技術的實驗教學基礎，應選用Flash和圖片作為主要的表現方式和開發對象，以便在保證教學質量的同時降低成本。

（二）虛擬網絡實驗平臺的互動性結構

在進行虛擬網絡實驗教學的過程中，演示和瀏覽只是教學的初級階段，在教學的過程中應注重互動性。互動性應滲透到演示教學、綜合測驗、互動實驗教學中的各個階段。互動性實驗能夠應建立在能夠體現真實教學的各個步驟的基礎上，在教學過程中反復進行實踐，以達到實驗教學的教學目標。同時，互動性教學能夠起到寓教于樂的效果，大大加強了實驗教學的趣味性和娛樂性。為使虛擬網絡實驗平臺的互動能夠實現高度智能化，需要全面收集實驗相關知識和專家操作技能，利用收集到的知識構建智能庫，通過智能庫指導進行實驗。對于一些看不清的器件和難以理解的理論概念，可以通過虛擬現實的動畫方式進行展示，如逆向互動的操作動作，能夠讓學生在整個虛擬實驗平臺中時時感受到智能交互。

四、結束語：

綜上所述，隨著虛擬實驗越來越多的應用于計算機網絡教學中，通過精心設計的軟件可以讓學生對所學的知識進行鞏固和擴展。虛擬網絡實驗平臺的應用，有助于學生自主進行學習，有效提高了學生的實驗技能和教學效率，對教學模式的改革具有推動發展的重要意義。然而，虛擬網絡實驗平臺的應用也存在一些問題和需要改進的地方，需要教師在實際教學中不斷進行探索和分析不斷進行創新和完善。

參考文獻：

[1]黃會.基于LabVIEW的過程控制虛擬實驗系統的研究與設計[D].天津理工大學，2012.

[2]李凌云.基于三層體系結構的網絡虛擬實驗系統的設計與開發[D].浙江師范大學，2012.

[3]胡青海.基于CCPN的面向對象虛擬實驗仿真模型研究[D].華中科技大學，2012.

[作者簡介]付建民，男，河南開封人，河南大學醫學院，實驗員，研究方向：計算機網絡。