計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索*

◆洪允德 高強(qiáng)

作者：洪允德，廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師、系統(tǒng)分析師，主要從事軟件開發(fā)及計(jì)算機(jī)管理與維護(hù)方面的工作；高強(qiáng)，廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空港管理學(xué)院講師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全（510403）。

1 引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，不但要求學(xué)生具有良好的理論知識(shí)，而且需要具備一定的動(dòng)手能力，因此，實(shí)驗(yàn)課程是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。使用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法，可以讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，加深理解網(wǎng)絡(luò)安全基本概念、基本原理，掌握目前黑客常用的攻擊方法和手段，學(xué)會(huì)使用當(dāng)前常用的網(wǎng)絡(luò)安全工具，提高實(shí)踐操作能力與應(yīng)用水平。本文將從實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施三方面對網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

表1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)如果采用真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不僅需要大量的設(shè)備投資和場地，而且維護(hù)復(fù)雜。另外，學(xué)生課內(nèi)外的自主學(xué)習(xí)會(huì)受到設(shè)備環(huán)境的制約。為了可以在學(xué)校的公共計(jì)算機(jī)機(jī)房無損開展網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)，為了能夠使學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的操作，引入虛擬機(jī)技術(shù)——VMware 虛擬機(jī)軟件來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬機(jī)是指運(yùn)行在Windows 和Linux計(jì)算機(jī)（以下稱為宿主機(jī)）上的一個(gè)應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序“模擬”了標(biāo)準(zhǔn)PC 的環(huán)境。在使用上，虛擬機(jī)同樣需要分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)、安裝應(yīng)用程序和軟件，如同一臺(tái)真正的計(jì)算機(jī)。

基于虛擬機(jī)技術(shù)，可以在一臺(tái)真實(shí)機(jī)操作系統(tǒng)上建立若干個(gè)同構(gòu)造或異構(gòu)造的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)虛擬機(jī)由一組虛擬化設(shè)備構(gòu)成，其中每個(gè)虛擬機(jī)都有獨(dú)立的虛擬硬件，同時(shí)可以隨時(shí)在虛擬機(jī)和真實(shí)機(jī)之間進(jìn)行切換、虛擬機(jī)和虛擬機(jī)之間進(jìn)行切換。采用這種虛擬機(jī)的方式，可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上構(gòu)建出一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可在虛擬機(jī)上安裝沒有打過任何補(bǔ)丁的操作系統(tǒng)，從而使虛擬機(jī)成為網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)的攻擊靶機(jī)。

基于虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建采用以下幾個(gè)步驟：首先，啟動(dòng)VMware Workstation 安裝軟件，安裝虛擬機(jī)；接著在安裝好的虛擬機(jī)上安裝操作系統(tǒng)；最后選擇虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接方式為橋接，使虛擬機(jī)成為網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，并配置真實(shí)機(jī)和虛擬機(jī)在同一網(wǎng)段，能夠互相通信。

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程涵蓋面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，需要做的實(shí)驗(yàn)很多[1-4]。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主要思路是：體現(xiàn)實(shí)用性，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中更多地體現(xiàn)未來學(xué)生畢業(yè)后會(huì)遇到的網(wǎng)絡(luò)安全問題；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在基于虛擬機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上都能完成，對硬件設(shè)備要求較低，在學(xué)校普通機(jī)房可以實(shí)施，同時(shí)方便學(xué)生課前及課后的自主學(xué)習(xí)。

設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1、表2所示，共12 個(gè)，把這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目寫成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，便于學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施

在具體實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，特別注重規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)過程主要包括四個(gè)階段，分別是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段、實(shí)施階段、小結(jié)階段、評(píng)估階段。

1）實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段。指導(dǎo)學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，并做好實(shí)驗(yàn)環(huán)境的準(zhǔn)備，學(xué)習(xí)預(yù)備知識(shí)。

2）實(shí)驗(yàn)的實(shí)施階段。指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)，通過截圖方式記錄詳細(xì)過程和重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。鼓勵(lì)學(xué)生多思考，深入分析實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，在解決問題的過程中進(jìn)一步提升能力。

3）實(shí)驗(yàn)的小結(jié)階段。要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開分析，寫出自己對所做實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4）實(shí)驗(yàn)的評(píng)估階段。教師對學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分并反饋給學(xué)生。

表2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)過程中，可以將實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)為分組進(jìn)行，每組學(xué)生共同完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，一起總結(jié)項(xiàng)目及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。比如在攻防實(shí)驗(yàn)過程中，可以每四位學(xué)生為一個(gè)小組，其中兩位學(xué)生擔(dān)任進(jìn)攻角色，模擬黑客攻擊，另兩位學(xué)生擔(dān)任防守角色，負(fù)責(zé)保護(hù)主機(jī)安全。這種小組實(shí)驗(yàn)方式可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中互相交流、互相學(xué)習(xí)、互相促進(jìn)。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一套完整的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，著重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可通過虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)施，方便了學(xué)生課前及課后的自主學(xué)習(xí)。

實(shí)踐表明，基于設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生能夠加深對網(wǎng)絡(luò)安全理論的理解，掌握一些實(shí)際的技能，學(xué)習(xí)興趣得到提升，教學(xué)的質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)效果也明顯提高。

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