虛擬仿真技術(shù)在“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程中的應(yīng)用研究

蒲曉川+唐世偉

摘要：文章就“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行課程創(chuàng)新討論，并嘗試基于場(chǎng)景教學(xué)的本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行教學(xué)，并引入基于云計(jì)算的虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以期提升網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)課程的教學(xué)效果以及質(zhì)量，并提高實(shí)際教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)；虛擬仿真；云計(jì)算

信息產(chǎn)業(yè)己經(jīng)是當(dāng)今第一大產(chǎn)業(yè)，我國(guó)正處于發(fā)展中國(guó)家，信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷加快。而就在當(dāng)下，危害網(wǎng)絡(luò)信息的安全事件卻節(jié)節(jié)攀高，網(wǎng)絡(luò)信息安全局勢(shì)緊迫[1]。信息安全（尤其網(wǎng)絡(luò)安全）不但對(duì)于國(guó)家安全至關(guān)重要，而且與人們

目前，遵義師范學(xué)院本科教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全專(zhuān)業(yè)的建設(shè)的需求，以及針對(duì)全校學(xué)生普及網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)的需要，開(kāi)設(shè)該門(mén)課程成為首要之選，由于網(wǎng)絡(luò)安全這門(mén)學(xué)科設(shè)計(jì)的知識(shí)面廣，內(nèi)容也比較抽象且綜合能力強(qiáng)，教師在教學(xué)過(guò)程中既要傳授理論知識(shí)，又要傳授實(shí)踐操作技巧。因此，教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中會(huì)遇到很多難題。在“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程教學(xué)方面，大多數(shù)高校都是采用理論授課方式，最終考核也是通過(guò)筆試來(lái)決定。過(guò)度的理論式教學(xué)，只會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生厭惡，讓學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造力逐漸下降，學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥及其抽象也是理論教學(xué)的一大弊端。理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合是高校教學(xué)的一貫宗旨[2]。以這個(gè)宗旨為指導(dǎo)，本文對(duì)“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程教學(xué)模式進(jìn)行探討，具體落實(shí)以上傳統(tǒng)教學(xué)不足之處加以課程創(chuàng)新，在認(rèn)真分析當(dāng)前大多高校傳統(tǒng)的教學(xué)方式后，結(jié)合現(xiàn)在的趨勢(shì)，提出一系列合理化教學(xué)方式，以達(dá)到滿足新時(shí)代的需求。

1課程特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)安全是一門(mén)錯(cuò)綜復(fù)雜的學(xué)科，其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理、管理等諸多學(xué)科。“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程特點(diǎn)可歸納為以下幾個(gè)方面[3]。

1.1知識(shí)和技術(shù)體系變更快

隨著計(jì)算機(jī)逐漸普及大眾，網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)和手段也不斷提高，這就要求人們的網(wǎng)絡(luò)攻擊防范意識(shí)和規(guī)則也要更加完善。

1.2涉及知識(shí)領(lǐng)域廣泛

涉及密碼學(xué)，還有操作系統(tǒng)、防火墻、虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（VirtualPrivateNetwork，VPN）等應(yīng)用的配置和構(gòu)建；而且還涉及相關(guān)法律法規(guī)，知識(shí)體系覆蓋面廣，內(nèi)涵豐富。

1.3對(duì)先修課有較高要求

在學(xué)習(xí)這門(mén)課程之前，必須掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本原理、程序設(shè)計(jì)等相關(guān)基礎(chǔ)課程。比如先學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)方面的知識(shí)才能理解安全算法，必須先在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中了解了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，才能理解“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程中利用協(xié)議漏洞進(jìn)行攻擊的原理。

1.4有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性

相對(duì)于“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”這門(mén)課來(lái)說(shuō)，全靠傳統(tǒng)式的理論式教學(xué)無(wú)法讓學(xué)生明白其中技術(shù)，而且學(xué)習(xí)起來(lái)相對(duì)枯燥，所以應(yīng)將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并重，具體實(shí)施理論結(jié)合實(shí)踐才能培養(yǎng)出實(shí)踐能力突出、理論知識(shí)扎實(shí)的網(wǎng)絡(luò)安全人才。

2課程教學(xué)目標(biāo)

“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法應(yīng)區(qū)分教學(xué)對(duì)象，如非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的公共選修課和計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)必修的專(zhuān)業(yè)核心課程就應(yīng)該有所區(qū)分。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，只要求學(xué)習(xí)基礎(chǔ)性的理論知識(shí)和了解相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)，并且學(xué)會(huì)使用簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)工具即可；對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生，則是要能對(duì)出現(xiàn)的各種網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題提出解決方案及學(xué)會(huì)使用各種網(wǎng)絡(luò)安全工具，適應(yīng)就業(yè)的需求，從而達(dá)到培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全高技能人才的目標(biāo)。目前，網(wǎng)絡(luò)安全己經(jīng)受到極大的重視，從事相關(guān)工作者也對(duì)相應(yīng)的技能有所要求[4]。

通過(guò)系統(tǒng)性的課程教學(xué)之后，學(xué)生應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)中攻、防、測(cè)、控、管、評(píng)等方面的基礎(chǔ)理論、實(shí)施技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)安全體系基本架構(gòu)，掌握和了解網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)及常見(jiàn)攻防手段。課程的教學(xué)目標(biāo)一方面要求向?qū)W生傳播網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)理論知識(shí)，而另一方面則是要著重培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)實(shí)踐能力。授課的具體方式是理論加實(shí)踐相搭配交錯(cuò)式授課，使學(xué)生了解網(wǎng)絡(luò)安全理論基礎(chǔ)知識(shí)和安全體系結(jié)構(gòu)，理解網(wǎng)絡(luò)存在的潛在威脅，能夠使用工具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作。最后，針對(duì)那些專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)研究型人才的要求則更高，學(xué)生不僅要對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全理論知識(shí)進(jìn)行理解，而且要對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全方面實(shí)際采用的方法也要掌握，同時(shí)學(xué)生還要具備隨時(shí)跟上相關(guān)技術(shù)更新腳步的能力。

3課程教學(xué)創(chuàng)新探討

綜上所述，“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課程作為計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的必修的核心專(zhuān)業(yè)課，具有涉及知識(shí)點(diǎn)廣、實(shí)踐操作性強(qiáng)、對(duì)先修課有規(guī)定等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了在課程教學(xué)過(guò)程中若采用陳舊的傳統(tǒng)理論灌輸式教學(xué)方法是難以達(dá)到良好教學(xué)效果的。所以，“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”課改成為必然趨勢(shì)，而教學(xué)方法也必須跟上時(shí)代及技術(shù)發(fā)展的步伐。部分高校教授內(nèi)容有個(gè)別差異，但總結(jié)下來(lái)該課程的教學(xué)內(nèi)容大致包含以下幾部分[5]。

3.1網(wǎng)絡(luò)安全理論知識(shí)

網(wǎng)絡(luò)安全理論知識(shí)包括網(wǎng)絡(luò)安全基本概念、相關(guān)法規(guī)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等知識(shí)內(nèi)容，也包括對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)編程等課程相關(guān)知識(shí)的回顧和總結(jié)。

3.2網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)包括端口掃描、安全漏洞、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)和節(jié)點(diǎn)攻擊、惡意代碼等知識(shí)內(nèi)容。

3.3網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)包括防火墻技術(shù)、入侵檢測(cè)技術(shù)（IntrusionDetectionSystems，IDS）、操作系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)防病毒技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)安全等知識(shí)內(nèi)容。

3.4網(wǎng)絡(luò)安全綜合解決方案

由于這部分內(nèi)容在實(shí)際工作中的體現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累，所以如果單方面在課堂上講解，學(xué)生會(huì)感到枯燥乏味，所以在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)、案例教學(xué)、小組討論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多種不同的教學(xué)方法。

3.4.1任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)就是在學(xué)習(xí)之前就確定教學(xué)任務(wù)，通過(guò)明確給出的教學(xué)任務(wù)去帶動(dòng)學(xué)生，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生融入情境中學(xué)習(xí)，充分提高學(xué)生的求知欲，更加高效地完成教學(xué)任務(wù)。實(shí)踐結(jié)果證明，通過(guò)完成這些教學(xué)任務(wù)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和團(tuán)隊(duì)合作意思都得到大幅度提升，達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。endprint

3.4.2案例教學(xué)方法

對(duì)于“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”理論性比較強(qiáng)的科目，因?yàn)榫唧w不到實(shí)物，學(xué)生疑惑比較多，我們廣泛收集相同及類(lèi)似的案例，形成案例教學(xué)法。在具體的授課過(guò)程當(dāng)中，充分使用現(xiàn)代多媒體工具結(jié)合教學(xué)，讓干枯的理論知識(shí)學(xué)起來(lái)也更形象，而且還增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。例如在講解網(wǎng)絡(luò)掃描技術(shù)時(shí)選擇學(xué)生熟悉的校園網(wǎng)作為研究對(duì)象，在探討漏洞掃描的同時(shí)也讓學(xué)生系統(tǒng)了解到安全工具部署、安全策略制定及網(wǎng)絡(luò)安全體系構(gòu)建等一些相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)技術(shù)的理解更為系統(tǒng)和全面。

3.4.3小組討論

在課堂上積極帶動(dòng)學(xué)生一起討論某一個(gè)問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行

深度挖掘，讓所有同學(xué)都參與進(jìn)來(lái)，不僅提高學(xué)習(xí)效率，活躍課堂氣氛，特別是有利于解決一些特別抽象的問(wèn)題。例如在學(xué)習(xí)網(wǎng)站入侵技術(shù)時(shí)，先讓學(xué)生自己翻閱相關(guān)資料，了解當(dāng)下流行的入侵工具，并且學(xué)會(huì)使用，然后再有針對(duì)性的課堂討論，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

3.4.4基于虛擬靶場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)踐式教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)安全是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，包括許多實(shí)驗(yàn)，擁有一整套網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備是必不可少的。然而，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的許多實(shí)驗(yàn)（如惡意代碼、網(wǎng)絡(luò)攻擊等實(shí)驗(yàn)）往往對(duì)系統(tǒng)具有破壞性，容易造成某些實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法完成；與此同時(shí)，本課程對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求也是比較高的。所以為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以利用模擬器和虛擬云平臺(tái)來(lái)模擬一個(gè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境（見(jiàn)圖1）。使用網(wǎng)絡(luò)模擬器軟件GNS3和虛擬機(jī)云平臺(tái)結(jié)合紅亞虛擬靶場(chǎng)系統(tǒng)可建立這樣的虛擬網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。為網(wǎng)絡(luò)安全課程這門(mén)課專(zhuān)門(mén)建立專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)買(mǎi)一整套網(wǎng)絡(luò)攻防系統(tǒng)并且安裝，嚴(yán)格規(guī)范使用條例；因?yàn)閷?shí)驗(yàn)會(huì)牽涉到木馬等危險(xiǎn)程序，規(guī)定黑客軟件的使用只能局限于實(shí)驗(yàn)室；所有人使用軟件必須登記使用，規(guī)范實(shí)驗(yàn)室管理避免不必要的損失。

4課程實(shí)踐教學(xué)改革

根據(jù)上面的思路，為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力、調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、切實(shí)提高學(xué)生創(chuàng)新能力，筆者研究出一整套教學(xué)方案，這部分方案在實(shí)踐過(guò)程中都得到學(xué)生好評(píng)。經(jīng)過(guò)調(diào)整后，新的課程教學(xué)過(guò)程包括以下環(huán)節(jié)。

4.1理論知識(shí)詳解

讓學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的理論知識(shí)有所了解并對(duì)實(shí)踐有所支撐。在這門(mén)課開(kāi)課后會(huì)用1/3的課時(shí)來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全及其相關(guān)技術(shù)作詳細(xì)介紹，教師也會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域具有代表性的各主要案例及有較大影響的事件作介紹，以開(kāi)拓學(xué)生視野。為了讓學(xué)生更加深入地了解，在課中會(huì)對(duì)這些案例使用到的技術(shù)作一些詳解。

4.2課堂匯報(bào)和答辯

根據(jù)教師教學(xué)的安排，每一個(gè)小組成員需要在課堂上作報(bào)告，匯報(bào)包含內(nèi)容為相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)知識(shí)和復(fù)雜的子項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案。為了保證每一位學(xué)生都在這個(gè)過(guò)程積極參與，所以臨時(shí)由教師抽取各組上臺(tái)作報(bào)告的學(xué)生，在這整個(gè)作報(bào)告的過(guò)程當(dāng)中，在座教師或者學(xué)生可當(dāng)場(chǎng)就某個(gè)問(wèn)題提問(wèn)個(gè)問(wèn)題大家一起探討研究。如果覺(jué)得匯報(bào)人匯報(bào)有誤，組員可臨時(shí)補(bǔ)充，而匯報(bào)人的匯報(bào)表現(xiàn)和匯報(bào)內(nèi)容將是平時(shí)成績(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。在整個(gè)匯報(bào)過(guò)程當(dāng)中學(xué)生的積極參與大大活躍了課堂氛圍，也使本課程的教學(xué)效果得到了大幅度提升。

4.3搭建虛擬靶場(chǎng)環(huán)境

使用虛擬靶場(chǎng)系統(tǒng)模擬真實(shí)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，只給學(xué)生最終的必須獲取的結(jié)果，讓學(xué)生在摸索中前進(jìn)，極大地提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。當(dāng)學(xué)生得到相關(guān)參數(shù)后，提交評(píng)分服務(wù)器以判斷得分情況，作為成績(jī)構(gòu)成的一環(huán)。

4.4考核

把基本的理論知識(shí)考核與實(shí)踐技術(shù)考核相結(jié)合，使學(xué)生在“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”這門(mén)課程的學(xué)習(xí)中體會(huì)到理論與實(shí)踐的相輔相成的重要性。

5結(jié)語(yǔ)

對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)，“網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)”這門(mén)課是非常重要的。本文介紹了該課程的教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，并對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行課改，提出理論與實(shí)踐相結(jié)合的課改方案，采取多樣化的教學(xué)體系改進(jìn)教學(xué)，引入虛擬仿真技術(shù)以調(diào)高和充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造性，提升學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，讓學(xué)生在求職應(yīng)聘過(guò)程中更加自信。經(jīng)過(guò)一年的實(shí)踐，從師生反饋意見(jiàn)和課程考核結(jié)果來(lái)看，取得的成果還是較為顯著的。未來(lái)我們將更加努力，引入更多創(chuàng)新教學(xué)方法，以適應(yīng)新常態(tài)下的本科教學(xué)模式。

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