虛擬仿真技術在計算機網絡理論教學中的應用

許元朋

（黃岡師范學院計算機學院，黃州 438000）

《計算機網絡》作為互聯網技術的基礎必修課程，越來越多的學校和專業開設了這門課程，它是一門理論性與實踐性都很強的課程。在“新工科”背景下，特別對于應用型本科高校，應及時對《計算機網絡》課程傳統教育教學方法進行改革探索，引入新的技術，將理論和實踐相結合，激發學生的學習興趣和學習主動性，提高課堂教學效果，讓學生更好的掌握所學的知識點。

1 《計算機網絡》課程理論教學存在問題

1.1 知識點繁雜，整體體系難形成

《計算機網絡》涉及了計算機、數據通信等多個學科領域的知識，知識面較廣，知識點分散，而且理論性強，概念抽象，比如網絡在傳輸數據時，是如何分層工作的，各層的協議又是如何對數據處理的，這些對學生初學時很難通過語言引導學生構建網絡體系模型，學生對整個體現不清楚，單獨去理解知識點就非常困難。

1.2 理論和實踐銜接不足

課程理論性和實踐性都較強，注重理論和實踐相結合，因此該課程在講解理論知識的同時，要求進行實踐性演示和操作。而網絡實驗設備比較大，一般很難出現在理論課堂上，老師一般只將原理，不能演示和操作，學生也不知道怎么應用，導致學生不能用所學的理論知識不能應用到實際中去，加深了學生對知識的理解難度，而且也容易導致理論課程內容和實驗課程內容無法銜接。

1.3 教學形式單一

《計算機網絡》課程理論教學大多數教師還是采用傳統教學模式，一個教師、一本書、一個PPT課件，就構成了教學的所有元素。這種教學形式老師一般都是照本或PPT宣科，很難有大的突破，使得學生不能很好的理解教材中的內容，降低對課程的學習興趣，課堂教學效果比較差。

基于《計算機網絡》的課程特點和理論教學的種種問題，本文作者認為將虛擬仿真技術引入到計算機網絡課程理論教學中，保持計算機網絡傳授內容理論與實踐知識的先進性，及時了解該學科最新研究發展動態和前沿，才能培養出具有實踐和創新能力的高層次高素質人才。

2 虛擬仿真技術

虛擬仿真又稱虛擬現實技術或模擬技術，是以計算機硬件為基礎，采用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通訊等技術開發的一套軟件[2]。虛擬仿真教學采用的形式主要有以下幾種如：多媒體技術、人機交互技術、可視化技術、仿真技術、虛擬現實技術、虛擬仿真技術等。

將虛擬仿真技術應用到教學中，可以帶來很多好處，如：豐富理論課堂教學形式，虛擬仿真教學的出現結束了教師只靠一張嘴進行講解的情況，可以將實驗等搬進理論課堂，滿足實際課堂需求；可以增強學生對課程學習的興趣提升學習主動性，通過虛擬仿真技術，教師可以讓學生有置身其中的感覺，實現互動教學，能最大限度激發學生的學習興趣，變被動學習為主動學習，從而提升教學效果。

3 以CiscoPacket Tracer模擬器分析網絡協議為例

《計算機網絡》理論課程知識中，以網絡協議為重點，也是全書的難點。Cisco Packet Tracer是一個輔助學習工具，為學習思科網絡課程的初學者去設計、配置、排除網絡故障提供了網絡模擬環境[3]。用戶可以在軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網絡拓撲，并可提供數據包在網絡中行進的詳細處理過程，觀察網絡實時運行情況，并提供各種協議的模擬仿真，有利于教學和復雜的技術概念的學習。下面以Packet Tracer中進行模擬網絡協議數據包的轉發過程和分析數據包的格式內容變化為例，介紹如何利用Packet Tracer對網絡協議進行解剖，幫助學生更好掌握各種網絡協議。

首先在Packet Tracer中搭建好網絡所需要的仿真環境。然后在軟件主界面右下角切換為“模擬”模式，這個模式下可以通過看“事件列表”分析網絡過程數據包。在模擬面板中，點選自動捕獲即播放包轉發過程，并連續生成數據包；如果要發一個包暫停一下，那么點選捕獲/轉發。在“事件列表”發現產生的TCP包，如果想看看每個TCP包的詳細構成，點擊相應Info圖標位置，出現如圖-1顯示的界面。這里邊有OSI模型和輸出PDU詳情，展現了分層協議的各個具體細節。可以看到TCP的類型字段為SYN，可以知道這是一個TCP同步報文，三次握手第一次。

圖1 輸出PDU詳情圖

圖2 服務器發送SYN+ACK包

接著截取數據包，當SYN報文被Web服務器收到后，服務器發送SYN+ACK包，包的結構和內容如圖2所示。

在整個軟件仿真中，模擬器形象的給出了協議的工作過程，并且也跟蹤到每一步協議所產生的數據包的格式和內容的變化，讓枯燥、抽象的理論知識變成了形象、生動的實驗演示課程，大大提高了學生的學習積極性和主動性。和傳統的教師空洞講解比較，通過仿真軟件更形象，更具體，讓原本抽象、空洞的理論知識，變成了可控、可觀的具體展示，大大降低了課程學習的難度，能增加學生的學習興趣促進學生學習的主動性。

4 結束語

信息技術的快速發展為我們帶來了很多新鮮事務，作為一名教師，要不斷學習新知識，利用新工具，改變教學理念、模式、方法及手段。將虛擬仿真技術引入理論課題，使教師易教，學生易學，并且能提升學生的操作能力、分析能力和理解能力，為學生的就業和升學提供助力。