關于計算機網絡虛擬仿真實驗平臺的探索與研究

魏丹?于林林

摘 要 近年來，計算機技術蓬勃發展，隨之產生很多網路相關專業和通信專業專業的相關核心課程，而計算機網絡類課程中很多理論教學常常涉及大量抽象的網絡協議和復雜的設備網絡硬件的講解，學生理解和掌握起來非常困難。在這樣的大背景下，虛擬仿真平臺應運而生，本文圍繞虛擬仿真平臺的必要性，國內外現狀分析，具體研究的內容以及實施的方案、方法等展開分析。

關鍵詞 虛擬仿真;計算機網絡;網絡配置

1虛擬仿真平臺的必要性

現在網絡教學即要求學生了解基本概念和基本理論，還需要學生在理論的基礎上，自己動手用真實的硬件設備組建真實的計算機網絡，同時，在深入地理解了在組建網絡過程中的各項工作中，能理論和實際相聯系，管理網絡的計算機的網絡操作系統能去組建和維護。但現實是，各學校的教學實踐條件有限，而實際即使學校可以投入資金，學生可以在昂貴的硬件上進行操作練習，那么，作為沒有實際操作經驗的學生，一個錯誤操作就可能燒壞整個大型硬件設備。所以，計算機網絡類一直都是受限于硬件條件，因而構建一個突破傳統局限的、不受時間和地域限制的網絡化虛擬仿真實驗環境成為迫切需要解決的重要課題。

虛擬仿真實驗平臺主要依賴于軟件和較少的配套硬件，使實驗室的維護費用和工作量大大降低。目前，虛擬仿真技術在實際教學中得到了廣泛運用。虛擬仿真技術的最大好處是節約了實際實驗室建設的成本，同時還有效地克服了課程難以理解、枯燥抽象的問題，進而使學生加深了對各種協議和原理的認識與理解，同時激發了學生對抽象課程的學習興趣和積極性，更保證了課程的教學質量。學生只要有一臺筆記本電腦并且安裝了這些虛擬軟件即可，無論在什么地方都可以進行學習和實驗，從而擺脫了真實實驗環境的束縛，學習效果更是得到了極大提高[1]。

2國內外現狀分析

虛擬實驗室（Virtual laboratory） 最早是由美國的William Wolf教授在1989年提出的概念。同時虛擬仿真技術的蓬勃發展，為成功建設虛擬仿真實驗室提供了基本條件。

目前，網絡虛擬仿真實驗系統在國外的發達國家已十分普及。例如：美國的 Labview一種基于圖形方式的集成化程序開發環境。用于《數字信號處理》、《信號與系統》有關信號檢測與分析的一系列實驗仿真特別合適。由Cisco公司發布的Packet Tracer是一個輔助學習網絡工具，為學習思科網絡課程的初學者設計、配置、排除網絡故障提供網絡模擬環境。

我國的網絡虛擬仿真系統雖然起步較晚，但是發展速度很快。依據目前可查到的信息及各院校開放的對外服務看，國內很多大學已相繼建立了網絡虛擬仿真實驗系統[2]。

3具體研究的內容

3.1 實驗教學模式

由于計算機網絡的傳統實驗內容大多局限于實驗環境，脫離網絡工程的實際，起不到對學生的動手能力的培養，導致學生畢業后從事網絡工程實踐時，很難將實驗功底轉化為從業的能力。在傳統教學過程中，雖然在實驗環節也采用了分組進行模式，但具體操作過程中，由于學生水平不同，部分學生并沒有真正參與，也就談不上團隊意識。網絡虛擬實驗平臺，可以每個人都自己參與到實驗中。

3.2 教學方法

教學是使學生在實際應用時能夠靈活地將理論與實踐相結合，培養學生運用知識分析問題解決問題的能力。網絡虛擬平臺可以拓寬教學的方法。

（1）在網絡虛擬平臺上，將傳統的實驗題目改為自主型實驗題目。對設計類實驗的實驗內容和具體要求，利用網絡虛擬平臺去設計相關題目，并對不同層次的學生采用梯度任務完成，這就形成了自主試驗的教學方法。這樣學生根據自身水平選擇合適的任務，培養學生創新能力。

（2）注重學生團隊意識。利用網絡虛擬實驗平臺拓展和改善學習環境和氛圍。在傳統的分組模式基礎上，根據學生水平結合自愿原則分組，鼓勵學生制定不同梯度的任務作為目標，適時引導和有效監督，讓學生體會到團隊合作的重要性。此時，教師的引導作用很重要。

3.3 實踐課程考核

引入網絡管理員、網絡工程師考試和相關網絡培訓內容，精心組織學生進行專項訓練。在實驗考核中，學生要在規定時間內獨立解決問題，確保實踐考核的實時性、公開性和準確性。這樣的學習考核方式，使學生在學習過程中有目標、有壓力，因此使學生在課前能認真做好準備，課后強化相關考試和培訓內容，調動學生的學習興趣，從而達到提高學生解決實踐問題能力的教學目的。

4主要改進的教學內容和目標有

依據計算機網絡課程的教學內容，將理論課教學和實驗教學融入一體進行，由單一的、枯燥的理論教學，加入實驗部分，具體將實驗分為以下3大類：

（1）理論驗證類實驗，例如：OSI參考模型數據流動過程，各類協議（ICMP、TCP、ARP）、三次握手及介質訪問控制等;

（2）網絡設備類配置：包括配置交換機、配置防火墻、配置路由器，組建局域網、配置服務器、配置VPN、配置訪問控制列表及劃分VLAN等;

（3）綜合設計類實驗：組建中、小企業辦公網絡、組建校園網絡、組件宿舍網絡等。

在Packet Tracer軟件的可視化的仿真界面下，學生可以在軟件的圖形用戶界面上靈活方便的拖拽各種需要的網絡設備建立網絡拓撲，這跟真實的網絡場景幾乎是沒有差別的。對于服務器的配置和使用維護、網絡設備的物理連接和連通測試以及網絡設備選型配置和維護，設定任務情境，對實驗任務的選擇可以具有梯度，更貼近工程應用。教師制定學習目標，學生可以自己設定任務情境，根據實際情況完成。例如，在網絡設備的選型配置試驗中，學生可以自主設計網絡拓撲結構，進行設備選型，進行模擬設備配置，以提高學生興趣和實踐動手能力為導向，鼓勵學生自主學習。

5實施方案、方法

虛擬仿真試驗是在深度的分析了計算機相關專業的計算機網絡課程教學的基礎上，按照“強化支撐基礎知識、提高學生實際動手能力、培養學生綜合素質”的原則，在現今的課程改革的大前提下，按照虛擬仿真實驗的發展現狀及其特征，從培養學生實踐能力和應用能力出發，開設特色化的虛擬仿真實驗項目，加強學生的專業技能訓練，并培養綜合設計能力、實踐能力，構建成循序漸進的網絡教學虛擬仿真教學體系。

參考文獻

[1] 白青山.高校虛擬電子實驗室建設淺談[J].職業時空，2014，（10）： 130-131.

[2] 朱劍林，侯睿.虛擬仿真試驗在計算機網絡教學中的應用[J].教育教學論壇，2016，（17）：229-230.