网络模拟器在“计算机网络”课程教学中的应用与分析

摘要：根据“计算机网络”课程的特点，该文对现代网络通信学习与研究中经常用到的各类模拟器进行特性、功能、使用对象等多个方面进行比较，并结合课程的具体实例提出一种适合该课程的实践教学模式。

关键词：网络模拟器；计算机网络；实践教学

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）08-1846-03

1 概述

2012年1月，教育部、财政部等共同印发了《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》，在全国范围内掀起了关于高校实践教学探讨的新高潮。意见指出各高校要把加强实践教学方法改革作为专业建设的重要内容，重点推行基于问题、基于项目、基于案例的教学方法和学习方法，加强综合性实践科目设计和应用。“计算机网络”是一门理论性和实践性都较强的课程，涉及计算机应用、通信技术以及各种相关通信设备技术。随着计算机与网络通信技术的不断发展，计算机网络课程已不仅仅是计算机专业，而且是众多非计算机专业的重要课程，如何提高计算机网络的教学质量成为了相关教育工作者非常关注的一个问题。传统的理论面授和实验室的简单实验已经无法满足学生的需求，专业的网络实验室设备在数量和更新速度上都无法适应课程的实践教学要求。网络模拟器的应用，大大提升了“计算机网络”课程的教学水平，对学生掌握通信技术的理论知识和实践操作能力有显著提高。

2 网络模拟器

2.1 网络模拟器概述

在现代通信网络研究中，网络模拟技术被广泛的应用，网络模拟器便是采用网络模拟技术，由一些公司或者专业研究机构开发的网络仿真工具软件，是为网络初学者设计的用于提供计算机网络设计、配置和网络故障排除模拟环境的学习平台，它支持用户建立仿真、虚拟和活动的网络模型。网络模拟器能模拟各类网络硬件设备，学生在仿真的操作界面上实践操作，效果可以与真实设备上操作相媲美。在模拟器模拟出的网络环境中，学生可以进行反复练习巩固所学知识。目前，网络模拟器非常多，各个网络设备生产商都推出了与之相配套的网络模拟软件，特别是一些拥有网络相关专业证书认证资格的公司更是力推其模拟器供考证者练习，例如思科（Cisco）、华为等网络设备供应商相继推出了多款模拟器。广受教学部门和培训机构青睐的网络模拟器主要有Packet Tracer、Dynamips、Boson NetSim、NS2、NS3等模拟软件。

2.2 网络模拟器的分类

1）从仿真的主要目标划分，网络模拟器可分为底层网络模拟器（Underlying Network Simulator）和覆盖层网络模拟器（Overlay Network Simulator）。底层网络模拟器主要对数据包层进行仿真，主要模拟底层网络的情况，如网络拓扑、数据包延迟、丢包率等。常见的底层网络模拟器有NS2、OMNeT++ 等；覆盖层网络是一种构建在物理网络之上的逻辑网络，用于描述节点之间的逻辑关系。覆盖层网络模拟器即P2P模拟器，如Narses、NeuroGrid、P2PSim等模拟器，主要用于P2P算法和协议的正确性验证并对协议的性能进行分析，P2P模拟器一般忽略底层网络结构，因此可以进行超大规模的P2P系统仿真。

2）从教学的主要目标划分，常见的网络模拟器可分为入门型、专业型和研究型三类。其中，入门型的模拟器以熟悉操作界面、网络命令及网络基本原理为主，如Cisco公司开发的Packet Tracer、Boson公司开发的Boson NetSim等，此类模拟器一般无法与真实网络环境连接，是完全仿真型模拟器；专业型的模拟器以提高工程实践能力、网络设计为主，如Dynamips模拟器、GNS3模拟器等，此类模拟器能模拟出Cisco大部分型号的路由器硬件环境，并在这个环境中直接运行Cisco真实的IOS，这些模拟器能模拟出真实的路由器，并通过在路由器上添加三层交换模块，实现交换机的模拟，与真实网络环境连接方便；研究型模拟器主要以科学研究、大型网络设计为主，如Narses、NS2等模拟器。在具体的教学过程中，根据学生的专业特点和培养计划进行具体的教学安排，如表1所述。

3 网络模拟器在教学中的应用

4）在真实的网络环境中调试并验证实验结果

在模拟器Packet Tracer中完成实验的虚拟配置后，要求学生在真实的网络环境中调试并验证实验结果。由于在模拟器中已做过虚拟实验，学生对实验的操作流程非常熟悉，这既避免了由于学生的误操作引起设备的损伤，同时也给学生一个验证自身实践能力的机会，有助于激发学生的操作热情和信心。

针对不同的实验任务，要求学生在不同的模拟器里进行实验。同样的任务可以在模拟器Packet Tracer中完成，也可以在模拟器Dynamips中操作。但是，不同类型的模拟器其仿真的侧重点不同，学生可以根据实验获得不同的实验数据，寻找不同的解决方法。

4 结束语

由于网络模拟器以单机版软件为主，这更有利于学生在个人电脑中构建网络实训环境，甚至可以通过VMware虚拟机软件在单台PC机上组建网络环境。该文对当前“计算机网络”课程实践教学环节的困难与重要性的分析，通过比较各类网络模拟器在实际教学中的应用效果，尝试着探索一种适合“计算机网络”类课程的实践教学模式，提升该课程的教学水平，增强学生在组网、网络维护等方面的实践操作能力。

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