计算机网络技术课程仿真教学模式的创新研究

关晓颖++谢盛嘉

摘要：计算机网络技术作为计算机网络专业核心主干课程，是一门实践性非常强的课程。传统网络实验室需要配备路由器、交换机等物理设备，建设成本较高，利用率低。该文分析了在传统网络实验室开展计算机网络实验教学中存在的问题，引入虚拟仿真和云桌面等技术，构建虚拟实训室，改进计算机网络技术课程的实训教学，对提升教学质量具有重要意义。

关键词：仿真；虚拟化；虚拟实训室；实训教学

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）17-0107-02

Research on Innovation of Simulation Teaching Model in Computer Network Technology Courses

GUAN Xiao-ying1， XIE Sheng-jia2

（1.Guangdong Food and Drug Vocational College， Guangzhou 510520， China； 2.Guangdong Womens Polytechnic College， Guangzhou 511450， China）

Abstract： Computer Network Technology as a computer network core course is a very strong practical course. Traditional network lab equipment needs physical routers， switches， etc.， with higher construction costs and low utilization rate. This paper analyzes the problems in computer network experiment teaching with conventional network laboratories. It builds the virtual experiment lab based on virtualization， simulation， cloud desktops， etc. to improve practical teaching in computer network courses. It is important to enhance the quality of teaching.

Key words： simulation； virtualization； virtual lab； practical teaching

高职院校的办学宗旨是培养生产建设一线的高技能型人才。除掌握必要的理论知识外，更重要的是通过大量的课程实训掌握实际操作技能。计算机网络技术作为计算机网络专业核心主干课程，是一门实践性非常强的课程， 需要培训学生实际动手能力。因此必须加强实践环节的教学。在课程教学中，最基本的实践环节是对常用联网设备进行拓扑设计、配置和管理，组建满足实际需求的网络。计算机实验实训室的建设颇为重要。除部分有实力的高职院校实训条件优越，能充分满足学生实训要求外，当前仍有相当数量的高职院校实训条件不理想。因此，探索应用计算机虚拟仿真、云计算等新技术，构建虚拟实训室，改进计算机网络技术课程的教学，具有重要现实意见。

1 当前计算机网络课程教学中存的问题

1.1 构建网络实训室成本高

常规网络实验室需要配备路由器、交换机等设备。所使用的网络设备一般会选用市场占有率较高的厂商，如思科、华三、锐捷等。路由器、交换机、防火墙、IDS、IPS、SAN网络存储等这些网络设备厂商由于竞争压力以及技术的飞速发展，网络设备的更新非常快[1]。实训室需要每隔3-4年更新网络设备。客观上造成网络实训室建设成本过高。

1.2 网络实训室利用率不高

一般网络实训室都仅仅是采购几台样机，学生以分组实验的方式进行实践使用。实训室并不能保证每个学生人手一台设备，学生的实训实践效果会打一个大大的折扣，实际教学效果不理想。学生在日常的实训操作过程中，频繁对设备进行通电、插拔等操作，也会加速设备的损耗[2]。设备一旦损坏，将严重影响教学。再加上网络实训室只能为计算机网络专业所使用，综合利用率非常低。

综上所述，为了减低网络实训室建设成本，充分提高实训室的利用率，提升实践教学的效果，可以考虑引入网络模拟器等虚拟仿真技术构建虚拟网络实验室，改进网络实验教学。

2 虚拟仿真技术

2.1 虚拟仿真技术概念

IBM对虚拟化作出了定义，“虚拟化是资源的逻辑表示，可以是各种硬件资源，也可以是各种软件环境，如网络虚拟化、桌面虚拟化”[3]。仿真技术主要是应用于网络协议的构建，计算机是仿真技术主要的工具和载体[4]。综合运用虚拟化和仿真技术，可以称为虚拟仿真技术，是用计算机创建一个可视化实验操作环境，通过操作这些虚拟实验仪器或设备，即可进行各种实验，达到与真实实验相一致的教学目的和要求[5]。

2.2 虚拟仿真软件

（1）网络仿真软件[6]

比较常用的网络仿真软件有Boson NetSim、Packet Tracer、RouterSim等。RouterSim是完全按照CCNA的实验设计的，非常适合学习CCNA的实验内容。最大的不足是RouterSim仅局限于实验，不能自定义网络拓扑结构。Packet Tracer 是Cisco公司设计的产品，对Cisco公司自身的交换机、路由器等设备兼容性最好。Boson NetSim 由网络拓扑设计器和网络仿真模拟组成。Boson NetSim可以模拟交换机、路由器等设备，并可自定义网络拓扑结构，可以模拟局域网环境以及广域网环境。Boson NetSim 软件对PC运行环境要求不高，实验环境的配置较为简单，适合要求不高的实验场合。

（2）虚拟主机及云桌面[7]

VMware和Virtual PC 是当前使用率非常高的两款虚拟主机软件，能在真实的物理主机上运行多个虚拟主机，并安装Windows/Linux等多种类型的操作系统。基于云计算技术的桌面虚拟化，将计算机终端系统（也称作桌面）进行虚拟化，可以通过任何设备，在任何地点，任何时间通过网络访问桌面系统。

3 应用虚拟仿真技术改进网络实验教学

3.1 构建虚拟网络实训室

使用普通机房就可以构建网络实训室，并不需要专门的网络实训室。普通机房中每台学生机都安装网络仿真软件（如Boson NetSim）及虚拟化软件（如VMware）。通过Boson NetSim的模拟能力，能仿真模拟教学中所用到的常见的网络交换设备，如路由器、防火墙、交换机等。利用Boson NetSim灵活搭建各种网络结构，并模拟网络故障，可进行便捷快速部署，节省人力及硬件环境，为网络实验教学节省额外的环境部署时间。在学生物理机上安装虚拟主机软件（如VMware），虚拟多个主机并安装所需的操作系统。这样可以大大节省物理主机的数量，而且可以快速激活实训所需的操作系统，进行网络实验，提高网络实践的效果。

3.2 设计实训任务，开展实训教学

教师可以设置众多工作任务，每个工作任务都是基于实际问题而设立，把学生置身于真实场景中，学生需要独立解决工作任务。在任务教学中，学生需要了解真实场景的需求，在网络仿真软件中绘制相应的网络拓补结构图，部署相应的防火墙、路由器、交换机、主机等网络设备，配置各网络设备的IP、链路、路由、网络协议等，搭建模拟实验环境。通过对网络的反复配置、试验和分析，学生在实践中掌握网络技术，巩固知识和提高水平。学生每完成一个任务，教师可以引导学生进入下一个递进的任务，实施分层教学，充分调动各个层次学生的积极性。

同时，教师可根据学生的基础，利用Boson NetSim或RouterSim开展CCNA、CCNP认证考试训练。这些试验包内置了进行CCNA、CCNP所需的进阶实验，教师通过软件的实验导航器可以有计划、循序渐进地进行实验练习，为学生将来进行思科认证考试提供一个平台[8]。

作为一个网络管理员，要使网络保持平稳运行，还必须及时排除故障，这需要非常丰富的经验。这就要求日常教学中，学生不能仅仅照着葫芦画瓢，还应能排除网络故障。教师在模拟器的帮助下，可以设置一些网络故障点并以记录配置形式保存后打包发给学生，让学生分析，边做边学，积累排除故障的经验。

3.3 应用虚拟桌面实现随时随地进行网络实训

当前越来越多的高校建设新一代、基于云计算技术的虚拟机房。在虚拟机房中，学生机不再是物理机，而仅仅是一个终端。各个终端通过网络连接至中心主机，对应中心主机内的各个主机实例。学生可在普通PC端，甚至移动端，安装客户端，实现连接至中心主机的虚拟桌面，可以像操作本地物理机一样操作云端主机。云端主机装有网络实验所需的所有仿真软件及环境，可实现在任何时间、任何地点进行网络实验操作，打破传统网络实验室的时空和人力限制，更好地提升实训教学效果，如图1所示。

4 结束语

本文分析了当前计算机网络课程实训教学中存在的问题，针对这些问题，探索应用计算机虚拟仿真、云计算等新技术，构建虚拟实训室，改进计算机网络技术课程的教学。采用虚拟技术构建的网络实验室，解决了传统硬件实验室经费投入大、管理与维护困难等方面的问题，提高了教学质量。但是虚拟仿真实验不能完全代替真实的物理实验，还需要在真实的环境中进行实战。

参考文献：

[1]陈悦. 基于虚拟化的网络实验教学创新模式的研究与实践[J]. 福建电脑，2012（3）：175-176.

[2]吴强. 基于虚拟化技术的计算机网络专业实践教学环境建设的研究[J]. 天津科技，2012（1）：49-51.

[3]桑玉民. 虚拟仿真软件在高职计算机网络实训中的实践[J]. 晋城职业技术学院学报，2013（3）：26-28.

[4]路瑜. 浅析仿真技术在高职计算机网络教学中的应用研究[J]. 才智，2014（12）：184.

[5]康娜，赵海军. 浅析虚拟仿真实验在提升高职实践课中的凸显优势[J].商情，2011（47）：74.

[6]黄培花. 基于Boson Netsim构建虚拟网络实验环境[J]. 信息技术与信息化，2009（4）：11-13.

[7]谭方勇，张燕，李金祥. 基于虚拟仿真软件技术的计算机网络实验教学体系[J]. 计算机时代，2011（11）：51-53.

[8]张德凤，王晓玲. 虚拟网络实验室在计算机网络教学中的应用[J]. 考试周刊，2009（35）：140-141.