虚拟仿真网络工程实验课程改革

周 勇　崔 杰　仲 红

安徽大学计算机科学与技术学院　安徽合肥　230601

虚拟仿真网络工程实验课程改革

周 勇崔 杰仲 红

安徽大学计算机科学与技术学院安徽合肥230601

随着我国高等教育的发展，高校规模不断扩大，招生也逐渐增多。因此，教学改革是众多高校近年来面临的一个重要问题。本文基于对虚拟仿真技术的描述，展示了虚拟仿真技术与网络工程实验结合给实验教学带来的优越性。针对实验教学所用到的具体平台，本文强调了当前网络工程实验课程改革的必要性。

虚拟仿真；网络工程；课程改革

1　概述

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，它是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义方面来说，虚拟仿真是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类实验研究的新技术；而从广义上来说，虚拟仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。随着计算机技术的迅速发展，仿真技术也逐步成为一个独立的体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法。并且，虚拟仿真实验教学建设是高校实验教学改革的必然发展方向［1］。总的来说，虚拟仿真技术有如下四个基本性质：沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性。

网络工程实验课程是计算机专业的主要实验课程，在以前的教学中，并未运用到虚拟仿真技术。基于虚拟仿真技术的网络工程实验是通过仿真软件设计网络拓扑结构，直观显示各种网络设备的内部配置和内部结构，并可通过虚拟仿真软件实现对物理设备的操作和配置，以及网络系统各种性能的分析。

2　RG-LIMP仿真实验平台使用简介

RG-LIMP是锐捷网络公司专门为实验室解决方案打造的一套软件平台，用于对所有的实验室资源进行安排、协调和管理。无论是本地实验的管理，还是远程实验的开设，无论是对实验室设备的自动维护，还是对实验过程的监控或是实验资料的管理，设备配置文件的自动捕获等功能都能够通过RG-LIMP这个平台来统一协调控制，从而做到实践教学的统一、高效、易操作。实验平台如图1所示。平台，平台包括RG-LIMP软件和相应的硬件配套。RG-LIMP软件实验平台充分利用了网络模拟软件可以自定义拓扑结构的灵活性，并内嵌了经典的实验项目，可自动地快速实现从拓扑结构设计、设备配置操作、系统连通测试的完整流程，无须连接、组合设备就能按需构建各种网络系统并显示各设备的性能参数；同时在软件下层的物理网络设备为学生提供了一个真实的实验环境，使学生通过软件平台实际操作物理设备，这从本质上区别于纯粹的网络模拟软件。采用软件虚拟仿真的方法，既为学生提供了一个直观的操作界面，又保证了各个实验项目是在真实的物理设备上完成的，这种软硬件无缝结合的平台为学生提供了一个直观、真实的实验环境。

图1　RG-LIMP平台界面RG-LIMP实验平台是一个半实物仿真实验教学

3　虚拟仿真平台实验环境的优越性

3.1未使用虚拟仿真平台的弊端

对比之前未使用虚拟仿真技术的实验操作流程我们知道，之前的通行方法是提供大量的网络设备供学生自由互连，手工配置，这种做法耗时耗力，设备损坏浪费严重，实验可靠性难以保障。此外，这种传统实验方法还是难以让学生直观观测到设备的内部结构，以及内部状态的动态变化。

3.2使用虚拟仿真平台的优势

采用锐捷公司的RG-LIMP半实物仿真实验教学平台，我们可以省去了手工用实物线路去配置交换机等实验设备，减少了一些对于实验结果无关紧要的环节，让学生的主要实验时间、精力放在理解实验原理、掌握实验操作过程上，从而更好地让学生学习实验知识与技能。图2为工程实验室网络部署图。

图2　工程实验室网络部署图

以下部分是对部署图的解释说明：

3.2.1第一组设备

从上图我们可以了解到，基于虚拟仿真网络工程实验室的第一组设备主要配置有一个无线接入器，两台两层交换机，一台三层交换机，两个路由器，一台硬件防火墙，一个设备管理控制器，一个拓扑链接器，若干台式计算机。基于虚拟仿真技术平台的实现在于将交换机、路由器等接口的接线情况统筹考虑，并组织在设备管理控制器和拓扑链接器中，因此不用学生自己去给实现设备接线。只需要在我们提供的虚拟仿真平台中进行虚拟调用和链接，做出对应的实验拓扑图，即可完成实验线路的链接。这样一来，既减少了插拔线对实验设备仪器的损坏，又节省了学生们实验时间，从而可以专心于实验过程，提高做实验的效率。

3.2.2总机房设备

总机房设备包括接入交换机、实验室云虚拟平台，认证计费服务器，无线控制器，实验管理服务器，网络管理服务器，协议分析服务器。通过接入交换机，其他总机房设备与第一组设备间的设备管理控制器、拓扑链接器以及台式计算机进行连接，便于远程交互。

4　虚拟仿真实验开设课程情况

4.1基于RG-LIMP平台开设实验课程情况

目前，在教育部实施的高校特色专业建设中，网络工程专业已作为我国高等教育第一批特色专业建设点。［2］因此，关于专业课程的开设也需要与时俱进。基于虚拟仿真实验平台，我们推出了具体相关实验课程（见表1）。通过RG-LIMP平台，我们可以有选择地导入需要的实验课程。通过具体实施相关的教学改进，促进学生对相关领域的认知。［3］

表1　RG-LIMP 平台开出的典型实验项目

4.2基于RG-LIMP平台的实验课程原理介绍这里我们以实验项目七（静态路由协议与动态路由协议RIP）为例，主要介绍基于虚拟仿真平台下动态路由协议RIP的原理及配置过程。

4.2.1实验目的

掌握在路由器上如何配置RIP路由协议。

4.2.2实验拓扑

图3　实验拓扑图

4.2.3实验原理

RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）是应用较早、使用较普遍的IGP（Interior Gateway Protocol，内部网关协议），适用于小型同类网络，是典型的距离矢量（distance-vector）协议。RIP协议以跳数作为衡量路径开销，并且RIP协议里规定最大跳数为15。它让每台路由器周期性地向每个相邻的邻居发送完整的路由表。路由表包括每个网络或子网的信息，以及与之相关的度量值。

4.2.4实验步骤

（1）配置两台路由器的主机名、接口IP地址

RSR20#configure terminal

RSR20（config）#hostname RouterA

RouterA（config）#interface fastEthernet 0/0

RouterA（config-if）#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

RouterA（config-if）#no shutdown

RouterA（config-if）#exit

RouterA（config）#interface loopback 0

RouterA（config-if）#ip address 172.16.1.1 255.255.255.0

RouterA（config-if）#exit

RouterA（config）#interface loopback 1

RouterA（config-if）#ip address 172.16.2.1 255.255.255.0

RouterA（config-if）#exit

RSR20#configure terminal

RSR20（config）#hostname RouterB

RouterB（config）#interface fastEthernet 0/0

RouterB（config-if）#ip address 192.168.1.2 255.255.255.0

RouterB（config-if）#no shutdown

RouterB（config-if）#exit

RouterB（config）#interface loopback 0

RouterB（config-if）#ip address 10.1.1.1 255.255.255.0

RouterB（config-if）#exit

RouterB（config）#interface loopback 1

RouterB（config-if）#ip address 10.2.2.1 255.255.255.0

RouterB（config-if）#exit

（2）在两台路由器上配置RIP路由协议

RouterA（config）#router rip

RouterA（config-router）#network 192.168.1.0

RouterA（config-router）#network 172.16.0.0

RouterA（config-router）#exit

RouterB（config）#router rip

RouterB（config-router）#network 192.168.1.0

RouterB（config-router）#network 10.0.0.0

RouterB（config-router）#exit

（3）查看RIP配置信息、路由表

RouterA#show ip route

RouterB#show ip route

（4）测试网络的连通性

RouterA#ping 10.1.1.1

5　结束语

虚拟仿真平台虽然已经在一些课程上实施，但是普及度还不是非常高。另外，相关的平台使用需要制定合理的使用守则，从而使得使用更加高效。虚拟仿真平台的引用确实给高校实验教学带来了方便，让高校的实验教学更具有实用性、适应性、开放性、灵活性、经济性以及形象性。［4，5］但是，只有在充分、合理的利用这个平台的前提下，才能更好地发挥它的作用。虚拟仿真技术平台普及相信是高校实验教学改革的趋势所在，它的优越性使得高校在实验教学的过程中逐步摆脱传统实验教学带来的束缚性，更好地将科学知识传递到学生的手中。

［1］ 李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平［J］.实验室研究与探索2013，32（11）:5-8.

［2］ 蔡皖东，张胜兵.网络工程实践教学改革与实验室建设［J］.实验室研究与探索，2008，27（12）:93-96.

［3］ 崔杰，仲红，石润华.结合信息安全竞赛进行网络实验课程改革［J］.中国教育技术装备，2013（24）:111-113.

［4］王军.网络工程虚拟仿真实训平台的探索［J］.科教文汇，2013（8）:52-54.

［5］ 吴玉峰，王欣.网络实训虚拟仿真的思考与探索［J］. 商界论坛，2013（30）:259-260.

Experimental Course Reformation of Network Engineering Based on Virtual Simulation

Zhou Yong， Cui Jie， Zhong Hong
Anhui University， Hefei， 230039， China

With the development of higher education in our country， the scale of university is becoming larger and larger. At the same time，the amount of the students also raises up. So， teaching reformation is a serious problem which many universities have faced in recent years. This paper is based on the description of the virtual simulation technology and shows the superiority in experiments teaching due to the combination of virtual simulation technology and network engineering experiments. Focusing on the platform used in the experiments， this paper emphasizes the necessity of reformation in the present network engineering experiments teaching.

virtual simulation； network engineering； course reformation

2014-12-06

周勇，硕士，高级实验师。

安徽大学省重大教学改革研究项目：网络工程专业创新人才培养模式研究（编号：2013zdjy040）；安徽大学教学研究项目：面向卓越工程师的网络工程教学改革（编号：JYXM201337）；安徽省振兴计划专业建设项目：信息安全（编号：2013zytz008）。