网络工程虚拟化实验教学研究与实践

费雄伟+陈伟宏+何建新

摘要：针对地方本科院校网络实验的资源经费限制、维护成本高、效率低、更新慢等问题，实验效果不好的困难和挑战，提出了虚拟化实验教学方案。从组织形式、项目设计、实践效果等多方面进行了研究，实践表明，依托虚拟化网络实验能解决上述地方本科院校网络实验的困难和挑战，在提升实验教学的效果的同时，给师生带来了好处和便捷。

关键词：网络工程;虚拟化实验;组织形式;项目设计

中图分类号：G424文献标志码：A文章编号：2095-9214（2015）10-0128-01

一、网络工程实验存在的问题

网络工程实验教学为提升网络专业学生动手和操作能力服务，也是将专业知识转化为生成力的重要途径，其重要性不言而喻。但由于地方本科院校的条件限制，存在着如下的问题：1.无法进行复杂网络实验。由于经费有限，没有复杂网络实验的设备，造成实验停留在验证阶段，无法提升研发与应用能力。2.设备有限、共享程度低、维护成本高、效率低。学生人均占据的网络设备很低，无法满足同时一个班实验的要求，实验要分组多次进行，效率低下，且实验无法多次重复进行。3.对设备有害。如果学生对设备操作不规范或一些破坏性的使用，造成设备故障，维护费用高。4.更新慢。设备陈旧，难以胜任实验，且更新成本过高，不能满足与技术与时俱进。5.实验效果不明显。目前网络实验脱节于市场需要，学生兴趣不高。地方本科院校的网络工程实验教学，必须直面以上问题，加以研究和实践，以期探索出有效的网络工程实验教学模式。经过研究和实践，依托网络工程虚拟化实验能在一定程度上解决或减轻上述问题，适应地方院校的实际。

二、网络工程虚拟化实验教学的研究与实践

网络工程虚拟化实验是指利用计算机软件模拟出网络实验所需的实验设备，并进行网络组织、部署、设计和测试等的实验方式。它能够降低实验的成本，提供所需的各种设备，能完成复杂的、设计性的实验。显然，网络工程虚拟化实验具有低成本、无破坏性、高效率、无维护等优点，能够解决之前提高的网络工程实验面临的问题和挑战。通过使用网络工程虚拟化实验教学的研究和实践，取得了良好的效果，下面阐述其实施要点。

1.虚拟化实验教学目标。虚拟化实验教学的目标是让学生达到如下要求：整体把握完整的计算机网络系统工作过程和方式;练习使用网络中最核心的路由技术和交换技术;融会贯通网络管理和网络安全知识;熟悉网络应用的建设过程等。

2.虚拟化实验教学的组织形式。虚拟化实验教学以虚拟仿真形式提供，仿真实验场景并在此场景中完成市场和社会所需的网络技术和网络案例。虚拟仿真软件可以采用PacketTracer，GNS3等，这样能模拟出Cisco公司的各种主流的设备，并且按需使用、无维护、也无破坏性，更重要的是能解决设备的不足，还能提高实验的效率。实验包括实验前的预习和准备，要求同学们了解到将要做的实验的背景、意义、具体步骤和过程。

3.虚拟化实验项目设计。以虚拟化技术组织实验教学能化繁为简、低投入高产出地实施网络实验，对提升网络工程实验的效果确实起到了很好的帮助，但这仅仅是其中的一个方面。另一个重要的方面就是如何设计具有市场价值的实验项目，即从项目内容方面来考虑激发学生的兴趣和学习动力。

每个实验项目设计为：案例，技术背景，实验内容，实验步骤等四个部分。案例指本项实验在企业或市场中应用的情况，以引起学生对项目的期望。技术背景则介绍本项实验所需的技术要点，作为实验前的准备，帮助学生快速而针对性的完成实验。实验内容给出实验任务，实验拓扑等信息;而实验步骤则包括实验的详细步骤和说明，也包括实验的中间结果和实验中的注意或者需要学生思考的问题等等。

经过多年的对虚拟化网络工程实验的研究和实践，目前已经设计了如下一些较为经典的实验项目。它们分别是：VLAN设计、配置与管理、WLAN;STP生成树协议;路由器技术配置和管理;案例：路由器实现VLAN间通信;PPP（Point to Point Protocol）数据链路层协议与安全PAP，CHAP;帧中继Frame Relay;网络地址转换（NAT）;ACL配置;DHCP中继配置等。

4.虚拟化网络工程实验的实践效果。通过近年来在湖南城市学院网络工程专业学生中开展虚拟化实验的效果来看，学生学习积极性高，能够很好地完成面向职业导向的各个实验项目，且实验室以低成本，低维护成本的方式运作，既克服了地方本科院校资源不足的困难，又紧扣市场需要，开出了应用性强的实验项目。无论是学生还是教师，均体会到了虚拟化网络工程实验的好处和便捷。

三、结语

地方本科院校网络工程专业学生的实验教学面临着条件有限和维护使用方面不足的挑战，无法跟上网络技术进步和市场需要。通过研究和实践，网络虚拟化实验能实现低成本、低维护、更新快、面向市场需要的网络实验，值得向各地方院校的网络工程专业的网络实验推广。

（作者单位：湖南城市学院信息科学与工程学院）

基金项目：湖南城市学院虚拟仿真实验教学资源建设项目（湘城院教字[2014]41号-8），湖南城市学院教学改革研究项目（湘城院发[2014]30号-27），湖南城市学院学生实践能力培养改革项目（湘城院教字[2014]21号-5）.

参考文献：

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[4]沈建华，李飞，程崇虎，等.通信与信息网络国家级虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].实验室研究与探索，2015，1：42.endprint