关于计算机网络虚拟仿真实验平台的探索与研究

魏丹?于林林

摘 要 近年来，计算机技术蓬勃发展，随之产生很多网路相关专业和通信专业专业的相关核心课程，而计算机网络类课程中很多理论教学常常涉及大量抽象的网络协议和复杂的设备网络硬件的讲解，学生理解和掌握起来非常困难。在这样的大背景下，虚拟仿真平台应运而生，本文围绕虚拟仿真平台的必要性，国内外现状分析，具体研究的内容以及实施的方案、方法等展开分析。

关键词 虚拟仿真;计算机网络;网络配置

1虚拟仿真平台的必要性

现在网络教学即要求学生了解基本概念和基本理论，还需要学生在理论的基础上，自己动手用真实的硬件设备组建真实的计算机网络，同时，在深入地理解了在组建网络过程中的各项工作中，能理论和实际相联系，管理网络的计算机的网络操作系统能去组建和维护。但现实是，各学校的教学实践条件有限，而实际即使学校可以投入资金，学生可以在昂贵的硬件上进行操作练习，那么，作為没有实际操作经验的学生，一个错误操作就可能烧坏整个大型硬件设备。所以，计算机网络类一直都是受限于硬件条件，因而构建一个突破传统局限的、不受时间和地域限制的网络化虚拟仿真实验环境成为迫切需要解决的重要课题。

虚拟仿真实验平台主要依赖于软件和较少的配套硬件，使实验室的维护费用和工作量大大降低。目前，虚拟仿真技术在实际教学中得到了广泛运用。虚拟仿真技术的最大好处是节约了实际实验室建设的成本，同时还有效地克服了课程难以理解、枯燥抽象的问题，进而使学生加深了对各种协议和原理的认识与理解，同时激发了学生对抽象课程的学习兴趣和积极性，更保证了课程的教学质量。学生只要有一台笔记本电脑并且安装了这些虚拟软件即可，无论在什么地方都可以进行学习和实验，从而摆脱了真实实验环境的束缚，学习效果更是得到了极大提高[1]。

2国内外现状分析

虚拟实验室（Virtual laboratory） 最早是由美国的William Wolf教授在1989年提出的概念。同时虚拟仿真技术的蓬勃发展，为成功建设虚拟仿真实验室提供了基本条件。

目前，网络虚拟仿真实验系统在国外的发达国家已十分普及。例如：美国的 Labview一种基于图形方式的集成化程序开发环境。用于《数字信号处理》、《信号与系统》有关信号检测与分析的一系列实验仿真特别合适。由Cisco公司发布的Packet Tracer是一个辅助学习网络工具，为学习思科网络课程的初学者设计、配置、排除网络故障提供网络模拟环境。

我国的网络虚拟仿真系统虽然起步较晚，但是发展速度很快。依据目前可查到的信息及各院校开放的对外服务看，国内很多大学已相继建立了网络虚拟仿真实验系统[2]。

3具体研究的内容

3.1 实验教学模式

由于计算机网络的传统实验内容大多局限于实验环境，脱离网络工程的实际，起不到对学生的动手能力的培养，导致学生毕业后从事网络工程实践时，很难将实验功底转化为从业的能力。在传统教学过程中，虽然在实验环节也采用了分组进行模式，但具体操作过程中，由于学生水平不同，部分学生并没有真正参与，也就谈不上团队意识。网络虚拟实验平台，可以每个人都自己参与到实验中。

3.2 教学方法

教学是使学生在实际应用时能够灵活地将理论与实践相结合，培养学生运用知识分析问题解决问题的能力。网络虚拟平台可以拓宽教学的方法。

（1）在网络虚拟平台上，将传统的实验题目改为自主型实验题目。对设计类实验的实验内容和具体要求，利用网络虚拟平台去设计相关题目，并对不同层次的学生采用梯度任务完成，这就形成了自主试验的教学方法。这样学生根据自身水平选择合适的任务，培养学生创新能力。

（2）注重学生团队意识。利用网络虚拟实验平台拓展和改善学习环境和氛围。在传统的分组模式基础上，根据学生水平结合自愿原则分组，鼓励学生制定不同梯度的任务作为目标，适时引导和有效监督，让学生体会到团队合作的重要性。此时，教师的引导作用很重要。

3.3 实践课程考核

引入网络管理员、网络工程师考试和相关网络培训内容，精心组织学生进行专项训练。在实验考核中，学生要在规定时间内独立解决问题，确保实践考核的实时性、公开性和准确性。这样的学习考核方式，使学生在学习过程中有目标、有压力，因此使学生在课前能认真做好准备，课后强化相关考试和培训内容，调动学生的学习兴趣，从而达到提高学生解决实践问题能力的教学目的。

4主要改进的教学内容和目标有

依据计算机网络课程的教学内容，将理论课教学和实验教学融入一体进行，由单一的、枯燥的理论教学，加入实验部分，具体将实验分为以下3大类：

（1）理论验证类实验，例如：OSI参考模型数据流动过程，各类协议（ICMP、TCP、ARP）、三次握手及介质访问控制等;

（2）网络设备类配置：包括配置交换机、配置防火墙、配置路由器，组建局域网、配置服务器、配置VPN、配置访问控制列表及划分VLAN等;

（3）综合设计类实验：组建中、小企业办公网络、组建校园网络、组件宿舍网络等。

在Packet Tracer软件的可视化的仿真界面下，学生可以在软件的图形用户界面上灵活方便的拖拽各种需要的网络设备建立网络拓扑，这跟真实的网络场景几乎是没有差别的。对于服务器的配置和使用维护、网络设备的物理连接和连通测试以及网络设备选型配置和维护，设定任务情境，对实验任务的选择可以具有梯度，更贴近工程应用。教师制定学习目标，学生可以自己设定任务情境，根据实际情况完成。例如，在网络设备的选型配置试验中，学生可以自主设计网络拓扑结构，进行设备选型，进行模拟设备配置，以提高学生兴趣和实践动手能力为导向，鼓励学生自主学习。

5实施方案、方法

虚拟仿真试验是在深度的分析了计算机相关专业的计算机网络课程教学的基础上，按照“强化支撑基础知识、提高学生实际动手能力、培养学生综合素质”的原则，在现今的课程改革的大前提下，按照虚拟仿真实验的发展现状及其特征，从培养学生实践能力和应用能力出发，开设特色化的虚拟仿真实验项目，加强学生的专业技能训练，并培养综合设计能力、实践能力，构建成循序渐进的网络教学虚拟仿真教学体系。

参考文献

[1] 白青山.高校虚拟电子实验室建设浅谈[J].职业时空，2014，（10）： 130-131.

[2] 朱剑林，侯睿.虚拟仿真试验在计算机网络教学中的应用[J].教育教学论坛，2016，（17）：229-230.