摘要: 本文論述了我國高職實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題，繼而提出了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的概念，分析了其存在的優(yōu)勢，并以一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)為例，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，通過虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)合來促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞: 實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建系統(tǒng)功能

1.前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，社會各領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用人才的需求不斷增加，近年來眾多高校紛紛開設(shè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性技能要求很強(qiáng)的技能型專業(yè)，要培養(yǎng)出高水平的網(wǎng)絡(luò)技能型人才，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)非常重要。學(xué)生只有通過足夠的實(shí)踐動(dòng)手的操作，才能真正理解和掌握該學(xué)科的理論知識，并在實(shí)際應(yīng)用中得到提高，在工作崗位上發(fā)揮作用。然而當(dāng)前各高校的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)大多存在著實(shí)驗(yàn)形式、內(nèi)容、要求與實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材、場地、經(jīng)費(fèi)保障相對滯后的矛盾，實(shí)驗(yàn)條件的制約在一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展和學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中建立一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)體設(shè)備的虛擬實(shí)驗(yàn)體系，是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)有效的補(bǔ)充，既能節(jié)約大量的教學(xué)經(jīng)費(fèi)，又能使實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間上得到有效的延伸。為了能夠應(yīng)用這種新型的實(shí)踐教學(xué)模式，我們以建立網(wǎng)絡(luò)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺為例進(jìn)行了研究。

2.虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建

虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺是通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的原型來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，一般安裝在真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺上，是可以完全開放的，它充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，完善了數(shù)據(jù)傳輸、交換、模式識別、語言處理、智能技術(shù)等性能，對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了仿真，學(xué)生可以從中靈活地組建網(wǎng)絡(luò)、學(xué)習(xí)和掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作知識。虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺還具有人機(jī)交互能力和可視化程度高等優(yōu)勢。虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺的出現(xiàn)從根本上突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊張、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)單一的弊端，凸顯了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開放性和實(shí)驗(yàn)操作的交互性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺總架構(gòu)如下:

圖1虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺架構(gòu)

虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺根據(jù)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)主要分為四個(gè)部分:

(1)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)虛擬平臺。

主要分為Windows和Linux兩個(gè)虛擬平臺。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在教學(xué)中教師要提供給學(xué)生相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包括課堂上演示講解、實(shí)際操作練習(xí)，這樣學(xué)生才能更好地理解網(wǎng)絡(luò)，以及與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的知識。而目前的教學(xué)不具備這種環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室讓每個(gè)學(xué)生練習(xí)安裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或工作站也有相當(dāng)大的難度。因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中教師只能是紙上談兵地講解一些操作步驟，學(xué)生難以形成具體的印象和實(shí)際動(dòng)手的技能。教師通過虛擬平臺提供對操作系統(tǒng)裝、設(shè)置和管理，可以使抽象的書本知識在虛擬平臺上具體化，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)條件所限帶來的不足。

(2)網(wǎng)絡(luò)集成虛擬平臺。

主要分為虛擬路由和交換兩個(gè)平臺。這兩個(gè)設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的主要設(shè)備之一，路由器完成網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，交換機(jī)是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主要數(shù)據(jù)交換場所。由于這類設(shè)備購置成本較高，每個(gè)學(xué)生都要練習(xí)配置和管理，很難實(shí)現(xiàn)，因此通過虛擬平臺實(shí)現(xiàn)既能完成教學(xué)，又能節(jié)約成本。

(3)網(wǎng)絡(luò)安全虛擬平臺。

主要是針對常見硬件防火墻。由于信息技術(shù)的發(fā)展，信息安全越來越被人們所重視，防火墻是目前解決此安全問題的主要設(shè)備。通過防火墻構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)安全虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺提供的是一個(gè)近于真實(shí)的環(huán)境，可充分保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量不受影響，完全符合教學(xué)要求。虛擬機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)有良好的隔離性，在虛擬環(huán)境下，學(xué)生不用顧慮對主系統(tǒng)的破壞，可以放心地進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作，會有更好的實(shí)驗(yàn)效果。

(4)綜合實(shí)驗(yàn)平臺。

綜合性實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及的綜合知識或與課本相關(guān)的課程知識的實(shí)驗(yàn)。教師針對不同綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、要求與難度，進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，使在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生都處于主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)目的明確，自覺獨(dú)立思維，尤其是在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的創(chuàng)造性思維比較活躍。

3.系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

綜合大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐課的特征，可以將實(shí)踐課的內(nèi)容分為操作系統(tǒng)部分和網(wǎng)絡(luò)部分。操作系統(tǒng)部分主要包括各種網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安裝、配置和應(yīng)用系統(tǒng)的搭建和測試;網(wǎng)絡(luò)部分主要包括各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(路由器、交換機(jī)、防火墻等)安裝、配置和平測試。操作系統(tǒng)部分和網(wǎng)絡(luò)部分的實(shí)踐課都需要儀器設(shè)備的支持，因此我們可以應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件來搭建此類虛擬實(shí)驗(yàn)平臺。

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)部分的實(shí)踐課通常需要基于網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)軟件“虛擬PC”能夠在一臺物理計(jì)算機(jī)上虛擬出多臺計(jì)算機(jī)，進(jìn)而為學(xué)生在單機(jī)環(huán)境下實(shí)踐如何安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、搭建多機(jī)應(yīng)用環(huán)境提供必要的條件。目前著名的“虛擬PC”工具軟件主要有VMware和VIRTUAL PC，VMware對網(wǎng)絡(luò)的支持比較好，它可以在一臺機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或更多操作系統(tǒng)，如Windows、Linux等。

VMware的完整使用過程為:建立一個(gè)新的虛擬機(jī)、配置安裝好的虛擬機(jī)、配置虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)這三個(gè)部分。

(1)虛擬系統(tǒng)安裝與配置

①選中一臺物理主機(jī)，安裝操作系統(tǒng)為Windows 2000 professional，然后在物理主機(jī)上安裝VMware 4.5，安裝完成后可以看到所有文件就在一個(gè)文件夾里。

②打開VMware，分別新建兩個(gè)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)1 OS為Windows 2000 Server，虛擬機(jī)2 OS為Windows 2000 professional。

③虛擬機(jī)1安裝兩塊虛擬網(wǎng)卡，網(wǎng)卡1為橋接方式，網(wǎng)卡2為自定義方式，并指定虛擬交換機(jī)為VMlnet2，虛擬機(jī)2安裝一塊虛擬網(wǎng)卡，自定義方式，并指定交換機(jī)為VMnet2。

④在VM虛擬網(wǎng)絡(luò)配置中，將VMnet2網(wǎng)段設(shè)置為192.168.20.x/24。

(2)DHCP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置

①配置虛擬機(jī)1上的網(wǎng)卡2的IP為192.168.20.1，設(shè)置虛擬機(jī)2的網(wǎng)卡IP為自動(dòng)獲取。

②在虛擬機(jī)1上安裝DHCP服務(wù)，并配置地址池192.168.20.10—192.168.20.20。

③在虛擬機(jī)2上利用IPCONFIG命令來查看IP，從而驗(yàn)證DHCP服務(wù)是否生效。

(3)網(wǎng)絡(luò)部分虛擬平臺實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)軟件“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器”能夠在一臺計(jì)算機(jī)上模擬出幾臺甚至是幾十臺路由器、交換機(jī)、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，學(xué)生用這些模擬出來的設(shè)備進(jìn)行配置練習(xí)，虛擬真實(shí)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，具有重要意義。目前著名的“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬核心”工具軟件主要有Dynamips、BOSON，Dynamips的真實(shí)性更強(qiáng)，靈活性更好，結(jié)合.NET面向?qū)ο箝_發(fā)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)圖形化直觀操作平臺。具體實(shí)現(xiàn)代碼如下:

Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object，ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click

Shell(“D:/Program Files/SecureCRT/SecureCRT.exe”，AppWinStyle.NormalFocus)

End Sub//調(diào)用終端登錄程序

Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object，ByVal e As System.EventArgs)Handles Button2.Click

Shell(“bin/dynamips/dynamips-wxp.exe -H 7200”)

End Sub//調(diào)用虛擬程序

Private Sub Button20_Click(ByVal sender As System.Object，ByVal e As System.EventArgs) Handles Button12.Click

Shell(“bin/putty/putty.exe 127.0.0.1 3001”，AppWinStyle.NormalNoFocus)

End Sub//本地登錄測試

Private Sub Button6_Click(ByVal sender As System.Object，ByVal e As System.EventArgs) Handles Button16.Click

Shell(“bin/dynagen/dynagen.exe net/ccna_routing.net”，AppWinStyle.NormalNoFocus)

End Sub//調(diào)用設(shè)備配置

交換機(jī)的虛擬平臺的實(shí)現(xiàn)和路由器基本一致，但在防火墻的實(shí)現(xiàn)環(huán)境需要開啟Pemu的虛擬服務(wù)才可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境，Pemu和Dynamips一樣都是通過加載IOS，而且兩者可以通信。Pemu支持Windows XP和Linux，在Linux下面使用會更穩(wěn)定些。

(4)綜合實(shí)驗(yàn)

在上面的路由器實(shí)驗(yàn)中，在學(xué)生掌握了基本的路由器協(xié)議配置后，為提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，教師可安排一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生利用四臺路由器一臺交換機(jī)和四臺主機(jī)組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生要綜合利用所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)服務(wù)器、工作站、交換機(jī)和路由器的配置等方面的知識和技能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，在兩種實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程集中體現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)的之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，能達(dá)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的目的。

總之，利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和要求，把真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合起來有明顯優(yōu)勢，其建設(shè)方法簡單、成本低、效果好。它可以幫助學(xué)生和教師隨時(shí)在計(jì)算機(jī)上操作實(shí)驗(yàn)，以彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊張的局限性。

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