李 佳 江 濤

重慶工商職業(yè)學(xué)院 重慶 400052

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)仿真軟件的應(yīng)用

李 佳 江 濤

重慶工商職業(yè)學(xué)院 重慶 400052

高職院校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)由于師資和設(shè)備等原因，開展實踐教學(xué)存在突出困難。本文重點(diǎn)闡述如何運(yùn)用虛擬仿真軟件進(jìn)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)。通過實踐證明虛擬仿真實踐教學(xué)，不但節(jié)約實驗成本、減少實驗室管理難度，而且增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐操作技能，有利于保證計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)的質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)專業(yè)；實踐教學(xué)；VMware；Boson NetSim；Packet Tracer

實踐教學(xué)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的教學(xué)中占有非常重要的地位，是教學(xué)活動的重要環(huán)節(jié)。實踐教學(xué)和理論教學(xué)相輔相成，對培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析問題的能力，實事求是的科學(xué)態(tài)度，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣都有不可替代的作用。但是許多高職院校網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)環(huán)境差，路由器和交換機(jī)等高端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備少，學(xué)生無法親自動手實踐操作。如何提高網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出合格的技能型人才，已成為高職院校面臨的一個嚴(yán)峻課題。

一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)存在的突出困難

1.實驗設(shè)備不足、實驗場地缺乏

一是資金短缺，儀器設(shè)備臺套數(shù)嚴(yán)重不足，很難達(dá)到實踐教學(xué)的要求。二是專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是難于恢復(fù)的實體系統(tǒng)，不可能讓學(xué)生在解剖和拆裝過程中學(xué)習(xí)故障維修技術(shù)。三是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展很快，產(chǎn)品種類繁多,更新?lián)Q代頻率高,幾年以后實驗設(shè)備就被淘汰。

2.教師準(zhǔn)備實驗的工作量大，實驗指導(dǎo)得不到保障

教師在實驗課前要做大量的準(zhǔn)備工作，建立實驗環(huán)境。學(xué)生在實驗過程中總會遇到各種各樣的問題，然而，由于實驗指導(dǎo)教師的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于同時實驗學(xué)生的數(shù)量，所以學(xué)生實驗中遇到的問題往往得不到及時指導(dǎo)，學(xué)生實驗過后離開了實驗環(huán)境，有些問題又無法解決了。

3.實驗室運(yùn)行成本高

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)需要使用耗材，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)也需要各種能源，每個實驗室管理還需要配備專門的實驗指導(dǎo)教師，導(dǎo)致實驗室運(yùn)行成本高。

二、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)仿真軟件應(yīng)用研究

計算機(jī)仿真是一種強(qiáng)有力的輔助教學(xué)工具，引入計算機(jī)仿真技術(shù)可以優(yōu)化實踐過程，改善實踐教學(xué)的環(huán)境。把仿真軟件運(yùn)用到網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)中，體現(xiàn)了實踐教學(xué)環(huán)境虛擬化、系統(tǒng)開放化的特點(diǎn)，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。實踐過程中不用擔(dān)心學(xué)生破壞原有的操作系統(tǒng)，明顯減少了實驗室管理的工作難度。同時仿真軟件具有圖形化用戶界面，交互性好，學(xué)生可以享受到豐富和高度互動參與的學(xué)習(xí)體驗，從而使學(xué)生更加容易理解理論知識，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。最常使用的仿真軟件有以下幾種：

1.VMware Workstation虛擬機(jī)軟件

VMware是用于PC機(jī)和筆記本電腦的虛擬化軟件，具有執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、顯示界面友好以及跨平臺支持等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用?？梢宰層脩粼谝慌_PC機(jī)上運(yùn)行多個操作系統(tǒng)。通過單擊鼠標(biāo)在不同的計算機(jī)環(huán)境之間快速切換。由于虛擬的多系統(tǒng)實驗環(huán)境與主系統(tǒng)有良好的隔離性，不用顧慮學(xué)生對主系統(tǒng)的破壞，實驗教學(xué)效果明顯。主要實踐教學(xué)有以下幾方面：

(1)學(xué)習(xí)設(shè)置BIOS SETUP參數(shù)。在剛啟動虛擬機(jī)操作系統(tǒng)時，按鍵盤上的功能鍵F2可以進(jìn)入BIOS SETUP界面。VMware虛擬的是Phoenix的BIOS的界面。學(xué)生可以了解CMOS的相關(guān)參數(shù)，并方便快捷地進(jìn)行設(shè)置練習(xí)，不受系統(tǒng)還原影響，而且不會影響到主機(jī)的性能。在練習(xí)的過程中教師可以用多媒體教學(xué)軟件隨時監(jiān)督和指導(dǎo)學(xué)生的練習(xí)。

(2)硬盤分區(qū)。利用VMware Workstation建立虛擬機(jī)，配合計算機(jī)維護(hù)光盤ISO鏡像，可以充分學(xué)習(xí)、使用、測試各種分區(qū)工具軟件，模擬解決在日常生活中硬盤操作的各種問題，而不會影響到真實操作系統(tǒng)的正常使用。同樣還可以學(xué)習(xí)其它常用的底層操作軟件，既節(jié)約了教學(xué)成本，又開闊了學(xué)生知識面。

(3)安裝各類操作系統(tǒng)。VMware Workstation可以在已有的操作系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上安裝多個操作系統(tǒng)，它支持所有Windows系列操作系統(tǒng)以及Linux、FreeBSD、NetWare、Solaris等操作系統(tǒng)的安裝。通過對操作系統(tǒng)的安裝，學(xué)生可以掌握各類操作系統(tǒng)的安裝過程，掌握各種操作系統(tǒng)不同的安裝方法。既不影響真實操作系統(tǒng)的使用，又可以提高學(xué)生的實際動手能力。

(4)配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。學(xué)生可以在虛擬機(jī)上對操作系統(tǒng)進(jìn)行配置和管理，比如：組建對等網(wǎng)、虛擬局域網(wǎng)，子網(wǎng)劃分；搭建VPN、WEB、FTP、DHCP、DNS、WINS、郵件、流媒體和無盤服務(wù)器；組建域及管理域?qū)ο?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置等等實驗都可以在虛擬機(jī)環(huán)境中實現(xiàn)。

2.Boson NetSim模擬器

Boson NetSim是著名的Boson公司開發(fā)的一款路由器、交換機(jī)仿真軟件。Boson NetSim由兩部分組成：Boson Network Designer（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)計軟件）和Boson NetSim（網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)M器）。首先利用Boson Network Designer這個軟件設(shè)計出一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，在這個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖里面可以包含如下設(shè)備：Cisco路由器、Cisco交換機(jī)、用戶機(jī)或終端，它們通過網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)連接起來，設(shè)計好之后把這個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖保存到一個擴(kuò)展名為.top的文件中。然后用Boson NetSim這個模擬器軟件打開以前做好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（.top文件），可以對拓?fù)鋱D里的路由器、交換機(jī)、終端等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置，如在路由器上配置網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，在交換機(jī)上劃分VLAN，在終端上配置IP地址和網(wǎng)關(guān)等。所有設(shè)備都配置好以后，可以通過網(wǎng)絡(luò)診斷工具（如Pin等）來測試網(wǎng)絡(luò)的連通性。如果網(wǎng)絡(luò)暢通，則表示配置正確，實驗成功。

學(xué)生可以在模擬器環(huán)境下熟練掌握對路由器、交換機(jī)的物理連線和設(shè)備配置操作之后，再對真實物理的設(shè)備進(jìn)行操作，可以減少一些因?qū)W生誤操作造成的設(shè)備損失。

3.Packet Tracer模擬器

Packet Tracer是思科網(wǎng)絡(luò)學(xué)院仿真教學(xué)軟件，可以為網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者提供一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、模擬配置和網(wǎng)絡(luò)故障排除的仿真學(xué)習(xí)平臺。支持學(xué)生和教師建立仿真、虛擬和活動網(wǎng)絡(luò)模型。學(xué)生可在軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方法建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，允許學(xué)生配置仿真設(shè)備；并可提供數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)的詳細(xì)處理過程，觀察網(wǎng)絡(luò)實時運(yùn)行情況。軟件具有下列特點(diǎn)：

(1)支持多協(xié)議模型：支持常用協(xié)議HTTP、DNS、TFTP、Telnet、TCP、UDP、Single Area OSPF、DTP、VTP和STP，同時支持IP、Ethernet、ARP、wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC、ICMP等協(xié)議模型。

(2)支持大量的設(shè)備仿真模型：路由器、交換機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、各種連接電纜、終端等，這些設(shè)備是基于CISCO公司的。還能仿真各種模塊，提供圖形化和終端兩種配置方法，各設(shè)備模型有可視化的外觀仿真。

(3)支持邏輯空間和物理空間的設(shè)計模式：邏輯空間模式用于進(jìn)行邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實現(xiàn)；物理空間模式支持構(gòu)建城市、樓宇、辦公室、配線間等虛擬設(shè)置。

(4)可視化的數(shù)據(jù)包工具：配置有一個全局網(wǎng)絡(luò)探測器，可以顯示仿真數(shù)據(jù)包的傳送路線，并顯示各種模式，前進(jìn)后退或一步步執(zhí)行。

(5)數(shù)據(jù)包傳輸采用實時模式和仿真模式，實時模式與實際傳輸過程一樣，仿真模式通過可視化模式顯示數(shù)據(jù)包的傳輸過程，使用戶能對抽象數(shù)據(jù)的傳送具體化。

在教學(xué)過程中采用“任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)方法，教師用Packet Tracer模擬器仿真出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而完成教學(xué)中設(shè)定的“任務(wù)”。學(xué)生帶著真實的任務(wù)在探索中學(xué)習(xí)。在這個過程中，學(xué)生還會不斷地獲得成就感，可以更大地激發(fā)他們的求知欲望，從而培養(yǎng)出獨(dú)立探索、勇于開拓進(jìn)取的自學(xué)能力。下面是實際教學(xué)中的一個案例，實驗?zāi)康氖菢?gòu)建學(xué)生熟悉的校園網(wǎng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（如圖1）和實驗要求如下：

圖1 校園網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

第一，校本部各大樓與網(wǎng)絡(luò)中心的網(wǎng)絡(luò)帶寬為千兆，用戶主機(jī)到桌面交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)帶寬為百兆，校園網(wǎng)到Internet的出口帶寬為10兆。

第二，校園網(wǎng)的Web Server使用內(nèi)網(wǎng)地址，要求內(nèi)網(wǎng)用戶和互聯(lián)網(wǎng)中的用戶都能訪問該單位的Web Server。在DNS Server服務(wù)器中配置DNS域名解析，將該校園網(wǎng)的域名（www.myschool.com）解析為192.168.3.2。

第三，辦公大樓中有財務(wù)處、招生辦公室、黨委辦公室等機(jī)構(gòu)。要求這些機(jī)構(gòu)必須處在一個獨(dú)立的局域網(wǎng)內(nèi)，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全。

第四，對學(xué)生宿舍的計算機(jī)只提供WWW、E-Mail、FTP等常用的服務(wù)，除非有特別的需要不開通其他服務(wù)。工作日只能在上午8：00到晚上11：00間開通Internet網(wǎng)絡(luò)，周末可以全天開通網(wǎng)絡(luò)。

第五，校園中的計算機(jī)大部分使用Windows操作系統(tǒng)，要求對經(jīng)常出現(xiàn)漏洞的135～139端口進(jìn)行過濾，并且對一些木馬，病毒使用的常見端口進(jìn)行過濾。

學(xué)生首先在Packet Tracer中畫出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，然后按照實驗要求對路由器和交換機(jī)進(jìn)行配置，利用仿真環(huán)境測試配置是否成功，最后寫出實驗報告提交給教師檢查。關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要配置如下：

第一，ISP路由器。

(1)配置接口地址：

Router#configruer terminal

Router(config)#interface FastEthernet0/1

Router(config-if)#ip address 222.176.135.1 255.255.255.224

Router(config)#interface FastEthernet1/0

Router(config-if)#ip address 222.170.150.1 255.255.255.224

Router(config)#interface FastEthernet0/0

Router(config-if)#ip address 222.177.25.1 255.255.255.252

(2)配置默認(rèn)路由：

Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 f0/0

第二，邊界路由器。

(1)子網(wǎng)劃分：

Router(config-if)#interface fa0/0.1

Router(config-subif)#encapsulation dot1Q 20

Router(config-subif)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0

Router(config-subif)#ip nat inside

Router(config)#interface fa0/0.2

Router(config-subif)#encapsulation dot1Q 30

Router(config-subif)#ip address 192.168.3.1 255.255.255.0

Router(config-subif)#ip nat inside

備注：已劃分2個子網(wǎng)，其它配置同理。

(2)配置NAT轉(zhuǎn)換：

router#configure terminal

Router(config)#access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.255.255

Router(config)#ip nat inside source list 1 interface fa0/0

Router(config)#interface fa0/1

Router(config-if)#ip nat inside

Router(config)#interface fa0/0

Router(config)#ip nat outside

(3)配置訪問控制列表：

Router(config)#time-range allow-www

Router(config-time-range)#periodic daily 8:00 to 23:00

Router(config-time-range)#periodic weekend 0:00 to 24:00

Router(config-time-range)#exit

Router(config)#access-list 101 deny tcp any any range 135 139

Router(config)#access-list 101 deny udp any any range 135 139

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq www time-range allow-www

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq 21

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq 25

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq 110

Router(config)#access-list 101 permit ip any any

Router(config)#interface fa0/0

Router(config-if)#ip access-group 101 out

在Packet Tracer中通過仿真練習(xí)學(xué)生可以熟練掌握思科網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置命令，把理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力。有條件的學(xué)生可以參加CCNA（思科網(wǎng)絡(luò)安裝和支持工程師）認(rèn)證考試，畢業(yè)后可直接從事網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)崗位。

三、結(jié)束語

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用仿真軟件,是提高實踐教學(xué)效果和保證實踐教學(xué)質(zhì)量的一種手段，同時減少了設(shè)備維護(hù)的經(jīng)費(fèi)，減輕了實驗管理人員的工作量，在實際的教學(xué)過程中取得了良好的效果。這種方式也可以推廣到其他理工科專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

雖然計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)增強(qiáng)了實踐教學(xué)的力度，但虛擬仿真軟件并不能完全替代真實的物理環(huán)境。在具體實施過程中，應(yīng)當(dāng)虛實結(jié)合，有目的地讓學(xué)生在真實環(huán)境中進(jìn)行實踐訓(xùn)練。

[1]李佳，李先明.采用VMware構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室[J].重慶廣播電視大學(xué)學(xué)報， 2007，19（3）：11～13

[2]謝鵬，李清平.基于Boson NetSim的跨路由器虛擬通信仿真分析[J].實驗室研究與探索，2009，28（8）：90～92

[3]郭忠. Packet Tracer模擬器在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)中的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)與信息， 2009，8：28～29

The application of simulation software in teaching practice for computer network professional

Li Jia, Jiang Tao
Chongqing technology and business institute, Chongqing, 400052, China

For the lack of teachers and equipments in higher vocational school’ computer network professional,difficulties are protruding in teaching practice. This paper illustrates how to make use of simulation software to implement teaching practice in computer networks. The practice examples show that the application of simulation can not only reduce the experiments cost and management difficult, but also improve the students’ability of independent study and practice operation, which helps to guarantee the quality of teaching practice in computer network professional.

network professional; practice teaching; VMware; Boson NetSim; Packet Tracer

2009-12-30

李佳，碩士，講師，實訓(xùn)中心主任。