徐海霞 李森

【摘要】本文以新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革為切入點(diǎn)，以怎樣改革現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)、以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力為根本目標(biāo)，利用虛擬仿真技術(shù)手段提高網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量，將虛擬仿真技術(shù)融合在計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課的教學(xué)中。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真；網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課；實(shí)踐

1.引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的必修課程，在計(jì)算機(jī)類專業(yè)中占有基礎(chǔ)性作用，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程也會(huì)逐步成為非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的課程。基于此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)也變得異乎重要。對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)來說主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其是課堂教學(xué)對(duì)于提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程部分實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)需要一些昂貴的交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，但由于學(xué)院的硬件條件欠缺，因而無法滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)。這就造成了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的需要與實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺失之間的矛盾，在資金、設(shè)備不足等客觀條件下，只有選擇既能替代物理設(shè)備，又能滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，虛擬仿真技術(shù)恰好能滿足。

2.計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程目標(biāo)與要求

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計(jì)劃時(shí)數(shù)為64學(xué)時(shí)，課程所占4學(xué)分，其中實(shí)踐課時(shí)為32學(xué)時(shí)，占總學(xué)時(shí)的50%，是一門實(shí)踐性較強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的主要任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生在已有的計(jì)算機(jī)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)有一個(gè)較全面、系統(tǒng)的了解，提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)和基本理論、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和實(shí)際操作的能力。除具備網(wǎng)絡(luò)的基本理論知識(shí)外，還應(yīng)具備互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的簡(jiǎn)單使用和配置等網(wǎng)絡(luò)操作技能，如雙絞線的制作、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的使用方法等應(yīng)用能力。

3.虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)以多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，用來模擬一定條件下的客觀環(huán)境為典型特征的技術(shù)。由于是針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程中的研究，故研究?jī)?nèi)容重點(diǎn)在提高虛擬實(shí)驗(yàn)在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用與效果的提高。研究中主要以虛擬仿真技術(shù)中的虛擬機(jī)軟件與cisco模擬器為實(shí)踐工具，以如何提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課的理解與運(yùn)用能力。其中虛擬機(jī)技術(shù)就是在一臺(tái)主體計(jì)算機(jī)上建立與執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)虛擬化環(huán)境，使其完整地模擬真實(shí)硬件系統(tǒng)，在此模擬的硬件系統(tǒng)上可以安裝軟件、運(yùn)行程序，并可作為真實(shí)主機(jī)或設(shè)備來使用[1]。模擬器軟件是指主要透過軟件模擬硬件處理器的功能和指令系統(tǒng)的程序，使計(jì)算機(jī)或者其他多媒體平臺(tái)能夠運(yùn)行其他平臺(tái)上的軟件。

在用實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)條件下，如果是按8人學(xué)生為一組話，則每組需要雙絞鉗一把、路由器2臺(tái)、三層交換機(jī)2臺(tái)、二層交換機(jī)2臺(tái)、網(wǎng)線若干、局域網(wǎng)PC機(jī)若干等實(shí)驗(yàn)設(shè)備。但是如果以虛擬仿真技術(shù)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在能夠上網(wǎng)的普通學(xué)生機(jī)房，并且每臺(tái)PC機(jī)均安裝虛擬軟件的情況下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)均可進(jìn)行，大大減少了實(shí)驗(yàn)性設(shè)備的投入。

4.虛擬仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程中的實(shí)踐

因本課程教學(xué)與實(shí)踐學(xué)時(shí)比例為1：1，使用虛擬仿真技術(shù)教學(xué)，教學(xué)地點(diǎn)在普通學(xué)生機(jī)房，教學(xué)方法采用課堂講授、虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、課堂討論等形式。 將虛擬仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教學(xué)無縫融合，虛擬化軟件實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容的相互輔助嵌套，以完成明確的工作任務(wù)為目標(biāo)，進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)。

4.1 課程教學(xué)學(xué)時(shí)分配

基于虛擬仿真技術(shù)的課時(shí)分配如表1。網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為1，主要認(rèn)識(shí)物理網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)綜合布線實(shí)施章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為3，實(shí)驗(yàn)是直通線與交叉線的區(qū)分、使用場(chǎng)合，正確進(jìn)行雙絞線制作，并配置兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的對(duì)等網(wǎng)。子網(wǎng)劃分與交換機(jī)的使用章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為10，實(shí)驗(yàn)是在已連接入網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生PC機(jī)上，使用網(wǎng)絡(luò)命令查看學(xué)生PC的IP地址、MAC地址、網(wǎng)絡(luò)出口信息交換情況數(shù)據(jù)等。采用cisco的Packet Tracer模擬器進(jìn)行交換機(jī)的基本配置與管理、交換機(jī)的Telnet遠(yuǎn)程登陸配置、交換機(jī)劃分Vlan配置等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。網(wǎng)絡(luò)互連與系統(tǒng)調(diào)試章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6，實(shí)驗(yàn)是利用Ethereal網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器對(duì)TCP、UDP、ICMP協(xié)議分析，采用Packet Tracer模擬器進(jìn)行靜態(tài)路由配置等實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)選擇與網(wǎng)絡(luò)配置章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6，實(shí)驗(yàn)是利用VMware公司的VMware Workstation虛擬機(jī)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安裝、模擬組建對(duì)等局域網(wǎng)、模擬組建客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)等實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)安全章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2，實(shí)驗(yàn)是利用流行防病毒軟件對(duì)電腦進(jìn)行查殺實(shí)驗(yàn)，利用冰河等軟件，進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控等。網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)章節(jié)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2，利用美萍網(wǎng)管大師、天易成網(wǎng)管軟件在VMware Workstation虛擬機(jī)軟件平臺(tái)上運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。

4.2 虛擬仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)具體實(shí)例

利用虛擬仿真技術(shù)中cisco的Packet Tracer模擬器進(jìn)行虛擬局域網(wǎng)絡(luò)的劃分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：交換機(jī)劃分Vlan配置。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：能夠進(jìn)行虛擬Vlan基本配置、一般交換機(jī)按端口劃分Vlan的配置方法、掌握TagVlan配置方法。

實(shí)驗(yàn)背景：某一公司內(nèi)財(cái)務(wù)部、銷售部的PC通過2臺(tái)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)通信；要求財(cái)務(wù)部和銷售部的PC可以互通，但為了數(shù)據(jù)安全起見，銷售部和財(cái)務(wù)部需要進(jìn)行互相隔離，現(xiàn)要在交換機(jī)上做適當(dāng)配置來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

技術(shù)原理：（1）Vlan是指在一個(gè)物理網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行邏輯的劃分，劃分成若干個(gè)虛擬局域網(wǎng)，Vlan的特性不受物理位置的限制，可靈活劃分。Vlan具備了一個(gè)物理網(wǎng)段所具備的特性。相同Vlan內(nèi)的主機(jī)可以相互直接通信，不同Vlan間的主機(jī)之間互相訪問必須經(jīng)路由設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，廣播數(shù)據(jù)包只可以在本Vlan內(nèi)進(jìn)行廣播，不能傳輸?shù)狡銿lan中。（2）PortVlan是實(shí)現(xiàn)Vlan的方式之一，它利用交換機(jī)的端口進(jìn)行Vlan的劃分，一個(gè)端口只能屬于一個(gè)Vlan。（3）TagVlan是基于交換機(jī)端口的另一種類型，主要用于是交換機(jī)的相同Vlan內(nèi)的主機(jī)之間可以直接訪問，同時(shí)對(duì)不同Vlan的主機(jī)進(jìn)行隔離。

實(shí)驗(yàn)步驟：

完本次實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生基本掌握虛擬局域網(wǎng)的基本概念，在物理PC機(jī)、交換機(jī)上進(jìn)行虛擬局域網(wǎng)絡(luò)的劃分等操作。

4.3 虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)注意的問題

建立虛擬機(jī)時(shí)，應(yīng)注意虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模式，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求來選擇虛擬計(jì)算機(jī)橋接、NAT或僅主機(jī)模式。另外虛擬機(jī)的主要缺點(diǎn)是對(duì)物理PC機(jī)的資源消耗過大，需要主頻速度較快的CPU，容量較大內(nèi)存和大硬盤空間，這就要求安裝虛擬機(jī)軟件的主體計(jì)算機(jī)具有較高的硬件配置，才能夠滿足實(shí)驗(yàn)運(yùn)行需要[2]。

Packet Tracer模擬器可用簡(jiǎn)單的拖放和放至連線的方式模擬組建仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，交換機(jī)或路由器等設(shè)備的設(shè)置可通過CLI界面進(jìn)行配置，軟件中模擬計(jì)算機(jī)支持基本的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)命令，有利于初學(xué)者從總體結(jié)構(gòu)上把握理解網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程。但對(duì)于高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者來說，在不具備網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)是的條件下，可選用高級(jí)別的Cisco公司的模擬路由器Dynamips GUI軟件[3]，在此模擬環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IOS，可直接用于配置真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

5.結(jié)論

雖然利用虛擬仿真技術(shù)教學(xué)還不能完全取代真實(shí)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，但虛擬仿真軟件的低成本、安全性、可重復(fù)性、高可靠性和完美的虛擬環(huán)境，非常適合當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)。將虛擬仿真技術(shù)引人到實(shí)踐教學(xué)中，可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)性與典型性相結(jié)合，知識(shí)性與趣味性相結(jié)合，交互性與智能性相結(jié)合。特別是基于虛擬環(huán)境下的學(xué)習(xí)是學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)和快樂體驗(yàn)的一種新型教學(xué)模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、綜合應(yīng)用能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)

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課題項(xiàng)目：本文是2012-2014年新疆維吾爾自治區(qū)高等職業(yè)學(xué)校專業(yè)基礎(chǔ)課改革研究項(xiàng)目“虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的研究與應(yīng)用” 的階段性成果（課題編號(hào)：ZJ12-011）。

作者簡(jiǎn)介：徐海霞（1979—），女，石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：職業(yè)教育與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用。