摘要：虛假仿真技術(shù)可以模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，能夠節(jié)約成本，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)中不可缺少。以Packet Trace虛擬仿真軟件為例，探討虛假仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)將虛擬仿真技術(shù)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合更能提高實(shí)訓(xùn)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù);網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn);Packet Trace

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)[1]，但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，除了一些全國(guó)示范或骨干高職院校外，很多高職院校缺少實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所、設(shè)備等，不能滿(mǎn)足學(xué)習(xí)者的實(shí)訓(xùn)要求，而以虛擬仿真技術(shù)搭建虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以解決實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所及設(shè)備緊缺的問(wèn)題。本文以Packet Trace虛擬仿真軟件為例，討論虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用，分析對(duì)比虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的差別，促進(jìn)高職院校運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，并將虛擬仿真與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，以提高教學(xué)效果。

一、虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的合稱(chēng)[2]。虛擬仿真技術(shù)又叫虛擬仿真或者模擬技術(shù)，是將一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)用虛擬的方法模仿出來(lái)。虛擬仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而逐步形成的一種實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)，是數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類(lèi)認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的第三類(lèi)方法，已逐漸成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的通用性、戰(zhàn)略性技術(shù)[3]。虛擬仿真技術(shù)在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合在一起，構(gòu)建逼真的虛擬環(huán)境。虛擬仿真可以是一個(gè)模擬器，一個(gè)仿真軟件，或者一個(gè)數(shù)學(xué)模型等[4]。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在軍事演習(xí)、醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬、廣告宣傳等。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展虛擬仿真技術(shù)廣泛地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為一種新的教學(xué)模式[5]。

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)訓(xùn)中具有真實(shí)性、交互性、開(kāi)放性及擴(kuò)展性[6]。真實(shí)性是指虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中實(shí)驗(yàn)環(huán)境具有很強(qiáng)的真實(shí)感，學(xué)習(xí)者在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中感覺(jué)進(jìn)入了真實(shí)的實(shí)訓(xùn)室，操作虛擬設(shè)備，體驗(yàn)真實(shí)的操作過(guò)程。交互性是指學(xué)習(xí)者可以通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)操作虛擬設(shè)備，虛擬設(shè)備會(huì)在真實(shí)實(shí)訓(xùn)中所出現(xiàn)的現(xiàn)象。開(kāi)放性是指可以將虛擬仿真實(shí)訓(xùn)以網(wǎng)頁(yè)的形式發(fā)布，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，突破了時(shí)空的限制。擴(kuò)展性是指虛擬設(shè)備或虛擬軟件等可以實(shí)現(xiàn)靈活地配置與組合，而且更新與維護(hù)方便，可以對(duì)虛擬設(shè)備或虛擬軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

二、Packet Trace軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

（一）Packet Trace軟件簡(jiǎn)介

Packet Tracer是思科公司開(kāi)發(fā)的一種虛擬仿真軟件，可供網(wǎng)絡(luò)課程的初學(xué)者在虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)、排除網(wǎng)絡(luò)故障。該軟件采用圖形化用戶(hù)界面，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)鼠標(biāo)拖曳設(shè)備及配置線(xiàn)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?提供的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)過(guò)程可以適時(shí)地觀察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);可通過(guò)IOS配置對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置管理，鍛煉學(xué)習(xí)者檢查、排除網(wǎng)絡(luò)故障的能力。

Packet Trace支持大量的設(shè)備仿真，比如路由器、交換機(jī)、Hub等各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的仿真，每類(lèi)設(shè)備還提供不同的型號(hào);雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖等各種傳輸介質(zhì)的仿真;DNS、FTP、WEB、DHCP等服務(wù)器的仿真;還可以仿真很多模塊。而真實(shí)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境中往往不可能提供這么全面的實(shí)訓(xùn)設(shè)備。Packet Trace運(yùn)行很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持TCP/IP協(xié)議，UDP協(xié)議、OSPF協(xié)議、HTTP協(xié)議、SMTP協(xié)議、Telnet協(xié)議等常見(jiàn)協(xié)議，及不常見(jiàn)的ARP協(xié)議、Ethernet協(xié)議、HDLC協(xié)議、ICMP協(xié)議、IPv6等協(xié)議。Packet Trace支持邏輯空間設(shè)計(jì)及物理空間設(shè)計(jì)兩種模式。Packet Trace中的數(shù)據(jù)包可采用實(shí)時(shí)傳輸模式和仿真?zhèn)鬏斈Ｊ?，?shí)時(shí)傳輸與真實(shí)傳輸過(guò)程一樣，仿真?zhèn)鬏斂梢钥吹綌?shù)據(jù)傳送的過(guò)程。

（二）Packet Trace軟件的應(yīng)用

假設(shè)某公司需要構(gòu)建自己的網(wǎng)站，并在網(wǎng)站上提供郵件系統(tǒng)服務(wù)。通過(guò)分析，為了完成本實(shí)驗(yàn)需要用到的設(shè)備有：首先需要一臺(tái)網(wǎng)站（Web）服務(wù)器、一臺(tái)郵件（E-mail）服務(wù)器;另外還需要一臺(tái)域名解析（DNS）服務(wù)器（通?？梢杂蓪?zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)提供，為了方便在仿真軟件中構(gòu)建了自己的DNS服務(wù)器）;還需要幾臺(tái)可以上網(wǎng)的PC機(jī);為了將這些設(shè)備連接起來(lái)，需要一臺(tái)交換機(jī)。還需要配置每個(gè)服務(wù)器的協(xié)議及每個(gè)服務(wù)器和PC機(jī)的地址;如果需要遠(yuǎn)程登錄交換機(jī)還需要對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以在真實(shí)的環(huán)境中完成，也可以在虛擬仿真軟件Packet Trace中完成。以下先通過(guò)Packet Trace軟件進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

1.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

將Web服務(wù)器、E-mail服務(wù)器、DNS服務(wù)器、兩臺(tái)PC機(jī)拖曳進(jìn)主界面，并連接好配置線(xiàn)，將設(shè)備分別重命名，得到實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如圖1所示。

圖1 "網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.配置各設(shè)備

（1）配置DNS服務(wù)器。鼠標(biāo)單擊DNS服務(wù)器，首先在Desktop選項(xiàng)中選擇“IP Configuration”設(shè)置靜態(tài)分配（Static），設(shè)置好各地址參數(shù)，其中IP地址192.168.1.2;然后在Config選項(xiàng)卡中設(shè)置GLOBAL項(xiàng)中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;最后將DNS項(xiàng)以外的其他協(xié)議全部關(guān)閉，并在DNS中添加網(wǎng)站（www.fly.com）及郵箱（pop3.163.com，stmp.163.com）的域名解析，如圖2所示。

圖2 "DNS域名解析配置

（2）配置Web服務(wù)器。鼠標(biāo)單擊Web服務(wù)器，在Desktop選項(xiàng)卡中配置好IP Configuration中各地址，IP地址為192.168.1.8;然后在Config選項(xiàng)卡中設(shè)置GLOBAL項(xiàng)中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;再后將HTTP項(xiàng)以外的其他協(xié)議全部關(guān)閉，還可以在此處修改網(wǎng)頁(yè)代碼，以修改網(wǎng)頁(yè)的顯示內(nèi)容。

（3）配置郵件服務(wù)器。點(diǎn)開(kāi)E-mail服務(wù)器，配置好IP Configuration中各地址，IP地址為192.168.1.3;然后在Config選項(xiàng)卡中設(shè)置GLOBAL項(xiàng)中的Gateway為：192.168.1.1，DNS Server為192.168.2;再后將E-mail項(xiàng)以外的其他協(xié)議全部關(guān)閉，并在E-mail項(xiàng)中設(shè)置Domain name及添加郵箱用戶(hù)名及用戶(hù)密碼。

（4）配置交換機(jī)。如果交換機(jī)不需要遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行配置管理，則無(wú)需配置。如果需要進(jìn)行遠(yuǎn)程登錄管理那么需要給交換機(jī)配置地址。交換機(jī)配置地址需要通過(guò)IOS配置方式。給交換機(jī)配置地址為192.168.1.253。點(diǎn)開(kāi)交換機(jī)，進(jìn)入CLI選項(xiàng)，回車(chē)后鍵入命令，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置命令：

Switchgt;en//進(jìn)入特權(quán)模式

Switch#conf t //進(jìn)入全局模式

Switch（config）#inter vlan 1（默認(rèn)交換機(jī)的所有端口都在VLAN1中）//創(chuàng)建并進(jìn)入VLAN1的接口視圖

Switch（config-if）#ip address 192.168.1.253 255.255.255.0//在VLAN1接口上配置交換機(jī)遠(yuǎn)程管理的IP地址

Switch（config-if）#no shutdown//開(kāi)啟接口

Switch（config-if）#exit//回到全局配置模式

（5）配置兩臺(tái)PC機(jī)的地址。點(diǎn)開(kāi)PC0，在Desktop選項(xiàng)中選擇“IP Configuration”設(shè)置靜態(tài)分配（Static），設(shè)置好各地址參數(shù)，其中IP地址192.168.1.4。PC1的設(shè)置同PC0，其中IP地址為192.168.1.5。

3.測(cè)試驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

（1）驗(yàn)證網(wǎng)站功能。在PC0（或PC1）上，點(diǎn)開(kāi)進(jìn)入Web Brower選項(xiàng)，輸入網(wǎng)址www.fly.com，再點(diǎn)擊go，如果能夠正確顯示出Web服務(wù)器上的主頁(yè)，則說(shuō)明Web服務(wù)器實(shí)驗(yàn)成功。否則需要重新檢測(cè)故障，并排除故障，直到能夠成功顯示。

（2）驗(yàn)證郵件收發(fā)功能。鼠標(biāo)單擊PC0（或PC1）上，選擇Desktop選項(xiàng)，單擊E-Mail，進(jìn)入MAILBROWER，單擊Configure Mail，然后進(jìn)行相應(yīng)的配置。保存后返回MAIL BROWER，進(jìn)行收發(fā)郵件測(cè)試，如果能成功收發(fā)郵件，則說(shuō)明郵件服務(wù)器實(shí)驗(yàn)成功，否則需要檢測(cè)并排除故障。

三、Packet Trace虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析

在Packet Trace虛擬仿真軟件中，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)圖形化界面，對(duì)虛擬的設(shè)備進(jìn)行連線(xiàn)、配置、測(cè)試、排除故障等，在逼真的環(huán)境中，體驗(yàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，完成實(shí)驗(yàn)，得到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。而且虛擬實(shí)驗(yàn)中需要用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只需要用鼠標(biāo)拖曳出來(lái)即可，仿真軟件提供不同的設(shè)備和相同設(shè)備不同型號(hào)的選擇，實(shí)驗(yàn)非常方便靈活。而在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中，很多實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所不可能提供這么多的設(shè)備，更難具備各種不同型號(hào)的設(shè)備，仿真軟件大大地節(jié)約了設(shè)備成本。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，可以不斷地重新配置，嘗試不同的配置方法，不會(huì)損壞設(shè)備，配置不成功，可以刪除設(shè)備，重新拖曳進(jìn)新設(shè)備進(jìn)行配置，而在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中配置不正確，操作不當(dāng)，可能損壞真實(shí)設(shè)備，而且不可能把真實(shí)設(shè)備丟掉后再用新設(shè)備進(jìn)行配置管理，因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了更靈活的配置方法，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，不需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，不需要實(shí)訓(xùn)室管理維護(hù)人員，節(jié)約了實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所成本以及管理人員成本;虛擬實(shí)驗(yàn)可以在任意一臺(tái)電腦上完成，突破了時(shí)間與空間的限制，可以使學(xué)習(xí)者隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)更輕松，效率更高。

但是在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中有一些與真實(shí)實(shí)驗(yàn)不完全相同的地方，比如設(shè)備之間的連線(xiàn)，只需要選擇一種介質(zhì)即可，甚至可以由系統(tǒng)智能判斷選擇什么介質(zhì)，所以配線(xiàn)環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。而在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者可能不知道具體的設(shè)備需要選擇哪種傳輸介質(zhì)，或者傳輸介質(zhì)沒(méi)有連接好、松動(dòng)、串?dāng)_等都可能造成實(shí)驗(yàn)不成功，而這些在虛擬實(shí)驗(yàn)中都不會(huì)出現(xiàn)。另外，如Web服務(wù)器配置，在虛擬實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有設(shè)備Web站點(diǎn)，只需要將HTTP協(xié)議打開(kāi)即可，而在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中Web站點(diǎn)的配置存在版本的不兼容、默認(rèn)站點(diǎn)的位置不正確以及登錄用戶(hù)的權(quán)限設(shè)置等問(wèn)題都可能引起Web服務(wù)配置不成功。

因此，虛擬實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)需要與真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不能只是單純地進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。比如，可以讓初學(xué)者先通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，熟悉設(shè)備、設(shè)備的型號(hào)、設(shè)備的配置方法、設(shè)備的管理方法、設(shè)備的排障方法等，然后再結(jié)合真實(shí)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣將使學(xué)習(xí)效果更佳。

四、結(jié) "論

在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)中，將虛擬仿真軟件Packet Tracer與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可以有效解決學(xué)校設(shè)備經(jīng)費(fèi)緊張問(wèn)題，使學(xué)習(xí)者通過(guò)虛擬仿真軟件掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)、建網(wǎng)、用網(wǎng)等技能訓(xùn)練，提高了網(wǎng)絡(luò)技能，同時(shí)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合，克服了在虛擬實(shí)驗(yàn)室不能解決的問(wèn)題。近年來(lái)，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中體現(xiàn)的作用越來(lái)越大，應(yīng)用也越來(lái)越廣，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)是值得推廣的。但是虛擬仿真技術(shù)集中了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等多種技術(shù)，開(kāi)發(fā)虛擬仿真設(shè)備有一定的難度，教師一方面可以自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一些虛擬仿真設(shè)備、虛擬仿真軟件等，另一方面也可以直接應(yīng)用別人開(kāi)發(fā)的仿真產(chǎn)品。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，需要不斷地更新虛擬仿真產(chǎn)品，使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮M量地逼近還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相給合的實(shí)驗(yàn)方法，可以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，值得應(yīng)用與推廣。

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收稿日期：2015-03-29

作者簡(jiǎn)介：韓鳳英（1975-），女，碩士，長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要研究方向：信息安全、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。