潘中強

摘要：針對計算機網(wǎng)絡實驗教學存在的問題，將OPNET網(wǎng)絡仿真技術引入到計算機網(wǎng)絡課程的實驗教學中，以OSI參考模型為準繩，設計開發(fā)基于OPNET的一系列網(wǎng)絡仿真實驗，進行計算機網(wǎng)絡課程的輔助教學，提高教學質量。

關鍵詞：計算機網(wǎng)絡;網(wǎng)絡仿真;OPNET;教學

中圖分類號： TP392? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）36-0130-02

Abstract： In order to solve the problems existing in the experimental teaching of computer network， OPNETnetwork simulation technology is introduced into the experiment teaching of computer network course. Based on OSI reference model， a series of network simulation experiments were designed and developed to assist the teaching of computer network courses to improve the teaching quality.

Key words： computer networks; network simulation; OPNET; education

1 概述

計算機網(wǎng)絡是計算機科學技術最熱門的分支之一。在計算機網(wǎng)絡技術快速發(fā)展的新形勢下，計算機網(wǎng)絡的教學已成為計算機類專業(yè)及相關專業(yè)的重要課程[1]。該課程理論知識比較抽象，要想深入地理解計算機網(wǎng)絡基本知識和概念，并運用于實際中，需要課堂和實驗室的互補教學[2]。

傳統(tǒng)實驗教學存在軟硬件要求高、設備昂貴且更新淘汰快、設備共享性差、實驗時間和空間受限等弊端 [3]。網(wǎng)絡仿真環(huán)境下的模擬實驗很好地解決了這一問題，它將抽象的網(wǎng)絡概念形象化，把枯燥的網(wǎng)絡原理具體化，讓學生直觀地看到網(wǎng)絡協(xié)議的行為，了解各種環(huán)境或因素對網(wǎng)絡的影響。

在眾多網(wǎng)絡仿真軟件中，OPNET是較好的一款[4]。與別的仿真軟件相比，它提供了階層性的模擬方式、開放易用的軟件環(huán)境、便捷友好的結果分析界面[5]。利用OPNET仿真技術，可以搭建虛擬網(wǎng)絡平臺，模擬真實的網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲、協(xié)議、通信量仿真及網(wǎng)絡流量在網(wǎng)絡中的傳輸、交換等過程，并能夠通過搜集分析網(wǎng)絡性能參數(shù)，升級和優(yōu)化網(wǎng)絡，還能夠進行網(wǎng)絡故障分析、網(wǎng)絡協(xié)議開發(fā)等[6]。

因此，本文嘗試將OPNET運用到計算機網(wǎng)絡實驗教學中，以增強學生的動手能力和創(chuàng)新能力，提高教師的教研水平。

2 OPNET輔助教學

2.1 計算機網(wǎng)絡基礎課程分析

計算機網(wǎng)絡課程為將來從事計算機網(wǎng)絡通信領域的開發(fā)和研究、網(wǎng)絡的使用和維護提供必要的基礎知識。課程要求側重掌握計算機網(wǎng)絡體系結構、體系結構中各層次意義及其相互間關系以及網(wǎng)絡互連等知識[8]。其主要教學任務就是OSI（Open System Interconnection）的七層模型，對于每一層上的相關協(xié)議，由于內容比較抽象且看不見摸不著，學生在學習的過程很快就會對枯燥難懂的協(xié)議格式感到厭煩，課堂教學效果當然不會理想。

動手實踐能夠幫助學生通過搭建網(wǎng)絡，觀察網(wǎng)絡運行情況，獲取網(wǎng)絡相關數(shù)據(jù)進行比較，從而獲得感性認識，深入透徹的理解和掌握網(wǎng)絡，但是網(wǎng)絡實驗涉及交換機、路由器、計算機等大量設備，這些設備不僅昂貴，而且更新?lián)Q代快，很多學校的硬件條件無法滿足實驗需求。因此引入仿真軟件來搭建虛擬實驗平臺，設計合理的實驗項目，彌補現(xiàn)實實驗的不足，顯得十分重要。

2.2 仿真實驗體系設計

OPNET實驗設計是在理論學習的基礎上將抽象的網(wǎng)絡概念具體化，模擬提供網(wǎng)絡行為的可視化，將網(wǎng)絡設備，互聯(lián)拓撲結構及協(xié)議統(tǒng)一在一個可視的工作視圖中，使離散的抽象網(wǎng)絡概念具體統(tǒng)一在實際設計中。

具體步驟：

（1） 確定實驗對象。本文針對的是網(wǎng)絡課程設計的學生。

（2） 確定教學內容。以OSI七層模型為基礎，涉及網(wǎng)絡層、傳輸層等相關協(xié)議的應用。

（3） 明確教學目標。讓學生結合理論知識分析問題，提高對知識的應用能力，達到活學活用的目的。

（4） 制定教學策略。按照由淺入深、由易到難、由下至上的原則。先熟悉OPNET模擬環(huán)境，能按步驟的完成實驗，在完成實驗的基礎上運用知識進行網(wǎng)絡性能的初步分析，最后將知識活學活用，明白產(chǎn)生結果的原因并思考如何改進。

（5） 評估教學效果。完成實驗后，對所學知識進行總結、分析、考核。

依據(jù)計算機網(wǎng)絡課程培養(yǎng)目標，采用基礎操作型、綜合型、設計創(chuàng)新型三個層次模式，設計計算機網(wǎng)絡仿真實驗體系如圖1所示，以使學生從接受知識逐級提高到綜合能力的培養(yǎng)。

2.3 仿真實驗內容設計

依據(jù)OSI七層模型，按照由下向上，層層相扣，逐漸加大難度，與理論知識緊密結合的原則，設計六組實驗，如表1所示。設計思路是：新實驗內容會涉及做過的實驗所搭建的模型，通過使用前面的實驗作為踏板進一步理解將要學習的內容。通過前面對網(wǎng)絡性能的分析，也有助于后面綜合網(wǎng)絡性能的分析。通過對運行網(wǎng)絡模擬環(huán)境所得圖像分析，讓學生了解影響網(wǎng)絡運行的因素，找出解決和改進的方法，并通過報告得出希望的結果。

表1? 實驗內容

[實驗項目 實驗目的 拓展知識 以太網(wǎng)直連網(wǎng)絡的訪問控制 驗證以太網(wǎng)（CSMA/CD）的訪問控制方法，按教演示步驟完成實驗。 通過改變包的大小、網(wǎng)絡負荷觀察對的網(wǎng)絡流量影響。 交換局域網(wǎng) 構建交換網(wǎng)絡，通過配置網(wǎng)絡參數(shù)，交換設備的類型查看對網(wǎng)絡吞吐量與數(shù)據(jù)包碰撞的影響。 （1）解釋為何加入交換機后延遲減小了。

（2）分析Hub的沖突域與交換機的沖突域，說明它們的區(qū)別。 網(wǎng)絡層設計 設計一個基本的網(wǎng)絡，查看不同的設計對網(wǎng)絡性能的影響。 如何進行網(wǎng)絡優(yōu)化設計。 路由協(xié)議RIP設計 學習配置和分析RIP協(xié)議，配置網(wǎng)絡參數(shù)，分析路由失效對RIP協(xié)議的影響。 分析Router1與Router2之間的鏈路失效，對整個網(wǎng)絡中路由表的影響。 傳輸層TCP協(xié)議設計 驗證擁塞控制算法所實現(xiàn)的TCP協(xié)議。 分析擁塞窗口大小對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?應用層的設計 分析FTP應用程序的性能，在不同帶寬、丟包率下應用程序的敏感性。 （1）解釋為什么從FTP傳輸?shù)娇蛻舳说南⒅饕?字節(jié)的。

（2）什么影響FTP的下載速度。

（3）為什么重傳增加了協(xié)議的擁塞延遲。 ]

2.4 仿真實驗教學模式設計

學生在做實驗前先收集和了解實驗的原理和目標，然后老師利用多媒體課件和網(wǎng)絡仿真軟件進行知識點和實驗要求的講解，對試驗中的難點進行演示。學生進行動手操作，完成實驗，撰寫實驗報告。最后老師批改反饋，學生根據(jù)老師反饋情況，在仿真軟件上進行自主探究學習。

3 結論

本文從教學應用角度出發(fā)，將網(wǎng)絡仿真技術運用于網(wǎng)絡實驗課堂教學中，以OSI參考模型為準繩，摸索設計了一套通過網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)進行實驗教學的方法。實踐證明，該方法作為實踐環(huán)節(jié)，豐富了實驗教學內容，加深了學生對網(wǎng)絡知識和技術的感性認識。對已具備一定的網(wǎng)絡實驗條件的院校，該方法也是對實踐環(huán)節(jié)有益的補充。

參考文獻：

[1] 滿昌勇.計算機網(wǎng)絡基礎[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] 張曉明，陳明.計算機網(wǎng)絡實踐教學體系與能力培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2013，32（10）：401-404.

[3] 吳怡之，許紅安.基于仿真技術的計算機網(wǎng)絡課程輔助教學[J].東南大學學報：自然科學版，2007，33（2），247-250.

[4] 陳敏.OPNET網(wǎng)絡仿真[M].北京：清華大學出版社，2004.

[5] 應必娣，余燕平.基于OPNET的無線網(wǎng)絡技術教學實驗方法探討[J].實驗室科學，2013，16（2），99-102.

[6] 王文博，張金文.OPNET Modeler 與網(wǎng)絡仿真[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[通聯(lián)編輯：光文玲]