虛擬網絡實驗室在計算機網絡教學中的應用

摘要: 本文介紹了一種基于虛擬機和網絡設備模擬器構建的虛擬網絡實驗室，由于其具有投入經費低、實用性強、管理簡單等優點，而被廣泛用于教學中。文中重點概括了虛擬網絡實驗室的優點，并列舉了該實驗室可以完成的實驗內容。

關鍵詞: 高職計算機網絡專業教學虛擬網絡實驗室應用

1.引言

實踐環節是高職計算機網絡專業教學的重要過程。網絡專業的學生如果只學習理論而沒有經過實踐操作，那么在實際應用中碰到的一些問題對他們來說都有可能成為“天塹”。為此，現在許多高職院校通過添加大量的網絡實驗設備來提高學生的實踐能力。然而，該專業實踐課程較多、實驗設備復雜、對學生實踐熟練程度的要求較高等都給網絡專業的教學帶來了極大的挑戰。為了解決這些問題，我們可以采用虛擬機技術和網絡設備模擬器構建虛擬網絡實驗室[1]。

2.虛擬機技術與網絡設備模擬器簡介

VMware Workstation是目前位置功能最全、性能最優、使用最方便的虛擬機產品之一。該軟件所提供的“計算機”的組成跟真正的計算機是一樣的，也包括CPU、內存、硬盤、光驅、軟驅、顯卡、聲卡等。在虛擬機中用戶可以和使用真正的計算機一樣安裝操作系統、應用程序和軟件，也可以對外提供服務。VMware Workstation能夠運行大多數Windows、Linux和Novell臺式機，以及服務器操作系統，用戶在虛擬機之間切換時不需要重新啟動或進行硬盤分區，同時虛擬機可以使用宿主機器上的一些資源，如軟驅、光驅等設備。用戶在虛擬機上進行分區、格式化、安裝操作系統或應用軟件等任何操作均不會對宿主機器系統產生任何影響。

Boson Netsim是BOSON公司推出的一款Cisco路由器、交換機模擬程序。該軟件是目前最流行的、操作接近真實環境的模擬工具。它最先提出自定義網絡拓撲的功能，與真實試驗相比，用戶使用它省去了制作網線連接設備、頻繁變更console連線、不停往返設備之間的環節，使學習效率明顯提高。同時，Boson Netsim不斷推陳出新，功能越來越強大，它的命令也和最新的Cisco的IOS基本保持一致。通過Boson Netsim用戶可以隨意構建網絡，這為路由器、交換機的教學提供了很大的靈活性。

3.構建虛擬網絡實驗室的優點

我們使用上述兩種工具搭建了虛擬網絡實驗室，并進行了一學年的教學，其由于操作方便、使用靈活等優點，深受師生的喜愛。現將其優點總結如下:

3.1使用虛擬網絡實驗室，我們無需考慮網絡設備及連接的問題，因為這些設備都是虛擬的并且已經按照要求連通。因此它對于沒有任何故障排除經驗的初學者來講非常方便。

3.2使用虛擬網絡實驗室可以減少損壞計算機的操作系統和軟件機率。對于有些破壞性的實驗，如對硬盤的操作、對操作系統的操作、網絡攻擊實驗等，我們采用虛擬機技術能夠保護計算機免受破壞。

3.3使用虛擬網絡實驗室可以讓學生及時了解最新技術。由于虛擬技術是一種軟件，我們可以對它進行升級，根據發展需要重新“生成”新的儀器設備，使之能跟上不斷更新的教學內容，而不至于淘汰整套儀器設備，使實踐操作訓練能及時跟上新技術的發展。

3.4使用虛擬網絡實驗室可以方便地在單機上進行服務器的管理與配置實驗和網絡設備管理實驗，能夠有效地解決學生人數迅速增長而學校經費不足的矛盾，做到人手一套實驗設備，同時也能夠避免頻繁變化console線，不停往返于設備之間的環節。

3.5采用虛擬網絡實驗室可以方便教師授課。在該環境下，授課可以采用廣播的方式，實時進行操作的演示與講解，改變了傳統的抓圖、PPT等方式，更易于學生的理解和接受[2][3]。

4.虛擬網絡實驗室在計算機網絡教學中的應用

網絡專業的實踐內容中最重要的兩個部分是對服務器的設置和對網絡設備的配置與管理。VMware Workstation對于網絡服務的配置與管理、磁盤管理、網絡安全與入侵等實驗都具有使用方便、性能好等方面的優點，但是對于網絡設備的實驗在性能上較為缺乏。Boson Netsim是專門針對網絡設備開發的虛擬軟件，它可以方便地實現VLAN的劃分、交換機配置、路由器配置等的實驗要求。兩者結合，可以讓虛擬網絡實驗室發揮更大的作用。

4.1利用VMware模擬網絡管理實驗

4.1.1破壞性實驗。

對于一些破壞性實驗，比如需要對硬盤進行重新分區、格式化、重新安裝操作系統等操作，如果在真實的計算機上進行這些實驗，會導致實驗后系統不容易恢復，所以教師在做該類型的實驗時需要配置專門的實驗室，造成了資源的浪費。教師和學生在虛擬機上進行這些破壞性操作，既能夠保證實驗的順利完成，又能夠保證公共機房主機系統的正常運行。

4.1.2聯網實驗。

學生需要做Windows 2000的聯網實驗時，使用虛擬機，可以在擁有一臺計算機的前提下很輕松地組建出實驗環境，也可以方便地組建基于工作組的對等網和基于域的局域網。學生還可以在此基礎上進行Web、DNS、FTP服務器、郵件服務器、DHCP服務器、流媒體服務器等服務器的搭建，也可以組建無盤網絡。虛擬機技術可以使學生方便地掌握這些網絡服務器的配置和管理方法，為學生的設計和創新提供平臺。

4.1.3群集類實驗。

學生在做“共享”的磁盤陣列柜實驗時，一個最便宜的磁盤陣列柜也需要幾萬元，再加上群集主機，則一個實驗環境需要10萬元以上的投資。因此現在很多學校在這方面的設備都較為缺乏，學生實踐的機會很少，如果使用虛擬機技術，只需要一臺配置比較高的計算機，就可以完成群集類的大部分實驗。

4.1.4軟件測試實驗。

學生在學習軟件設計、網頁設計等課程時，編寫的程序，需要在多種環境(單機環境、網絡環境、不同的瀏覽器版本等)和多種操作系統如Windows XP、Windows 2000/2003、Linux等環境下進行測試。使用虛擬機技術可以使這些測試更加方便、快捷地進行。

4.1.5網絡安全與網絡入侵實驗。

網絡安全是計算機網絡專業的學生必須掌握的知識之一。但是目前該方面課程一般都是停留在理論講解方面，學生難以理解且學習興趣不濃。教師通過虛擬技術可以在虛擬機上安裝相應軟件進行查找漏洞，用木馬程序入侵計算機并進行防御等試驗，讓學生在實驗中學習理論知識[4]。

4.2利用Boson模擬網絡設備實驗

4.2.1網絡設備基本配置實驗。

網絡設備配置是網絡專業學生需要掌握的基本功。但是由于資金不足、產品升級較快等原因，教師很難做到理論與實踐的密切結合。教師采用Boson Netsim可以讓學生根據需要繪制網絡拓補結構圖，模擬各種路由器、交換機、連接設備和計算機，隨意搭建實驗環境，并對以上設備進行各種配置、試驗和分析。學生甚至可以進行ISDN、幀中繼等各種較高級的實驗，以便更加直觀地了解各種協議和技術的原理，達到鞏固知識和提高水平的目的。

4.2.2CCNA、CCNP實驗。

Boson公司為Boson NetSim軟件定制了一些現成的軟件試驗包，其中包括CCNA級別的實驗項目和CCNP級別的實驗項目。這些試驗包內置了實驗拓補圖、部分正確配置的配置文件。教師通過Boson NetSim的實驗導航器可以有計劃、循序漸進地進行實驗練習，給學生思科認證考試提供一個平臺。

4.2.3網絡故障排除實驗。

網絡管理員在網絡組建完成之后，要使網絡保持平穩運行，就必須對網絡不斷維護，并及時排除故障，這需要非常豐富的經驗。在以往的教學中，學生在故障排除時大多數停留在講步驟、記方法的基礎上，缺乏實戰。利用模擬器，我們可以設置一些軟件故障點，并以文件形式保存后打包發給學生，讓學生分析故障所在，邊做邊學，積累排除故障的經驗[5]。

5.結語

采用虛擬技術構建的網絡實驗室，克服了硬件實驗室經費投入大、管理與維護困難等方面的問題，最大限度地滿足了計算機網絡實驗課程的要求，提高了教學質量。但是，虛擬實驗不能完全代替真實的實驗環境，它只是起到輔助作用，可以提高學生操作的熟練程度，但是如果想讓學生真正掌握技術，還需要在真實的環境中進行體驗。因此，在實踐教學中應注意“虛實”結合[6]。

參考文獻:

[1]王春海.非常網管——典型網絡實驗[M].北京:人民郵電出版社，2007.

[2]關全勝，白永軍.虛擬機技術在中職計算機教學中的應用淺談[J].科技信息，2009，(1).

[3]韓瑛，李斌.虛擬現實技術在網絡教學中的研究與應用[J].現代教育技術，2006，(1).

[4]龔自康.虛實結合的網上交互式虛擬實驗研究[J].技術應用，2005.9.

[5]史書明.借助NetSim輔助計算機網絡教學[J].計算機教學與教育信息化，2008.4.

[6]付曉深，王自強，張文華等.虛擬教學存在的問題及應對思路[J].生物學教學，2005，(7).