網絡工程虛擬化實驗教學研究與實踐

費雄偉+陳偉宏+何建新

摘要：針對地方本科院校網絡實驗的資源經費限制、維護成本高、效率低、更新慢等問題，實驗效果不好的困難和挑戰，提出了虛擬化實驗教學方案。從組織形式、項目設計、實踐效果等多方面進行了研究，實踐表明，依托虛擬化網絡實驗能解決上述地方本科院校網絡實驗的困難和挑戰，在提升實驗教學的效果的同時，給師生帶來了好處和便捷。

關鍵詞：網絡工程;虛擬化實驗;組織形式;項目設計

中圖分類號：G424文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2015）10-0128-01

一、網絡工程實驗存在的問題

網絡工程實驗教學為提升網絡專業學生動手和操作能力服務，也是將專業知識轉化為生成力的重要途徑，其重要性不言而喻。但由于地方本科院校的條件限制，存在著如下的問題：1.無法進行復雜網絡實驗。由于經費有限，沒有復雜網絡實驗的設備，造成實驗停留在驗證階段，無法提升研發與應用能力。2.設備有限、共享程度低、維護成本高、效率低。學生人均占據的網絡設備很低，無法滿足同時一個班實驗的要求，實驗要分組多次進行，效率低下，且實驗無法多次重復進行。3.對設備有害。如果學生對設備操作不規范或一些破壞性的使用，造成設備故障，維護費用高。4.更新慢。設備陳舊，難以勝任實驗，且更新成本過高，不能滿足與技術與時俱進。5.實驗效果不明顯。目前網絡實驗脫節于市場需要，學生興趣不高。地方本科院校的網絡工程實驗教學，必須直面以上問題，加以研究和實踐，以期探索出有效的網絡工程實驗教學模式。經過研究和實踐，依托網絡工程虛擬化實驗能在一定程度上解決或減輕上述問題，適應地方院校的實際。

二、網絡工程虛擬化實驗教學的研究與實踐

網絡工程虛擬化實驗是指利用計算機軟件模擬出網絡實驗所需的實驗設備，并進行網絡組織、部署、設計和測試等的實驗方式。它能夠降低實驗的成本，提供所需的各種設備，能完成復雜的、設計性的實驗。顯然，網絡工程虛擬化實驗具有低成本、無破壞性、高效率、無維護等優點，能夠解決之前提高的網絡工程實驗面臨的問題和挑戰。通過使用網絡工程虛擬化實驗教學的研究和實踐，取得了良好的效果，下面闡述其實施要點。

1.虛擬化實驗教學目標。虛擬化實驗教學的目標是讓學生達到如下要求：整體把握完整的計算機網絡系統工作過程和方式;練習使用網絡中最核心的路由技術和交換技術;融會貫通網絡管理和網絡安全知識;熟悉網絡應用的建設過程等。

2.虛擬化實驗教學的組織形式。虛擬化實驗教學以虛擬仿真形式提供，仿真實驗場景并在此場景中完成市場和社會所需的網絡技術和網絡案例。虛擬仿真軟件可以采用PacketTracer，GNS3等，這樣能模擬出Cisco公司的各種主流的設備，并且按需使用、無維護、也無破壞性，更重要的是能解決設備的不足，還能提高實驗的效率。實驗包括實驗前的預習和準備，要求同學們了解到將要做的實驗的背景、意義、具體步驟和過程。

3.虛擬化實驗項目設計。以虛擬化技術組織實驗教學能化繁為簡、低投入高產出地實施網絡實驗，對提升網絡工程實驗的效果確實起到了很好的幫助，但這僅僅是其中的一個方面。另一個重要的方面就是如何設計具有市場價值的實驗項目，即從項目內容方面來考慮激發學生的興趣和學習動力。

每個實驗項目設計為：案例，技術背景，實驗內容，實驗步驟等四個部分。案例指本項實驗在企業或市場中應用的情況，以引起學生對項目的期望。技術背景則介紹本項實驗所需的技術要點，作為實驗前的準備，幫助學生快速而針對性的完成實驗。實驗內容給出實驗任務，實驗拓撲等信息;而實驗步驟則包括實驗的詳細步驟和說明，也包括實驗的中間結果和實驗中的注意或者需要學生思考的問題等等。

經過多年的對虛擬化網絡工程實驗的研究和實踐，目前已經設計了如下一些較為經典的實驗項目。它們分別是：VLAN設計、配置與管理、WLAN;STP生成樹協議;路由器技術配置和管理;案例：路由器實現VLAN間通信;PPP（Point to Point Protocol）數據鏈路層協議與安全PAP，CHAP;幀中繼Frame Relay;網絡地址轉換（NAT）;ACL配置;DHCP中繼配置等。

4.虛擬化網絡工程實驗的實踐效果。通過近年來在湖南城市學院網絡工程專業學生中開展虛擬化實驗的效果來看，學生學習積極性高，能夠很好地完成面向職業導向的各個實驗項目，且實驗室以低成本，低維護成本的方式運作，既克服了地方本科院校資源不足的困難，又緊扣市場需要，開出了應用性強的實驗項目。無論是學生還是教師，均體會到了虛擬化網絡工程實驗的好處和便捷。

三、結語

地方本科院校網絡工程專業學生的實驗教學面臨著條件有限和維護使用方面不足的挑戰，無法跟上網絡技術進步和市場需要。通過研究和實踐，網絡虛擬化實驗能實現低成本、低維護、更新快、面向市場需要的網絡實驗，值得向各地方院校的網絡工程專業的網絡實驗推廣。

（作者單位：湖南城市學院信息科學與工程學院）

基金項目：湖南城市學院虛擬仿真實驗教學資源建設項目（湘城院教字[2014]41號-8），湖南城市學院教學改革研究項目（湘城院發[2014]30號-27），湖南城市學院學生實踐能力培養改革項目（湘城院教字[2014]21號-5）.

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