基于“虛實結合”的計算機網絡課程實驗平臺構建的研究

[摘 要] 實驗教學是計算機網絡課程的重要部分，針對應用型人才培養的需求和計算機網絡課程教學的特點，分析教學過程中存在的問題，提出利用現有的硬件資源結合虛擬技術和仿真教學軟件，構建虛實結合的實驗教學平臺，進而改善實驗教學環境，降低教學成本，提高學生實踐能力和學習積極性，提高教學效果與教學質量。

[關 鍵 詞] 虛擬技術；仿真軟件；實驗教學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）16-0078-02

一、計算機網絡課程實驗教學現狀分析

計算機網絡課程是一門理論和實踐結合緊密的基礎性課程，隨著網絡技術應用的普及，目前絕大部分高校的相關專業都要求開設計算機網絡課程。但在實際的教學過程中，普遍存在以下問題：

（1）課程理論內容過于抽象，制約了學生對課程的理解，影響了實驗教學的開展。

（2）硬件設備投入大，更新不及時。目前，大部分高校都建有計算機網絡實驗室，由于網絡設備的特殊性，前期投入比較大。但是，隨著網絡技術的發展和實驗教學過程中的損耗，網絡設備的更新和維護又受到了資金投入的制約，造成設備陳舊，更新不及時，維護成本大等弊端，直接影響了實驗教學的開展。

（3）對實驗內容支撐不足。傳統的計算機網絡實驗設備，局限性很大，很難做到人人參與，只能分組實驗。部分實驗操作無法開展，比如，設備安裝與調試、存儲系統、磁盤管理等基礎性實驗無法開展，影響了實驗教學的完整性。

（4）無法隨時滿足學生實時的實驗操作。受設備數量和實驗室課程安排的制約，無法很好地滿足學生課后實驗練習，導致大部分學生只能利用上課時間進行實驗操作。

根據以上存在的問題，本文提出利用虛擬機軟件VMware和仿真軟件PacketTrace、GNS3，結合目前已有的真實的實驗設備構建一個“虛實結合”的實驗教學平臺。針對不同的教學內容和實驗項目，以不同的平臺組合方式開展實驗教學。有效地利用現有教學資源，更好地發揮實驗教學的優勢。

二、虛擬仿真實驗平臺的優勢

虛擬仿真實驗平臺構建，是利用虛擬機軟件和網絡設備仿真軟件相結合的。在實驗項目操作過程中，是面向軟件的操作，通過點擊軟件中的模擬設備的圖標或者按鈕進行網絡連接、設備添加、結果驗證分析等過程。與真實實驗環境相比，虛擬實驗平臺具有易操作性、可擴展性、高模擬性和低成本投入這些都是真實實驗環境所不能比擬的。在實驗操作過程中，利用模擬軟件的友好圖形界面，學生能夠繪制拓撲圖形，直觀地了解數據包的轉發、協議工作過程等抽象的知識。而且，由于虛擬仿真軟件具有可重復性，避免了錯誤操作帶來的影響，提高了實驗效率，有利于學生利用虛擬平臺探討和研究相關知識，有利于培養學生的應用能力和創新意識。

運用虛擬化技術實現了“一機多用”，每個學生都能完全獨立的參與，保證了實驗效果和實驗目的的達成，更有利于降低實驗室建設投入的成本。

三、“虛實結合”實驗平臺的構建

真實的實驗環境是最優的選擇，但是由于資金限制、設備更新滯后等原因，不能更好地開展實驗教學。而虛擬仿真軟件可以解決上述問題，同時也是對實驗教學開展作了很好的補充。但是，不能完全利用虛擬仿真軟件代替真實的實驗環境。我們應該堅持“實”為基礎、“虛”為補充，取長補短，建立“虛實結合”的實驗教學平臺。

在充分利用現有實驗室資源的基礎上，結合虛擬機軟件VMware和仿真軟PacketTrace、GNS3，根據不同的實驗要求，進行不同的組合搭配構建適合實驗項目開展的實驗平臺。例如，利用GNS3+VMware組合建立實驗教學平臺，利用GNS3模擬器的路由器、交換機，同時也可以在平臺上加載虛擬機，通過實驗平臺的搭建，使學生可以進行路由交換配置、服務器的配置，也可在實驗平臺上進行抓包實驗和網絡設備進階實驗；利用VMware和實驗室資源實現存儲管理、磁盤管理、系統安裝和網絡服務實現等實驗；將PacketTrace和真實設備結合，先利用PacketTrace進行基礎實驗驗證和演示，等學生熟悉了具體操作步驟后，再到真實設備上進行操作，避免了因反復修改而造成的設備故障等問題，提高了實驗效率和成功率。

四、實驗項目設計

根據我院計算機網絡課程應用能力培養的改革需求，對計算機網絡課程實驗項目，進行分階段、模塊式的實驗項目設計。具體見下表所示。

五、結束語

利用虛擬仿真技術結合真實實驗設備構建的實驗教學平臺，能夠很好地滿足計算機網絡實驗教學的需求，保證了實驗教學的整體性、系統性和層次性，豐富了計算機網絡課程實驗教學。實驗模式多樣化，在很大程度上提高了學生對計算機網絡課程的理解，培養了學生學習的積極性。虛擬仿真平臺為實驗教學帶來了便利，學生可以實時進行相關實驗的練習，也在一定程度上降低了設備投入成本，學生在實驗過程中更加自主，提高了實踐能力和應用能力。因此，構建“虛實結合”的計算機網絡課程實驗教學平臺具有較強的實際意義。

參考文獻：

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