计算机网络专业实践教学环节仿真软件的应用

李 佳 江 涛

重庆工商职业学院 重庆 400052

计算机网络专业实践教学环节仿真软件的应用

李 佳 江 涛

重庆工商职业学院 重庆 400052

高职院校计算机网络专业由于师资和设备等原因，开展实践教学存在突出困难。本文重点阐述如何运用虚拟仿真软件进行计算机网络专业实践教学。通过实践证明虚拟仿真实践教学，不但节约实验成本、减少实验室管理难度，而且增强了学生自主学习能力和实践操作技能，有利于保证计算机网络专业实践教学的质量。

网络专业；实践教学；VMware；Boson NetSim；Packet Tracer

实践教学在计算机网络专业的教学中占有非常重要的地位，是教学活动的重要环节。实践教学和理论教学相辅相成，对培养学生的观察和分析问题的能力，实事求是的科学态度，引发学习兴趣都有不可替代的作用。但是许多高职院校网络实训环境差，路由器和交换机等高端网络设备少，学生无法亲自动手实践操作。如何提高网络专业实践教学质量，培养出合格的技能型人才，已成为高职院校面临的一个严峻课题。

一、计算机网络专业实践教学存在的突出困难

1.实验设备不足、实验场地缺乏

一是资金短缺，仪器设备台套数严重不足，很难达到实践教学的要求。二是专业网络设备是难于恢复的实体系统，不可能让学生在解剖和拆装过程中学习故障维修技术。三是网络技术的发展很快，产品种类繁多,更新换代频率高,几年以后实验设备就被淘汰。

2.教师准备实验的工作量大，实验指导得不到保障

教师在实验课前要做大量的准备工作，建立实验环境。学生在实验过程中总会遇到各种各样的问题，然而，由于实验指导教师的数量远远少于同时实验学生的数量，所以学生实验中遇到的问题往往得不到及时指导，学生实验过后离开了实验环境，有些问题又无法解决了。

3.实验室运行成本高

计算机网络专业实践教学需要使用耗材，设备运转也需要各种能源，每个实验室管理还需要配备专门的实验指导教师，导致实验室运行成本高。

二、实践教学环节仿真软件应用研究

计算机仿真是一种强有力的辅助教学工具，引入计算机仿真技术可以优化实践过程，改善实践教学的环境。把仿真软件运用到网络专业实践教学中，体现了实践教学环境虚拟化、系统开放化的特点，提高了学生自主学习的能力。实践过程中不用担心学生破坏原有的操作系统，明显减少了实验室管理的工作难度。同时仿真软件具有图形化用户界面，交互性好，学生可以享受到丰富和高度互动参与的学习体验，从而使学生更加容易理解理论知识，达到事半功倍的教学效果。最常使用的仿真软件有以下几种：

1.VMware Workstation虚拟机软件

VMware是用于PC机和笔记本电脑的虚拟化软件，具有执行效率高、网络功能强大、显示界面友好以及跨平台支持等优点而被广泛运用。可以让用户在一台PC机上运行多个操作系统。通过单击鼠标在不同的计算机环境之间快速切换。由于虚拟的多系统实验环境与主系统有良好的隔离性，不用顾虑学生对主系统的破坏，实验教学效果明显。主要实践教学有以下几方面：

(1)学习设置BIOS SETUP参数。在刚启动虚拟机操作系统时，按键盘上的功能键F2可以进入BIOS SETUP界面。VMware虚拟的是Phoenix的BIOS的界面。学生可以了解CMOS的相关参数，并方便快捷地进行设置练习，不受系统还原影响，而且不会影响到主机的性能。在练习的过程中教师可以用多媒体教学软件随时监督和指导学生的练习。

(2)硬盘分区。利用VMware Workstation建立虚拟机，配合计算机维护光盘ISO镜像，可以充分学习、使用、测试各种分区工具软件，模拟解决在日常生活中硬盘操作的各种问题，而不会影响到真实操作系统的正常使用。同样还可以学习其它常用的底层操作软件，既节约了教学成本，又开阔了学生知识面。

(3)安装各类操作系统。VMware Workstation可以在已有的操作系统平台基础上安装多个操作系统，它支持所有Windows系列操作系统以及Linux、FreeBSD、NetWare、Solaris等操作系统的安装。通过对操作系统的安装，学生可以掌握各类操作系统的安装过程，掌握各种操作系统不同的安装方法。既不影响真实操作系统的使用，又可以提高学生的实际动手能力。

(4)配置网络服务器。学生可以在虚拟机上对操作系统进行配置和管理，比如：组建对等网、虚拟局域网，子网划分；搭建VPN、WEB、FTP、DHCP、DNS、WINS、邮件、流媒体和无盘服务器；组建域及管理域对象,网络协议配置等等实验都可以在虚拟机环境中实现。

2.Boson NetSim模拟器

Boson NetSim是著名的Boson公司开发的一款路由器、交换机仿真软件。Boson NetSim由两部分组成：Boson Network Designer（网络拓扑图设计软件）和Boson NetSim（网络实验模拟器）。首先利用Boson Network Designer这个软件设计出一个网络拓扑结构图，在这个拓扑结构图里面可以包含如下设备：Cisco路由器、Cisco交换机、用户机或终端，它们通过网络传输介质连接起来，设计好之后把这个拓扑结构图保存到一个扩展名为.top的文件中。然后用Boson NetSim这个模拟器软件打开以前做好的网络拓扑结构图（.top文件），可以对拓扑图里的路由器、交换机、终端等网络设备进行配置，如在路由器上配置网络路由协议，在交换机上划分VLAN，在终端上配置IP地址和网关等。所有设备都配置好以后，可以通过网络诊断工具（如Pin等）来测试网络的连通性。如果网络畅通，则表示配置正确，实验成功。

学生可以在模拟器环境下熟练掌握对路由器、交换机的物理连线和设备配置操作之后，再对真实物理的设备进行操作，可以减少一些因学生误操作造成的设备损失。

3.Packet Tracer模拟器

Packet Tracer是思科网络学院仿真教学软件，可以为网络初学者提供一个网络设计、模拟配置和网络故障排除的仿真学习平台。支持学生和教师建立仿真、虚拟和活动网络模型。学生可在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑结构图，允许学生配置仿真设备；并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。软件具有下列特点：

(1)支持多协议模型：支持常用协议HTTP、DNS、TFTP、Telnet、TCP、UDP、Single Area OSPF、DTP、VTP和STP，同时支持IP、Ethernet、ARP、wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC、ICMP等协议模型。

(2)支持大量的设备仿真模型：路由器、交换机、无线网络设备、服务器、各种连接电缆、终端等，这些设备是基于CISCO公司的。还能仿真各种模块，提供图形化和终端两种配置方法，各设备模型有可视化的外观仿真。

(3)支持逻辑空间和物理空间的设计模式：逻辑空间模式用于进行逻辑拓扑结构的实现；物理空间模式支持构建城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置。

(4)可视化的数据包工具：配置有一个全局网络探测器，可以显示仿真数据包的传送路线，并显示各种模式，前进后退或一步步执行。

(5)数据包传输采用实时模式和仿真模式，实时模式与实际传输过程一样，仿真模式通过可视化模式显示数据包的传输过程，使用户能对抽象数据的传送具体化。

在教学过程中采用“任务驱动”的教学方法，教师用Packet Tracer模拟器仿真出网络环境，从而完成教学中设定的“任务”。学生带着真实的任务在探索中学习。在这个过程中，学生还会不断地获得成就感，可以更大地激发他们的求知欲望，从而培养出独立探索、勇于开拓进取的自学能力。下面是实际教学中的一个案例，实验目的是构建学生熟悉的校园网，拓扑结构图（如图1）和实验要求如下：

图1 校园网拓扑结构图

第一，校本部各大楼与网络中心的网络带宽为千兆，用户主机到桌面交换机的网络带宽为百兆，校园网到Internet的出口带宽为10兆。

第二，校园网的Web Server使用内网地址，要求内网用户和互联网中的用户都能访问该单位的Web Server。在DNS Server服务器中配置DNS域名解析，将该校园网的域名（www.myschool.com）解析为192.168.3.2。

第三，办公大楼中有财务处、招生办公室、党委办公室等机构。要求这些机构必须处在一个独立的局域网内，以保证网络的安全。

第四，对学生宿舍的计算机只提供WWW、E-Mail、FTP等常用的服务，除非有特别的需要不开通其他服务。工作日只能在上午8：00到晚上11：00间开通Internet网络，周末可以全天开通网络。

第五，校园中的计算机大部分使用Windows操作系统，要求对经常出现漏洞的135～139端口进行过滤，并且对一些木马，病毒使用的常见端口进行过滤。

学生首先在Packet Tracer中画出拓扑结构图，然后按照实验要求对路由器和交换机进行配置，利用仿真环境测试配置是否成功，最后写出实验报告提交给教师检查。关键网络设备的主要配置如下：

第一，ISP路由器。

(1)配置接口地址：

Router#configruer terminal

Router(config)#interface FastEthernet0/1

Router(config-if)#ip address 222.176.135.1 255.255.255.224

Router(config)#interface FastEthernet1/0

Router(config-if)#ip address 222.170.150.1 255.255.255.224

Router(config)#interface FastEthernet0/0

Router(config-if)#ip address 222.177.25.1 255.255.255.252

(2)配置默认路由：

Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 f0/0

第二，边界路由器。

(1)子网划分：

Router(config-if)#interface fa0/0.1

Router(config-subif)#encapsulation dot1Q 20

Router(config-subif)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0

Router(config-subif)#ip nat inside

Router(config)#interface fa0/0.2

Router(config-subif)#encapsulation dot1Q 30

Router(config-subif)#ip address 192.168.3.1 255.255.255.0

Router(config-subif)#ip nat inside

备注：已划分2个子网，其它配置同理。

(2)配置NAT转换：

router#configure terminal

Router(config)#access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.255.255

Router(config)#ip nat inside source list 1 interface fa0/0

Router(config)#interface fa0/1

Router(config-if)#ip nat inside

Router(config)#interface fa0/0

Router(config)#ip nat outside

(3)配置访问控制列表：

Router(config)#time-range allow-www

Router(config-time-range)#periodic daily 8:00 to 23:00

Router(config-time-range)#periodic weekend 0:00 to 24:00

Router(config-time-range)#exit

Router(config)#access-list 101 deny tcp any any range 135 139

Router(config)#access-list 101 deny udp any any range 135 139

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq www time-range allow-www

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq 21

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq 25

Router(config)#access-list 101 permit tcp 192.168.0.0 0.0.255.255 any eq 110

Router(config)#access-list 101 permit ip any any

Router(config)#interface fa0/0

Router(config-if)#ip access-group 101 out

在Packet Tracer中通过仿真练习学生可以熟练掌握思科网络设备的配置命令，把理论知识转化为实践能力。有条件的学生可以参加CCNA（思科网络安装和支持工程师）认证考试，毕业后可直接从事网络管理相关岗位。

三、结束语

计算机网络专业实践教学环节采用仿真软件,是提高实践教学效果和保证实践教学质量的一种手段，同时减少了设备维护的经费，减轻了实验管理人员的工作量，在实际的教学过程中取得了良好的效果。这种方式也可以推广到其他理工科专业的实践教学环节。

虽然计算机网络仿真技术增强了实践教学的力度，但虚拟仿真软件并不能完全替代真实的物理环境。在具体实施过程中，应当虚实结合，有目的地让学生在真实环境中进行实践训练。

[1]李佳，李先明.采用VMware构建虚拟网络实验室[J].重庆广播电视大学学报， 2007，19（3）：11～13

[2]谢鹏，李清平.基于Boson NetSim的跨路由器虚拟通信仿真分析[J].实验室研究与探索，2009，28（8）：90～92

[3]郭忠. Packet Tracer模拟器在计算机网络理论教学中的应用[J].网络与信息， 2009，8：28～29

The application of simulation software in teaching practice for computer network professional

Li Jia, Jiang Tao
Chongqing technology and business institute, Chongqing, 400052, China

For the lack of teachers and equipments in higher vocational school’ computer network professional,difficulties are protruding in teaching practice. This paper illustrates how to make use of simulation software to implement teaching practice in computer networks. The practice examples show that the application of simulation can not only reduce the experiments cost and management difficult, but also improve the students’ability of independent study and practice operation, which helps to guarantee the quality of teaching practice in computer network professional.

network professional; practice teaching; VMware; Boson NetSim; Packet Tracer

2009-12-30

李佳，硕士，讲师，实训中心主任。