基于虚拟网络实验平台的计算机网络课程研究

毛自民

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476000)



基于虚拟网络实验平台的计算机网络课程研究

毛自民

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476000)

随着社会对计算机网络人才需求的增加，越来越多的高校加大了对计算机网络人才的培养，计算机网络课程是计算机专业的入门课程，它需要大量的实践操作.文章针对现有的计算机网络课程在网络攻防实践教学中存在的问题，提出将虚拟网络实验平台融入实践课程，介绍虚拟实验平台功能，达到良好的教学效果.

计算机网络；虚拟网络实验平台；网络攻防；信息安全

0 引言

随着计算机的发展，各行各业对网络人才的需求缺口很大.对于计算机网络专业学生而言，计算机网络课程是计算机网络专业的核心基础课程，通过学习该课程，学生在理解计算机网络基本知识和简单的网络操作外，还要重点掌握网络设备的管理和网络攻防的技术，利用Internet进行信息发布和信息的获取[1]66-67.如果只是通过课堂上PPT的授课，学生无法获取和掌握更专业的知识，只有通过反复的上机实践操作才能增强学生的动手能力和解决问题的能力[2]45-46.在计算机网络课程教学中引入虚拟网络实验平台，进行在线虚拟网络实验，既能适应教学改革的要求，又能达到培养技能型高素质、高技能人才的培养目标.

1 计算机网络实践课程现状分析

1.1 计算机网络课程的特点

计算机网络课程是网络专业的核心基础课程，该课程的实践操作性和应用性较强.在教学过程中要引入分层教学体系，增加学生的实际动手能力，让学生能把理论知识应用到实际工作中，在实践中反复锤炼，加深对理论知识的认识程度.因此，上机实践操作对于高职院校的人才培养是非常有必要的[3]51-53.

1.2 传统的课程教学体系

传统的计算机网络实践课程均以理论知识为主，主要通过采用课堂的PPT讲授、演示来实现，这只是对所学的理论知识的验证，侧重的是片面性，不能让学生实现对计算机网络的整体认识，不能运用所学的知识综合解决现实生活中面临的实际问题[4]119-120.

1.3 网络攻防实验现状

网络的发展日新月异，网络安全与信息安全知识更新速度过快，各类的安全问题接踵而至.网络攻防实践本身就带有一定的风险，在实验中可能存在异常的病毒或者网络安全的漏洞等，如果采用网络实战实验，一旦注入病毒，那么整个现实中的网络就会瘫痪，由网络攻防实验造成的灾难性后果不堪设想.世界上第一例病毒就是从实验室传出来的，后来流传到公共网络上.正是由于网络攻防实验带有一定的破坏性和危险性，使得网络攻防实验成“纸上谈兵”.因此，构建安全行之有效的虚拟网络实验平台是必不可少的.

2 构建虚拟网络实验平台

虚拟网络实验平台是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学系统，它是面向教学的虚拟实验室，它提供了与真实实验相似的虚拟操作环境，使学生可以针对类似网络攻防类的实验进行自由独立的动手操作、设计相关的实验、了解相关实验的原理，通过虚拟实验培养学生的动手和操作能力[2]45-46.

进入虚拟网络实验平台后可以根据自身的情况进行在线学习虚拟网络实验知识，预约所要进行网络实验的场地和设备，完成各类实验项目.以网络攻防为例，学生可以在虚拟网络实验平台中进行企业内部网格构建、路由器的操作、数据链路层的操作等等(见图1)，在完成相应的实验后，教师可以对学生进行相应的测评、考核(见图2).

图1 虚拟网络实验平台实验管理

图2 教师查看学生的总体实验情况界面

学生可以通过互联网或局域网进行登录虚拟网络实验平台，登录后可以进行各种虚拟网络实验，教师为维护或管理虚拟网络实验平台的管理者，教师可以对成绩管理、用户管理、实验项目管理、实验设备进行管理，支持在线交流、实验预约等(见图3).

图3 管理员维护和管理实验平台

3 虚拟网络实验平台成效显著

3.1 路由器模拟实验

在该平台中集成了大量的虚拟仿真实验.例如：路由器、交换机、服务器等，支持常用的UDP、HTTP、DNS等协议类型，学生可以直观地创建网络拓扑结构图，快速地完成各种网络设备的配置、调试实验.学生还可以看到清晰的数据包在网络中的传送过程，加深对数据包、协议的理解.通过修改其中的参数来观察不同参数所产生的网络模拟环境，还可以灵活地更改平台实验中网络环境参数，获取感兴趣的网络运行数据.通过设置参数，分析网络性能，理解网络运行过程.在路由器模拟实验中，所有设备的配置界面都是图形化的，任何一个设备都清晰明了.这样既学习了网络设备的基础知识，又能通过该实验配置网络设备和组建企业内部网.

3.2 计算机病毒攻防模拟实验

计算机病毒具有传播性和扩散性的特点，让学生在该平台中实现真实的模拟实验，为此该平台提供了上百种典型的病毒源码程序，能够把病毒的工作原理及感染方式展现出来，提供CIH病毒模拟实验、各式各样病毒的入侵和防御模拟实验环境.

在CIH病毒模拟实验中，分层次、分组进行模拟攻防，由两名学生组成攻防组，操作A和B两台主机，操作主机A的同学启用CIH病毒源程序；主机B执行漏洞程序，启动协议器，捕捉传输的数据包，查看ARP协议，观察感染过程，直到被感染.通过该实验，让学生更加真切地感受到病毒的危害性和病毒的工作原理.使学生能够掌握和分析病毒的原理、预防方法和预防手段，其中牵涉到不懂的技术可以让学生有针对性地补充学习各类攻防方面的书籍和病毒代码程序，极大地加强了对病毒的深入理解以及病毒攻防的运用[5]10-40.

3.3 网络协议模拟实验

在平台网络协议模拟实验中，学生可以手动输入可编辑和发送的协议数据包进入模拟操作，通过网络协议器捕获协议数据包，还可以对IP进行解析.在对发送邮件进行的模拟实验中，学生通过SMTP、POP3发送邮件，了解SMTP、POP3的协议类型、使用方法和发送邮件的过程，还掌握了SMTP的工作过程以及数据包是如何封装的[6]27-29.通过该实验，调动了学生学习的积极性、主动性，让学生深入了解协议的工作原理和运行机制.

3.4 网络拓扑结构图设计模拟实验

对于网络拓扑结构图的创建，我们采用的是Packet Tracer，它是一款仿真软件，通过它可以构建虚拟网络结构搭建系统，它提供了各种可视化的仿真设备模型，学生可以通过它来构建任意的网络拓扑结构，方便灵活地设置各种设备参数，可以灵活的配置网络，构建中小型企业网络.学生可以查看路由器的分配表、观察协议的工作过程、跟踪网络节点[7]195-197.通过该实验，学生可以根据实际需求进行设计网络拓扑图，把楼宇、办公室、城市等虚拟化，达到与真实环境的统一，增强学生学习的信心，使学生对学习网络知识产生浓厚的兴趣.

4 结语

虚拟网络实验平台真实有效地解决了在计算机网络课程实践教学中存在的众多问题，做到“虚实结合”，在计算机网络课程教学中引入虚拟网络实验平台技术，是学科发展的需要，也是培养理论知识扎实、实践能力强的高素质技型人才的需要.虚拟网络实验平台弥补了传统实验模式的不足.虚拟网络实验平台提供了多样化的网络模拟空间，仿真式的实验环境，吸引学生主动参与实验、了解实验原理、感受实验过程. 未来我们将以云教学平台为突破口，采用互联网在线式的教学模式，实现在线创新实验，培养对虚拟化技术和云计算的综合应用能力，为社会培养更多的高素质、动手能力强的技能型人才.

[1] 翟宏宇.基于虚拟仿真平台的计算机网络课程实践教学[J].计算机教育，2015(17).

[2] 李辉发.计算机网络虚拟实验教学平台的设计与实现[J].河北工业大学学报，2015(06).

[3] 谭方勇，张 燕，李金祥.基于虚拟仿真软件技术的计算机网络实验教学体系[J].计算机时代，2011(11).

[4] 强振平，李 彤.非计算机专业计算机网络课程教学研究[J].大学教育，2014(17).

[5] 教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会.高等学校计算机基础教学发展战略研究报告暨计算机基础课程教学基本要求[M].北京:高等教育出版社, 2012.

[6] 王 辉,李晋光.基于网络协议仿真软件的实验教学系统的建设[J].电子设计工程,2010(12).

[7] 蔡群英,黄镇建.搭建网络实验环境的探索与实践[J].计算机与数字工程,2009(6).

[责任编辑 冰 竹]

Research on Computer Network Course Based on Virtual Network Experiment Platform

MAO Zimin

(ShangQiuPloytechnic,Shangqiu476000,China)

With the increase of computer network talent demand of society, more and more colleges and universities increase the training of computer network talents. The computer network course is an introductory course for the professional, it needs to a lot of practical operation. In view of the existing problems existed in computer network courses in the practical teaching of network attack and defense, the paper proposed virtual experiment platform of network is integrated into the curriculum practice and introduced the function of the virtual experiment platform in order to achieve good teaching effect.

computer network; virtual network experimental platform; Network attack and defense; information safety

2016-06-06

毛自民(1981- )，男，河南南乐人，商丘职业技术学院讲师，硕士，主要从事网络攻防研究。

1671-8127(2016)05-0045-03

TP393-4；G642

A