龍艷軍++陽(yáng)光

摘要：針對(duì)高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了利用虛擬技術(shù)進(jìn)行高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，主要包括網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用等。實(shí)踐表明，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系能夠全面提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，有效促進(jìn)高技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；VMware；GNS3；Packet Tracer；Wireshark

中圖分類(lèi)號(hào) TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）11-0121-03

The Construction of Computer Network Experimental Teaching System of Specialized Curriculum in Higher Vocational Colleges by Using Virtual Technology

LONG Yan-jun 1， YANG Guang 2

（1.Yongzhou Vocational Technical College， Network Information Center， Yongzhou 425000； 2. Department of Computer， Yongzhou Vocational Technical College， Yongzhou 425000， China）

Abstract： In view of the existing computer network experiment teaching in Higher Vocational Education in the process of the problem， put forward to the computer network experimentteaching system in Higher Vocational Education Based on Virtual Technology， It mainly includes network laboratory construction， experimental content design， virtual simulation experimental application. The practice shows that the experiment teaching system can comprehensively improve the level of teaching of computer network experiment， effectively promote the cultivation of high skilled applied talents.

Key words：Virtual technology； VMware； GNS3； Packet Tracer； Wireshark

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，社會(huì)急需各類(lèi)層次不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才。在高職計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容通常包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全管理等方面的知識(shí)與技能，要建設(shè)滿(mǎn)足這些內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，需要投入非常昂貴的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)[1]，通過(guò)研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，利用虛擬技術(shù)可以很好的滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。文獻(xiàn)[2-3]使用VMware和GNS3技術(shù)構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室案例，文獻(xiàn)[4]利用Packet Tracer搭建了虛擬的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用，文獻(xiàn)[5]利用Boson NetSim軟件提供了一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案等等，雖然針對(duì)虛擬技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)有許多的案例，但并沒(méi)有形成一個(gè)能夠滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)體系，本文通過(guò)現(xiàn)有文獻(xiàn)研究以及實(shí)踐，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程的特點(diǎn)，梳理與總結(jié)了利用虛擬技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

1 虛擬技術(shù)介紹

1.1 VMware虛擬機(jī)軟件

VMware虛擬機(jī)軟件是一種先進(jìn)軟件系統(tǒng)，通過(guò)虛擬機(jī)軟件，可以在一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)上模擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)[6]。虛擬的計(jì)算機(jī)與真實(shí)計(jì)算機(jī)一樣，具備了虛擬的CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等虛擬部件，因此可以在虛擬計(jì)算機(jī)中安裝各類(lèi)操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用軟件、虛擬機(jī)之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接并訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源等。VMware虛擬機(jī)軟件系列產(chǎn)品包括VMware Workstation、VMware GSX Server、VMware ESX Server，這些軟件分別用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，如VMware Workstation主要在普通PC上使用，VMware GSX Server主要用來(lái)滿(mǎn)足企業(yè)級(jí)的需求，VMware ESX Server則主要用于對(duì)任務(wù)執(zhí)行要求非常嚴(yán)格的數(shù)據(jù)中心使用。本文主要使用VMware Workstation在普通計(jì)算機(jī)環(huán)境下構(gòu)建虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

VMware Workstation虛擬的計(jì)算機(jī)與真實(shí)的主機(jī)有相同的硬件部件，而且可以在1臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)中添加多個(gè)部件，如硬盤(pán)、網(wǎng)卡等，同時(shí)多臺(tái)虛擬機(jī)之間可以通過(guò)虛擬交換機(jī)進(jìn)行互連，通過(guò)設(shè)置橋接模式與局域網(wǎng)中的其他真實(shí)主機(jī)與虛擬機(jī)互連，因此，VMware Workstation讓虛擬機(jī)具有普通計(jì)算機(jī)功能的同時(shí)還具有局域網(wǎng)的功能，可極大的節(jié)省硬件設(shè)備和物理空間，管理方便、安全性高[7]，特別適合于計(jì)算機(jī)的教學(xué)、軟件開(kāi)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)安全等實(shí)驗(yàn)。新版的VMware Workstation 9以上版本支持虛擬VMware ESX Server功能，因此利用VMware Workstation可以滿(mǎn)足云計(jì)算教學(xué)與實(shí)驗(yàn)需要[8]。

1.2 GNS3網(wǎng)絡(luò)模擬器

GNS3（Graphical Network Simulator，圖形化網(wǎng)絡(luò)模擬器）是一款圖形化、開(kāi)源、免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件，可以在Windows、Linux、MAC等多種平臺(tái)運(yùn)行，GNS3由Dynamips（用以支持用戶(hù)直接運(yùn)行Cisco系統(tǒng)的模擬機(jī)）[9]、Qemu（PIX、ASA防火墻以及IDS入侵檢測(cè)設(shè)備模器）、Wincap（Windows系統(tǒng)下公共網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)組件）軟件[10]，新版的GNS3還整合了Packet Capture（默認(rèn)為Wireshark軟件，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包捕獲與協(xié)議分析軟件）、Virtual BOX（虛擬機(jī)軟件）、VPCS（虛擬PC）等。GNS3通過(guò)整合上述軟件，實(shí)現(xiàn)支持2600/3600/3700/7200系列的路由器平臺(tái)、PIX/ASA防火墻平臺(tái)、IDS/IPS入侵檢測(cè)系統(tǒng)/入侵防御系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)在模擬的路由器的插槽中配置NM-16ESW模塊[11]，可以模擬出該模塊所支持的交換機(jī)命令。GNS3提供了非常友好的操作界面，用戶(hù)只要采用拖拽設(shè)備圖標(biāo)的方法就能夠方便的構(gòu)建各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，加載不同的Cisco IOS（Internetwork Operating System，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)），仿真真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

1.3 Cisco Packet Tracer軟件

Packet Tracer軟件是由Cisco公司開(kāi)發(fā)的，主要用來(lái)設(shè)計(jì)、配置和排除網(wǎng)絡(luò)故障的模擬軟件，最初針對(duì)CCNA/CCNP認(rèn)證考試使用，由于軟件功能強(qiáng)大，方便易用，提供各種不同型號(hào)的交換機(jī)、路由器、集線(xiàn)器以及各種傳輸線(xiàn)路，新版本支持3550型號(hào)的交換機(jī)，支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以及IPv6技術(shù)，因此被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.4 Wireshark軟件

Wireshark[12]是一款免費(fèi)開(kāi)源的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析軟件，能夠捕獲出網(wǎng)卡以及鏈路間的數(shù)據(jù)包，并具有強(qiáng)大的協(xié)議解析能力，目前可以解析大約1300余種協(xié)議，利用Wireshark捕獲并分析協(xié)議工作過(guò)程，會(huì)更形象、真實(shí)地表述出協(xié)議的工作過(guò)程和工作原理，通過(guò)將Wireshark引入網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以有效提高教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。Wireshark可運(yùn)行在Windows、Linux、MAC等多種操作平臺(tái)上。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)的基礎(chǔ)，是網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的硬件環(huán)境。由于采用虛擬技術(shù)來(lái)構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，因此只需要建設(shè)普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，但CPU和內(nèi)存需要配置較高，從2010年開(kāi)始，我校投入近30萬(wàn)元建設(shè)了一個(gè)50臺(tái)PC工作站的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)機(jī)房，采用聯(lián)想啟天M656E，計(jì)算機(jī)主要配置為：AMD Phenom（tm） II X4 830處理器、500GB硬盤(pán)、4GB內(nèi)存、22寸顯示器，主要運(yùn)行軟件為VMware Workstation 7，GNS3為0.7版本，Cisco Packet Tracer 為5.3版本，可同時(shí)滿(mǎn)足50人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備利用虛擬技術(shù)即可演變成一個(gè)或多個(gè)虛擬的局域網(wǎng)絡(luò)。隨著軟件版本的更新、各類(lèi)新技術(shù)的出現(xiàn)以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)虛擬的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)計(jì)算機(jī)的物理內(nèi)存要求越來(lái)越高，在2013年10月，將計(jì)算機(jī)內(nèi)存升級(jí)為8GB，軟件升級(jí)為VMware Workstation 9、GNS30.8.6和Cisco Packet Tracer6.0。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)一般需要綜合考慮多種因素來(lái)設(shè)計(jì)適合本院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如開(kāi)設(shè)理論課程、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備條件等。因此根據(jù)我院的特點(diǎn)，我們將網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)分為初識(shí)型實(shí)驗(yàn)、知識(shí)單元分類(lèi)型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等幾種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.2.1初識(shí)型實(shí)驗(yàn)

主要面向初次接觸設(shè)備的學(xué)生，使學(xué)生對(duì)硬件設(shè)備有感性認(rèn)識(shí)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備，主要包括：

（1）系統(tǒng)安裝。計(jì)算機(jī)的硬件組成、分區(qū)、Windows操作系統(tǒng)安裝、Linux操作系統(tǒng)安裝等，教師可在課堂上拿實(shí)際的硬件設(shè)備進(jìn)行演示以及利用VMware虛擬機(jī)進(jìn)行演示操作，使學(xué)生在使用VMware虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠順利進(jìn)行。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與連接線(xiàn)路。包括集線(xiàn)器、路由器、交換機(jī)、防火墻、入侵檢測(cè)等設(shè)備實(shí)物的認(rèn)知，各類(lèi)線(xiàn)材的認(rèn)知（如光纖、光纖接頭、光纖熔接、雙絞線(xiàn)線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)、雙絞線(xiàn)制作等），基本的PC與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連以及遠(yuǎn)程登錄等操作。

2.2.2知識(shí)單元分類(lèi)型實(shí)驗(yàn)

根據(jù)不同課程特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照知識(shí)單元進(jìn)行分類(lèi)，讓學(xué)生逐個(gè)的完成每一個(gè)單元的訓(xùn)練，每一個(gè)單元還可以繼續(xù)劃分為更細(xì)的實(shí)驗(yàn)單元，所有知識(shí)單元均可通過(guò)VMware虛擬機(jī)和GNS3環(huán)境來(lái)完成，知識(shí)單元分類(lèi)如表1所示：

表1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)體系知識(shí)單元分類(lèi)

通過(guò)將知識(shí)單元分類(lèi)，形成一個(gè)比較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)列表，授課教師把每一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程錄制成微視頻，存放于學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源中心，學(xué)生可以從易到難的逐個(gè)進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)，遇到不會(huì)操作的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)反復(fù)觀看教師的操作視頻，反復(fù)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作演練，直到對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)掌握為止，這種方式也有利于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，便于及時(shí)給予必要的輔導(dǎo)。

2.2.3綜合型實(shí)驗(yàn)

綜合型實(shí)驗(yàn)主要由授課教師根據(jù)典型的案例場(chǎng)景進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn)而成，如中小型校園網(wǎng)、政府網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)等，精簡(jiǎn)的主要原因是便于在虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行配置與調(diào)試，授課教師根據(jù)實(shí)際案例情況，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)方案的講解，同時(shí)給出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，讓學(xué)生在虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)配置及測(cè)試，寫(xiě)出完整案例的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.2.4創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)以3-5人為一組，以典型的中小型項(xiàng)目為背景，模擬實(shí)際項(xiàng)目工作過(guò)程，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)工程招投標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)、IP地址規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、交換機(jī)/路由器配置、IDS/IPS配置、服務(wù)器配置、Internet接入配置等，以培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)綜合運(yùn)用能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用虛擬技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)體系，優(yōu)勢(shì)明顯：

1） 學(xué)生可反復(fù)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作演練，不會(huì)造成硬件上的管理難度和破壞；

2） 改變被動(dòng)學(xué)習(xí)方式為積極引導(dǎo)方式，重視學(xué)生的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)能力；

3） 隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，在應(yīng)用虛擬技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室中，要增加新的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，只需要更新虛擬軟件或安裝新的虛擬軟件即可，而計(jì)算機(jī)硬件不需更新或只需少量的升級(jí)成本，這是純硬件的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室不可比擬的，可極大的減少實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本。

通過(guò)虛擬技術(shù)可以比較全面的完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，選用與社會(huì)要求接軌的知識(shí)內(nèi)容，培養(yǎng)出實(shí)用性、高技能、全面型人才。

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