計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用

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摘要：針對(duì)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中引入了虛擬仿真技術(shù)，并結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行實(shí)例論證，說明了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)的必要性。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

一、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)的必要性分析

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)硬件不能隨時(shí)更換的局限由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度快，而實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備不可能隨時(shí)更換，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往會(huì)出現(xiàn)硬件條件不能及時(shí)更新或購(gòu)置更多的設(shè)備，不能滿足實(shí)際實(shí)驗(yàn)需要的現(xiàn)象。例如：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的路由器的配置實(shí)驗(yàn)，要是每個(gè)學(xué)生使用一臺(tái)路由器是不太現(xiàn)實(shí)的。如果將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融入計(jì)算機(jī)教學(xué)，學(xué)生只需要在電腦上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)就可以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這樣不僅緩解了設(shè)備條件的不足，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)資金的投入，而且學(xué)生也能進(jìn)行實(shí)際操作能力的鍛煉。

（二）減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)費(fèi)投入在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常需要大量的經(jīng)費(fèi)購(gòu)置設(shè)備，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式可以大大縮減實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)。例如：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)線制作實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不正確的線序排列、水晶頭與線接觸不良等情況發(fā)生，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，就會(huì)造成實(shí)驗(yàn)用品的大量浪費(fèi)，加大購(gòu)置實(shí)驗(yàn)用品，這樣勢(shì)必會(huì)增加實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入。倘若采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，接水晶頭和網(wǎng)線發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，重新來做實(shí)驗(yàn)，不存在材料浪費(fèi)的情況，這樣可以大大縮減實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入，將更多的經(jīng)費(fèi)投入到其他教學(xué)工作和科研工作中。

（三）改善學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作的復(fù)雜性，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，一方面可以方便學(xué)生進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，不用因?yàn)楹ε乱蛘`操作損壞設(shè)備，害怕實(shí)驗(yàn)結(jié)果出不來，而不敢動(dòng)手去做。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，不用擔(dān)心學(xué)生自身及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全問題，使得學(xué)生可以放心大膽地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作中歸納總結(jié)出一些實(shí)驗(yàn)規(guī)律，從而提高了學(xué)生動(dòng)腦和思考能力，大大激發(fā)了學(xué)生動(dòng)手操作的興趣。另一方面，通過仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有助于學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的了解。學(xué)生可以很直觀地觀察到演示性實(shí)驗(yàn)的操作方法、步驟，甚至可以看到錯(cuò)誤操作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高實(shí)驗(yàn)效果。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，購(gòu)買設(shè)備的困難，經(jīng)費(fèi)不足等問題；可以解決落后的硬件條件無法滿足實(shí)驗(yàn)需求的狀況。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅豐富了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，而且拓寬學(xué)生學(xué)術(shù)視野，同時(shí)使得學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中大膽進(jìn)行創(chuàng)新、研究，從而開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維。

二、應(yīng)用實(shí)例———利用三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN間路由

這個(gè)實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)中需要為每位學(xué)生配置一臺(tái)三層交換機(jī)，連接鍵盤和網(wǎng)線，進(jìn)行三層交換機(jī)的配置，或者一臺(tái)交換機(jī)，所有的學(xué)生輪著使用，這樣不是增加設(shè)備購(gòu)置的負(fù)擔(dān)，就是延長(zhǎng)了做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。假若將真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真軟件相結(jié)合，所有的學(xué)生共用一臺(tái)三層交換機(jī)，每位學(xué)生都可以從自己的電腦上完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程如下。

（一）技術(shù)原理1.啟用三層的路由功能。由于三層交換機(jī)不僅帶有部分的路由功能，還兼具三層路由功能和二層交換功能，而三層交換機(jī)的默認(rèn)端口是二層口，因此必須使用noswitchport命令在相應(yīng)端口啟用三層的路由功能。2.實(shí)現(xiàn)VLAN相互訪問。具有路由功能的三層交換機(jī)，在一個(gè)區(qū)域單位內(nèi)可以通過直連路由來實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間的相互訪問；對(duì)于非直連路由，通過獲取數(shù)據(jù)包的IP地址，然后根據(jù)路由表選擇端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。三層交換機(jī)為每個(gè)接口配置相應(yīng)IP地址，VLAN間的互連是利用SVI（交換虛擬接口）的方式來實(shí)現(xiàn)的，SVI為交換機(jī)中的接口分配適當(dāng)?shù)腎P地址，并創(chuàng)建虛擬接口。

（二）實(shí)驗(yàn)說明在同一個(gè)局域網(wǎng)中，在交換機(jī)劃分VLAN的基礎(chǔ)上，PC0、PC2和PC1、PC3分別屬于同一個(gè)VLAN分組（PC0、PC1和PC2、PC3分別歸屬同一個(gè)交換機(jī)），但同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)分組之間可以相互訪問；使用三層交換機(jī)代替原來的交換機(jī)，首先在三層交換機(jī)上分別設(shè)置各VLAN的接口IP地址。就像路由器上的接口一樣，三層交換機(jī)將VLAN作為一種接口對(duì)待，再在各接入VLAN的計(jì)算機(jī)上設(shè)置與所屬VLAN的網(wǎng)絡(luò)地址一致的IP地址，然后把默認(rèn)網(wǎng)關(guān)設(shè)置為該VLAN的接口地址。這樣，所有的VLAN也可以互訪了。

（三）實(shí)驗(yàn)過程1.在二層交換機(jī)上創(chuàng)建VLAN4、VLAN5，將端口4分配給VLAN4、端口5分配給VLAN5。2.將二層交換機(jī)與三層交換機(jī)相連的端口F0/2都定義為TagVLAN模式。3.在三層交換機(jī)上配置VLAN4、VLAN5，然后需要使用命令驗(yàn)證二層交換機(jī)VLAN4、VLAN5下的各PC間是不能相互通信的。4.設(shè)置三層交換機(jī)VLAN間的通信，創(chuàng)建VLAN4，VLAN5的虛擬接口，分別配置虛擬接口VLAN4、VLAN5各自的IP地址。5.使用命令查詢?nèi)龑咏粨Q機(jī)的路由表。6.將二層交換機(jī)VLAN4、VLAN5下的各個(gè)主機(jī)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)分別設(shè)置為相應(yīng)虛擬接口的IP地址。7.使用命令來驗(yàn)證二層交換機(jī)VLAN4，VALN5下的各個(gè)主機(jī)之間是可以相互通信。

（四）實(shí)驗(yàn)設(shè)備Switch_29601臺(tái)；Swithc_35601臺(tái)；PC4臺(tái)；直連線

（五）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置PC0：IP地址：192.168.31.12子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關(guān)：192.168.31.1PC1：IP地址：192.168.32.34子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關(guān)：192.168.32.1PC2：IP地址：192.168.31.56子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關(guān)：192.168.31.1PC3：IP地址：192.168.32.78子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關(guān)：192.168.32.1將PC0、PC2和PC1、PC3劃分到不同網(wǎng)關(guān)，此時(shí)兩個(gè)網(wǎng)關(guān)分組無法相互連通PC1PingPC3replyPC1PingPC2timeout

三、結(jié)束語

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將虛擬仿真軟件運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，通過組網(wǎng)、建網(wǎng)、交換機(jī)配置等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，同時(shí)還可以有效解決學(xué)校設(shè)備經(jīng)費(fèi)緊張問題。鑒于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的這些優(yōu)點(diǎn)，使得虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用也越來越廣，作用也越來越大。虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用能夠盡量地逼近還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)，可以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，值得應(yīng)用與推廣。

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作者：李云 單位：泰山學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院