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摘要:计算机网络是计算机及相关专业的一门重要课程,而计算机网络的教学具有很强的实践性,需要有大量的网络设备进行实验实训教学。该文分析了目前计算机网络教学中遇到的常见问题,探讨了使用模拟机软件和交换路由模拟软件进行仿真实验在计算机网络教学中的应用。
关键词:计算机网络;实验教学;仿真实验;虚拟机;Boson NetSim
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)35-10396-03
Simulation Experiments in Computer Network Teaching Research
ZHANG Zhi-xiang
(Zilang Vocational Technology College, Nantong 226002, China)
Abstract: Computer network is an important course of computer science and relevant field. Considering the strong necessity of practice, a large amount of network equipment is needed to achieve the practical teaching. This thesis analyzes the common problems presenting in current computer network teaching and discusses the application of simulator software and exchange routing simulation software in computer network teaching.
Key words: computer network; experiment teaching; simulation experiment; virtual machine; boson netSim
计算机网络是计算机及相关专业的一门重要课程。通过这门课程的学习,要让学生不仅仅是熟悉网络的基础理论知识,更重要的是掌握实际的应用技能。要达到这样的目的,在教学过程中就要将计算机网络的各项知识点融入实训项目中去,实现理实一体,提高学生的学习兴趣,强化学生操作技能的训练,增强学生对知识的理解和运用能力,培养出符合社会需求的人才。
1 计算机网络教学的现状及存在问题
计算机网络课程的实践性很强,因此许多院校都建立了专业的网络实验室,加大了课程中的实验实训环节的比例。在进行实验实训教学时,需要很多的网络设备以及一些网络环境,但是因为各种原因,在计算机网络的教学中还存在一些问题,并影响到了教学的效果。目前存在的主要问题有:
1) 教材内容不是非常适合学生学习
现有的教材通常是以理论知识为主线进行知识阐述,配套的实验实训往往内容陈旧、没有新意,或者内容与理论知识联系不够紧密,特别是对于高职高专的学生来说,计算机网络实验不是说给学生一台联网的计算机,让学生照着教材的实验内容按部就班做就可以了,这样缺少让学生真刀真枪动手的机会,不易使其对理论知识有深刻而系统的理解。长此以往,学生对计算机网络课程的兴趣会逐渐减退,认为这门课程很无聊,或者就是简单的上上网,不能够真正掌握计算机网络的广泛知识。
2) 实验实训条件达不到教学要求
一些实验需要的设备数量多、价格高,还有的设备使用频率低,组建实验室的时候一般不可能设备都购置得数量很全、套数很多。因此,实验条件不容易满足一些实验的要求,很多情况下一些实验不得不被简化、调整或者放弃。有的实验就采取教师演示,学生观看或者许多学生分在一组合作实验,每个学生只能得到很少的操作练习的机会。这样也会造成学生对知识点的理解不够透彻,动手能力得不到应有的锻炼,或者所学内容与实际应用脱节。
2 在教学中应用仿真实验
通过对学生认知过程的分析可以知道,要提高教学的质量和效果,就要更多的让学生在动手操作的过程中学习知识、理解知识和掌握知识,将理论环节和实践环节有机融合。因此,要根据学生的学习和接受能力,编制符合学生认知和学习规律的实验实训内容,让学生在学习理论知识的同时掌握操作技能,通过操作实践进一步强化对理论知识的理解。
实验实训的安排要穿插、融合在理论教学过程中。有的实验比较简单,容易实现,但也有一些实验实训对硬件设备的要求较高,或者对实验环境改变很大,不便于实验室的维护和管理,往往被简化或省去。例如Linux系统的安装与使用,网络的配置、交换机、路由器的管理等。对此,可以利用一些软件在一台普通PC机上通过仿真实验实现教学设计,达到教学目的。下面就以两个主要教学内容来说明仿真实验在教学中的重要应用。
2.1 系统安装与联网
现在流行的PC机操作系统多是Windows操作系统,它的安装与使用大家也都比较熟悉,但是网络服务器操作系统应用较多的却是UNIX和Linux,这些学生平时接触得较少。学习网络技术,就应该熟悉多个操作系统及其之间的联网设置。一般学校的实验环境都对计算机系统进行了保护,不可以随意安装软件或者修改设置,那学生要学习系统安装、网络设置怎么办呢?对此,在教学过程中可以采用VMware、Virtual PC等虚拟机软件在一台计算机上模拟出多个虚拟机,这些虚拟机的使用和真正的物理主机没有多大区别,也需要经过BIOS设置、分区、格式化、系统安装、软件安装等过程。例如,可以在Windows系统里通过VMware模拟一台安装Linux系统的虚拟机(如图1所示),同时还可以在虚拟机和实际的物理主机之间进行切换,并实现两个系统的联网,就如同每个人都有一个小型的计算机网络一样。这样既可以让学生学到Linux系统的安装、配置与使用,还可以进行各台主机之间的联网设置等练习。
与真实PC机相比,虚拟机具有这些优点:
1) 可以在一台PC机上模拟出多台PC机,并都能运行独立的操作系统互不干扰(完全不同于安装多系统的PC机),可以放心地在虚拟机中使用各种操作系统和应用软件。在虚拟机中做实验,效果与在真正的计算机上是一样的。
2) PC机与多个虚拟机之间可以方便切换,在进行联网设置后,可以做各种网络实验与网络测试,如同具有一个真实的网络环境。
2.2 网络配置与管理
在计算机网络中,局域网的组建相对比较简单,实验也容易实现。但如果牵涉到网络的配置与管理的实验,就需要有大量的交换机、路由器等各种网络设备供学生去连接配置。一般的实验室很难给学生提供很多网络设备进行练习,对此,可以使用Boson NetSim来解决这个问题。
Boson NetSim是Boson公司推出的一款Cisco路由器、交换机的模拟软件,它主要由两部分组成:实验拓扑图设计软件(Boson Network Designer)和实验环境模拟器(Boson NetSim)。Boson Network Designer用于绘制网络拓扑图,Boson NetSim则是用来进行设备的配置练习。Boson NetSim提供了一个能够输入配置命令、验证理论和实例的环境,可以完成绝大多数的网络管理实验。
下面举一个教学常见的使用Boson NetSim实现VLAN配置的例子。如图2所示,设计一个使用路由器的VLAN通信网络。所需主要设备有:Cisco2621路由器1台(带有1个快速以太网端口)、Cisco catalyst2950交换机2台、PC机4台以及连接线若干。
Router1通过F0/0端口和交换机Switch1的F0/12端口相连,交换机Switch1的F0/11端口和交换机Switch2的F0/12端口相连,Switch1的F0/1、F0/2分别和PC1、PC2相连,Switch2的F0/3、F0/4分别和PC3、PC4相连。
实验中首先将PC1、PC3划分到VLAN1,PC2、PC4划分到VLAN2,测试VLAN内和VLAN间PC机的通信情况,然后对路由器Router1进行配置,使VLAN1和VLAN2之间的PC机实现相互通信。
简单实验步骤如下(网络配置的详细命令略):
1) 按照要求使用Boson Network Designer设计出网络拓扑图,并将该拓扑图保存为文件rvlan.top;
2) 打开Boson NetSim,载入rvlan.top,出现如图3所示路由器Router1的配置界面。接下来就可以在该窗口中分别选择交换机、路由器或PC机进行相应的配置;
3) 配置过程中,按步验证实验结果,如结果与实验设计相符,说明实验成功;若结果与实验设计有出入,则要根据故障现象,判断配置过程中可能出错的地方,对设备连接或配置信息进行检查,排除错误,得出正确的实验结果;
4) 若实验未完成,可以将所有设备的配置信息保存为rvlan.nwc,以便下次实验继续使用。
在整个实验过程中,每个学生都拥有一套模拟的网络实验环境,操作过程也与真实的设备基本相同,而且可以反复演练实验,也不用担心实验过程中犯错误,这样对学生掌握网络的建设、设备的连接与配置以及网络管理等是大有裨益的。
通过对Boson NetSim或类似软件的使用可以看出,使用Boson NetSim进行仿真实验,对计算机网络教学方面的帮助主要体现在以下几点:
1) 模拟实验环境,进行各类网络管理实验。Boson NetSim可以模拟Cisco多种型号的交换机、路由器,模拟出各种实验环境。这样只要有一台计算机安装了模拟软件,就相当于拥有一套网络实验设备,按照设计要求进行各种实验,在单机上构建各种局域网和广域网的实验环境,而且这种环境就与真实环境几乎相同。实验的拓扑图和配置结果都可以保存,以供检查或下次继续配置。
2) 网络搭建灵活、方便,提高了学习的效率。使用虚拟设备搭建网络,只需要考虑网络的设计要求,不必顾虑实验室有没有该设备,减少了设备等待、搬运、连接等环节,增加了配置、测试时间,明显提高了学习的效率。Boson NetSim中的Lab Navigator预设了许多实验,可供大家学习使用。
3) 减少实验设备投资和维护工作量。仿真实验是在一种虚拟的实验环境中进行的实验,实验设备也都是虚拟的,这样就减少了实验室建设的设备投资,也不存在硬件设备的拆装、连接、复原等过程,减轻了实验室的维护工作量。
但模拟实验环境毕竟还是和真实的环境是有一定区别的,软件中不可避免会存在少量的BUG,有时可能会影响到实验得出正确的结果。一旦遇到这种情况,就需要教师仔细分析实验过程,确定配置正确,然后给予学生适当的提示和说明。
3 小结
在计算机网络的教学中应用仿真实验是学习掌握计算机及网络相关知识的一个好的方法,能更好地把理论教学与实践环节结合起来,在实际教学过程中也取得了很好的教学效果。学生在动手实践的过程中,可以对实验内容进行改进创新,思考探索,培养和发挥他们的创造性思维,锻炼解决实际问题的能力。但是,仿真环境毕竟不能完全代替真实实验环境,如果有条件的话,还是尽量让学生首先在真实网络环境中学习和练习,同时在模拟环境中练习巩固和加强,将现代化的教学手段和先进的教学设备结合,优势互补,共同促进学生实践能力的培养,以期取得更好的教学效果,培养出合格的应用技术人才。
参考文献:
[1] 李久仲,石硕,李洛.网络与数据库专业课程的几种教学方法和手段[J].计算机教育,2000(7):33-35.
[2] 李娜,傅骞. 利用模拟软件改进高校计算机网络实验教学内容的初步探索[J].现代教育技术,2007(7):103-105.
[3] 在同一台PC上同时使用多个操作系统[EB/OL].http://www.vmware.com/cn/products/ws/.
[4] Boson模拟器专题[EB/OL].http://www.chinaitlab.com/www/techspecial/boson/.
关键词:计算机网络;实验教学;仿真实验;虚拟机;Boson NetSim
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)35-10396-03
Simulation Experiments in Computer Network Teaching Research
ZHANG Zhi-xiang
(Zilang Vocational Technology College, Nantong 226002, China)
Abstract: Computer network is an important course of computer science and relevant field. Considering the strong necessity of practice, a large amount of network equipment is needed to achieve the practical teaching. This thesis analyzes the common problems presenting in current computer network teaching and discusses the application of simulator software and exchange routing simulation software in computer network teaching.
Key words: computer network; experiment teaching; simulation experiment; virtual machine; boson netSim
计算机网络是计算机及相关专业的一门重要课程。通过这门课程的学习,要让学生不仅仅是熟悉网络的基础理论知识,更重要的是掌握实际的应用技能。要达到这样的目的,在教学过程中就要将计算机网络的各项知识点融入实训项目中去,实现理实一体,提高学生的学习兴趣,强化学生操作技能的训练,增强学生对知识的理解和运用能力,培养出符合社会需求的人才。
1 计算机网络教学的现状及存在问题
计算机网络课程的实践性很强,因此许多院校都建立了专业的网络实验室,加大了课程中的实验实训环节的比例。在进行实验实训教学时,需要很多的网络设备以及一些网络环境,但是因为各种原因,在计算机网络的教学中还存在一些问题,并影响到了教学的效果。目前存在的主要问题有:
1) 教材内容不是非常适合学生学习
现有的教材通常是以理论知识为主线进行知识阐述,配套的实验实训往往内容陈旧、没有新意,或者内容与理论知识联系不够紧密,特别是对于高职高专的学生来说,计算机网络实验不是说给学生一台联网的计算机,让学生照着教材的实验内容按部就班做就可以了,这样缺少让学生真刀真枪动手的机会,不易使其对理论知识有深刻而系统的理解。长此以往,学生对计算机网络课程的兴趣会逐渐减退,认为这门课程很无聊,或者就是简单的上上网,不能够真正掌握计算机网络的广泛知识。
2) 实验实训条件达不到教学要求
一些实验需要的设备数量多、价格高,还有的设备使用频率低,组建实验室的时候一般不可能设备都购置得数量很全、套数很多。因此,实验条件不容易满足一些实验的要求,很多情况下一些实验不得不被简化、调整或者放弃。有的实验就采取教师演示,学生观看或者许多学生分在一组合作实验,每个学生只能得到很少的操作练习的机会。这样也会造成学生对知识点的理解不够透彻,动手能力得不到应有的锻炼,或者所学内容与实际应用脱节。
2 在教学中应用仿真实验
通过对学生认知过程的分析可以知道,要提高教学的质量和效果,就要更多的让学生在动手操作的过程中学习知识、理解知识和掌握知识,将理论环节和实践环节有机融合。因此,要根据学生的学习和接受能力,编制符合学生认知和学习规律的实验实训内容,让学生在学习理论知识的同时掌握操作技能,通过操作实践进一步强化对理论知识的理解。
实验实训的安排要穿插、融合在理论教学过程中。有的实验比较简单,容易实现,但也有一些实验实训对硬件设备的要求较高,或者对实验环境改变很大,不便于实验室的维护和管理,往往被简化或省去。例如Linux系统的安装与使用,网络的配置、交换机、路由器的管理等。对此,可以利用一些软件在一台普通PC机上通过仿真实验实现教学设计,达到教学目的。下面就以两个主要教学内容来说明仿真实验在教学中的重要应用。
2.1 系统安装与联网
现在流行的PC机操作系统多是Windows操作系统,它的安装与使用大家也都比较熟悉,但是网络服务器操作系统应用较多的却是UNIX和Linux,这些学生平时接触得较少。学习网络技术,就应该熟悉多个操作系统及其之间的联网设置。一般学校的实验环境都对计算机系统进行了保护,不可以随意安装软件或者修改设置,那学生要学习系统安装、网络设置怎么办呢?对此,在教学过程中可以采用VMware、Virtual PC等虚拟机软件在一台计算机上模拟出多个虚拟机,这些虚拟机的使用和真正的物理主机没有多大区别,也需要经过BIOS设置、分区、格式化、系统安装、软件安装等过程。例如,可以在Windows系统里通过VMware模拟一台安装Linux系统的虚拟机(如图1所示),同时还可以在虚拟机和实际的物理主机之间进行切换,并实现两个系统的联网,就如同每个人都有一个小型的计算机网络一样。这样既可以让学生学到Linux系统的安装、配置与使用,还可以进行各台主机之间的联网设置等练习。
与真实PC机相比,虚拟机具有这些优点:
1) 可以在一台PC机上模拟出多台PC机,并都能运行独立的操作系统互不干扰(完全不同于安装多系统的PC机),可以放心地在虚拟机中使用各种操作系统和应用软件。在虚拟机中做实验,效果与在真正的计算机上是一样的。
2) PC机与多个虚拟机之间可以方便切换,在进行联网设置后,可以做各种网络实验与网络测试,如同具有一个真实的网络环境。
2.2 网络配置与管理
在计算机网络中,局域网的组建相对比较简单,实验也容易实现。但如果牵涉到网络的配置与管理的实验,就需要有大量的交换机、路由器等各种网络设备供学生去连接配置。一般的实验室很难给学生提供很多网络设备进行练习,对此,可以使用Boson NetSim来解决这个问题。
Boson NetSim是Boson公司推出的一款Cisco路由器、交换机的模拟软件,它主要由两部分组成:实验拓扑图设计软件(Boson Network Designer)和实验环境模拟器(Boson NetSim)。Boson Network Designer用于绘制网络拓扑图,Boson NetSim则是用来进行设备的配置练习。Boson NetSim提供了一个能够输入配置命令、验证理论和实例的环境,可以完成绝大多数的网络管理实验。
下面举一个教学常见的使用Boson NetSim实现VLAN配置的例子。如图2所示,设计一个使用路由器的VLAN通信网络。所需主要设备有:Cisco2621路由器1台(带有1个快速以太网端口)、Cisco catalyst2950交换机2台、PC机4台以及连接线若干。
Router1通过F0/0端口和交换机Switch1的F0/12端口相连,交换机Switch1的F0/11端口和交换机Switch2的F0/12端口相连,Switch1的F0/1、F0/2分别和PC1、PC2相连,Switch2的F0/3、F0/4分别和PC3、PC4相连。
实验中首先将PC1、PC3划分到VLAN1,PC2、PC4划分到VLAN2,测试VLAN内和VLAN间PC机的通信情况,然后对路由器Router1进行配置,使VLAN1和VLAN2之间的PC机实现相互通信。
简单实验步骤如下(网络配置的详细命令略):
1) 按照要求使用Boson Network Designer设计出网络拓扑图,并将该拓扑图保存为文件rvlan.top;
2) 打开Boson NetSim,载入rvlan.top,出现如图3所示路由器Router1的配置界面。接下来就可以在该窗口中分别选择交换机、路由器或PC机进行相应的配置;
3) 配置过程中,按步验证实验结果,如结果与实验设计相符,说明实验成功;若结果与实验设计有出入,则要根据故障现象,判断配置过程中可能出错的地方,对设备连接或配置信息进行检查,排除错误,得出正确的实验结果;
4) 若实验未完成,可以将所有设备的配置信息保存为rvlan.nwc,以便下次实验继续使用。
在整个实验过程中,每个学生都拥有一套模拟的网络实验环境,操作过程也与真实的设备基本相同,而且可以反复演练实验,也不用担心实验过程中犯错误,这样对学生掌握网络的建设、设备的连接与配置以及网络管理等是大有裨益的。
通过对Boson NetSim或类似软件的使用可以看出,使用Boson NetSim进行仿真实验,对计算机网络教学方面的帮助主要体现在以下几点:
1) 模拟实验环境,进行各类网络管理实验。Boson NetSim可以模拟Cisco多种型号的交换机、路由器,模拟出各种实验环境。这样只要有一台计算机安装了模拟软件,就相当于拥有一套网络实验设备,按照设计要求进行各种实验,在单机上构建各种局域网和广域网的实验环境,而且这种环境就与真实环境几乎相同。实验的拓扑图和配置结果都可以保存,以供检查或下次继续配置。
2) 网络搭建灵活、方便,提高了学习的效率。使用虚拟设备搭建网络,只需要考虑网络的设计要求,不必顾虑实验室有没有该设备,减少了设备等待、搬运、连接等环节,增加了配置、测试时间,明显提高了学习的效率。Boson NetSim中的Lab Navigator预设了许多实验,可供大家学习使用。
3) 减少实验设备投资和维护工作量。仿真实验是在一种虚拟的实验环境中进行的实验,实验设备也都是虚拟的,这样就减少了实验室建设的设备投资,也不存在硬件设备的拆装、连接、复原等过程,减轻了实验室的维护工作量。
但模拟实验环境毕竟还是和真实的环境是有一定区别的,软件中不可避免会存在少量的BUG,有时可能会影响到实验得出正确的结果。一旦遇到这种情况,就需要教师仔细分析实验过程,确定配置正确,然后给予学生适当的提示和说明。
3 小结
在计算机网络的教学中应用仿真实验是学习掌握计算机及网络相关知识的一个好的方法,能更好地把理论教学与实践环节结合起来,在实际教学过程中也取得了很好的教学效果。学生在动手实践的过程中,可以对实验内容进行改进创新,思考探索,培养和发挥他们的创造性思维,锻炼解决实际问题的能力。但是,仿真环境毕竟不能完全代替真实实验环境,如果有条件的话,还是尽量让学生首先在真实网络环境中学习和练习,同时在模拟环境中练习巩固和加强,将现代化的教学手段和先进的教学设备结合,优势互补,共同促进学生实践能力的培养,以期取得更好的教学效果,培养出合格的应用技术人才。
参考文献:
[1] 李久仲,石硕,李洛.网络与数据库专业课程的几种教学方法和手段[J].计算机教育,2000(7):33-35.
[2] 李娜,傅骞. 利用模拟软件改进高校计算机网络实验教学内容的初步探索[J].现代教育技术,2007(7):103-105.
[3] 在同一台PC上同时使用多个操作系统[EB/OL].http://www.vmware.com/cn/products/ws/.
[4] Boson模拟器专题[EB/OL].http://www.chinaitlab.com/www/techspecial/boson/.