計算機網(wǎng)絡實驗教學虛擬仿真技術應用

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摘要：針對高校計算機專業(yè)實驗教學的現(xiàn)狀，在計算機網(wǎng)絡實驗中引入了虛擬仿真技術，并結合計算機網(wǎng)絡課程的實驗教學進行實例論證，說明了在計算機網(wǎng)絡課程中運用虛擬仿真技術的必要性。

關鍵詞：實驗教學；虛擬仿真；計算機網(wǎng)絡

一、在計算機網(wǎng)絡課程中運用虛擬仿真技術的必要性分析

（一）虛擬仿真實驗可以彌補硬件不能隨時更換的局限由于計算機的發(fā)展速度快，而實驗室的設備不可能隨時更換，在計算機網(wǎng)絡的實驗教學中往往會出現(xiàn)硬件條件不能及時更新或購置更多的設備，不能滿足實際實驗需要的現(xiàn)象。例如：計算機網(wǎng)絡課程中的路由器的配置實驗，要是每個學生使用一臺路由器是不太現(xiàn)實的。如果將虛擬仿真實驗融入計算機教學，學生只需要在電腦上進行實驗就可以完成實驗任務，這樣不僅緩解了設備條件的不足，節(jié)省了實驗資金的投入，而且學生也能進行實際操作能力的鍛煉。

（二）減少實驗教學的經(jīng)費投入在現(xiàn)實的實驗教學中，通常需要大量的經(jīng)費購置設備，采用虛擬仿真實驗教學方式可以大大縮減實驗教學經(jīng)費。例如：計算機網(wǎng)絡的實驗教學中，學生進行網(wǎng)線制作實驗，經(jīng)常會出現(xiàn)不正確的線序排列、水晶頭與線接觸不良等情況發(fā)生，從而導致實驗的失敗。重復實驗，就會造成實驗用品的大量浪費，加大購置實驗用品，這樣勢必會增加實驗經(jīng)費的投入。倘若采用虛擬仿真實驗代替真實的實驗，接水晶頭和網(wǎng)線發(fā)生錯誤時，重新來做實驗，不存在材料浪費的情況，這樣可以大大縮減實驗經(jīng)費的投入，將更多的經(jīng)費投入到其他教學工作和科研工作中。

（三）改善學生進行實驗的操作的復雜性，培養(yǎng)學生動手實驗的興趣計算機網(wǎng)絡課程中虛擬仿真實驗的開設，一方面可以方便學生進行反復的實驗練習，不用因為害怕因誤操作損壞設備，害怕實驗結果出不來，而不敢動手去做。在計算機網(wǎng)絡課程中開展虛擬仿真實驗，不用擔心學生自身及實驗設備的安全問題，使得學生可以放心大膽地進行實驗，在反復的實驗操作中歸納總結出一些實驗規(guī)律，從而提高了學生動腦和思考能力，大大激發(fā)了學生動手操作的興趣。另一方面，通過仿真實驗系統(tǒng)有助于學生熟悉實驗過程，對實驗室的實驗環(huán)境，實驗設備進行詳細的了解。學生可以很直觀地觀察到演示性實驗的操作方法、步驟，甚至可以看到錯誤操作的實驗結果，提高實驗效果。在計算機網(wǎng)絡課程中開展虛擬仿真實驗，可以解決實驗設備昂貴，購買設備的困難，經(jīng)費不足等問題；可以解決落后的硬件條件無法滿足實驗需求的狀況。虛擬仿真實驗不僅豐富了計算機網(wǎng)絡的實驗教學內(nèi)容，而且拓寬學生學術視野，同時使得學生在虛擬仿真實驗中大膽進行創(chuàng)新、研究，從而開發(fā)學生創(chuàng)造性思維。

二、應用實例———利用三層交換機實現(xiàn)VLAN間路由

這個實驗在現(xiàn)實中需要為每位學生配置一臺三層交換機，連接鍵盤和網(wǎng)線，進行三層交換機的配置，或者一臺交換機，所有的學生輪著使用，這樣不是增加設備購置的負擔，就是延長了做實驗的時間。假若將真實實驗和虛擬仿真軟件相結合，所有的學生共用一臺三層交換機，每位學生都可以從自己的電腦上完成這個實驗，實驗實施過程如下。

（一）技術原理1.啟用三層的路由功能。由于三層交換機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，而三層交換機的默認端口是二層口，因此必須使用noswitchport命令在相應端口啟用三層的路由功能。2.實現(xiàn)VLAN相互訪問。具有路由功能的三層交換機，在一個區(qū)域單位內(nèi)可以通過直連路由來實現(xiàn)不同VLAN之間的相互訪問；對于非直連路由，通過獲取數(shù)據(jù)包的IP地址，然后根據(jù)路由表選擇端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。三層交換機為每個接口配置相應IP地址，VLAN間的互連是利用SVI（交換虛擬接口）的方式來實現(xiàn)的，SVI為交換機中的接口分配適當?shù)腎P地址，并創(chuàng)建虛擬接口。

（二）實驗說明在同一個局域網(wǎng)中，在交換機劃分VLAN的基礎上，PC0、PC2和PC1、PC3分別屬于同一個VLAN分組（PC0、PC1和PC2、PC3分別歸屬同一個交換機），但同時還要實現(xiàn)兩個分組之間可以相互訪問；使用三層交換機代替原來的交換機，首先在三層交換機上分別設置各VLAN的接口IP地址。就像路由器上的接口一樣，三層交換機將VLAN作為一種接口對待，再在各接入VLAN的計算機上設置與所屬VLAN的網(wǎng)絡地址一致的IP地址，然后把默認網(wǎng)關設置為該VLAN的接口地址。這樣，所有的VLAN也可以互訪了。

（三）實驗過程1.在二層交換機上創(chuàng)建VLAN4、VLAN5，將端口4分配給VLAN4、端口5分配給VLAN5。2.將二層交換機與三層交換機相連的端口F0/2都定義為TagVLAN模式。3.在三層交換機上配置VLAN4、VLAN5，然后需要使用命令驗證二層交換機VLAN4、VLAN5下的各PC間是不能相互通信的。4.設置三層交換機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機的路由表。6.將二層交換機VLAN4、VLAN5下的各個主機默認網(wǎng)關分別設置為相應虛擬接口的IP地址。7.使用命令來驗證二層交換機VLAN4，VALN5下的各個主機之間是可以相互通信。

（四）實驗設備Switch_29601臺；Swithc_35601臺；PC4臺；直連線

（五）實驗設備的配置PC0：IP地址：192.168.31.12子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關：192.168.31.1PC1：IP地址：192.168.32.34子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關：192.168.32.1PC2：IP地址：192.168.31.56子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關：192.168.31.1PC3：IP地址：192.168.32.78子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0網(wǎng)關：192.168.32.1將PC0、PC2和PC1、PC3劃分到不同網(wǎng)關，此時兩個網(wǎng)關分組無法相互連通PC1PingPC3replyPC1PingPC2timeout

三、結束語

在計算機網(wǎng)絡實驗教學中，將虛擬仿真軟件運用于實驗，使學生通過虛擬仿真實驗掌握計算機網(wǎng)絡的相關知識，通過組網(wǎng)、建網(wǎng)、交換機配置等虛擬仿真實驗訓練學生的操作技能，同時還可以有效解決學校設備經(jīng)費緊張問題。鑒于虛擬仿真實驗的這些優(yōu)點，使得虛擬仿真技術在實驗實訓中應用也越來越廣，作用也越來越大。虛擬仿真技術在計算機實驗中的應用能夠盡量地逼近還原真實實驗，可以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，值得應用與推廣。

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作者：李云 單位：泰山學院數(shù)學與統(tǒng)計學院