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摘要: 本文介绍了一种基于虚拟机和网络设备模拟器构建的虚拟网络实验室,由于其具有投入经费低、实用性强、管理简单等优点,而被广泛用于教学中。文中重点概括了虚拟网络实验室的优点,并列举了该实验室可以完成的实验内容。
关键词: 高职计算机网络专业教学虚拟网络实验室应用
1.引言
实践环节是高职计算机网络专业教学的重要过程。网络专业的学生如果只学习理论而没有经过实践操作,那么在实际应用中碰到的一些问题对他们来说都有可能成为“天堑”。为此,现在许多高职院校通过添加大量的网络实验设备来提高学生的实践能力。然而,该专业实践课程较多、实验设备复杂、对学生实践熟练程度的要求较高等都给网络专业的教学带来了极大的挑战。为了解决这些问题,我们可以采用虚拟机技术和网络设备模拟器构建虚拟网络实验室[1]。
2.虚拟机技术与网络设备模拟器简介
VMware Workstation是目前位置功能最全、性能最优、使用最方便的虚拟机产品之一。该软件所提供的“计算机”的组成跟真正的计算机是一样的,也包括CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显卡、声卡等。在虚拟机中用户可以和使用真正的计算机一样安装操作系统、应用程序和软件,也可以对外提供服务。VMware Workstation能够运行大多数Windows、Linux和Novell台式机,以及服务器操作系统,用户在虚拟机之间切换时不需要重新启动或进行硬盘分区,同时虚拟机可以使用宿主机器上的一些资源,如软驱、光驱等设备。用户在虚拟机上进行分区、格式化、安装操作系统或应用软件等任何操作均不会对宿主机器系统产生任何影响。
Boson Netsim是BOSON公司推出的一款Cisco路由器、交换机模拟程序。该软件是目前最流行的、操作接近真实环境的模拟工具。它最先提出自定义网络拓扑的功能,与真实试验相比,用户使用它省去了制作网线连接设备、频繁变更console连线、不停往返设备之间的环节,使学习效率明显提高。同时,Boson Netsim不断推陈出新,功能越来越强大,它的命令也和最新的Cisco的IOS基本保持一致。通过Boson Netsim用户可以随意构建网络,这为路由器、交换机的教学提供了很大的灵活性。
3.构建虚拟网络实验室的优点
我们使用上述两种工具搭建了虚拟网络实验室,并进行了一学年的教学,其由于操作方便、使用灵活等优点,深受师生的喜爱。现将其优点总结如下:
3.1使用虚拟网络实验室,我们无需考虑网络设备及连接的问题,因为这些设备都是虚拟的并且已经按照要求连通。因此它对于没有任何故障排除经验的初学者来讲非常方便。
3.2使用虚拟网络实验室可以减少损坏计算机的操作系统和软件机率。对于有些破坏性的实验,如对硬盘的操作、对操作系统的操作、网络攻击实验等,我们采用虚拟机技术能够保护计算机免受破坏。
3.3使用虚拟网络实验室可以让学生及时了解最新技术。由于虚拟技术是一种软件,我们可以对它进行升级,根据发展需要重新“生成”新的仪器设备,使之能跟上不断更新的教学内容,而不至于淘汰整套仪器设备,使实践操作训练能及时跟上新技术的发展。
3.4使用虚拟网络实验室可以方便地在单机上进行服务器的管理与配置实验和网络设备管理实验,能够有效地解决学生人数迅速增长而学校经费不足的矛盾,做到人手一套实验设备,同时也能够避免频繁变化console线,不停往返于设备之间的环节。
3.5采用虚拟网络实验室可以方便教师授课。在该环境下,授课可以采用广播的方式,实时进行操作的演示与讲解,改变了传统的抓图、PPT等方式,更易于学生的理解和接受[2][3]。
4.虚拟网络实验室在计算机网络教学中的应用
网络专业的实践内容中最重要的两个部分是对服务器的设置和对网络设备的配置与管理。VMware Workstation对于网络服务的配置与管理、磁盘管理、网络安全与入侵等实验都具有使用方便、性能好等方面的优点,但是对于网络设备的实验在性能上较为缺乏。Boson Netsim是专门针对网络设备开发的虚拟软件,它可以方便地实现VLAN的划分、交换机配置、路由器配置等的实验要求。两者结合,可以让虚拟网络实验室发挥更大的作用。
4.1利用VMware模拟网络管理实验
4.1.1破坏性实验。
对于一些破坏性实验,比如需要对硬盘进行重新分区、格式化、重新安装操作系统等操作,如果在真实的计算机上进行这些实验,会导致实验后系统不容易恢复,所以教师在做该类型的实验时需要配置专门的实验室,造成了资源的浪费。教师和学生在虚拟机上进行这些破坏性操作,既能够保证实验的顺利完成,又能够保证公共机房主机系统的正常运行。
4.1.2联网实验。
学生需要做Windows 2000的联网实验时,使用虚拟机,可以在拥有一台计算机的前提下很轻松地组建出实验环境,也可以方便地组建基于工作组的对等网和基于域的局域网。学生还可以在此基础上进行Web、DNS、FTP服务器、邮件服务器、DHCP服务器、流媒体服务器等服务器的搭建,也可以组建无盘网络。虚拟机技术可以使学生方便地掌握这些网络服务器的配置和管理方法,为学生的设计和创新提供平台。
4.1.3群集类实验。
学生在做“共享”的磁盘阵列柜实验时,一个最便宜的磁盘阵列柜也需要几万元,再加上群集主机,则一个实验环境需要10万元以上的投资。因此现在很多学校在这方面的设备都较为缺乏,学生实践的机会很少,如果使用虚拟机技术,只需要一台配置比较高的计算机,就可以完成群集类的大部分实验。
4.1.4软件测试实验。
学生在学习软件设计、网页设计等课程时,编写的程序,需要在多种环境(单机环境、网络环境、不同的浏览器版本等)和多种操作系统如Windows XP、Windows 2000/2003、Linux等环境下进行测试。使用虚拟机技术可以使这些测试更加方便、快捷地进行。
4.1.5网络安全与网络入侵实验。
网络安全是计算机网络专业的学生必须掌握的知识之一。但是目前该方面课程一般都是停留在理论讲解方面,学生难以理解且学习兴趣不浓。教师通过虚拟技术可以在虚拟机上安装相应软件进行查找漏洞,用木马程序入侵计算机并进行防御等试验,让学生在实验中学习理论知识[4]。
4.2利用Boson模拟网络设备实验
4.2.1网络设备基本配置实验。
网络设备配置是网络专业学生需要掌握的基本功。但是由于资金不足、产品升级较快等原因,教师很难做到理论与实践的密切结合。教师采用Boson Netsim可以让学生根据需要绘制网络拓补结构图,模拟各种路由器、交换机、连接设备和计算机,随意搭建实验环境,并对以上设备进行各种配置、试验和分析。学生甚至可以进行ISDN、帧中继等各种较高级的实验,以便更加直观地了解各种协议和技术的原理,达到巩固知识和提高水平的目的。
4.2.2CCNA、CCNP实验。
Boson公司为Boson NetSim软件定制了一些现成的软件试验包,其中包括CCNA级别的实验项目和CCNP级别的实验项目。这些试验包内置了实验拓补图、部分正确配置的配置文件。教师通过Boson NetSim的实验导航器可以有计划、循序渐进地进行实验练习,给学生思科认证考试提供一个平台。
4.2.3网络故障排除实验。
网络管理员在网络组建完成之后,要使网络保持平稳运行,就必须对网络不断维护,并及时排除故障,这需要非常丰富的经验。在以往的教学中,学生在故障排除时大多数停留在讲步骤、记方法的基础上,缺乏实战。利用模拟器,我们可以设置一些软件故障点,并以文件形式保存后打包发给学生,让学生分析故障所在,边做边学,积累排除故障的经验[5]。
5.结语
采用虚拟技术构建的网络实验室,克服了硬件实验室经费投入大、管理与维护困难等方面的问题,最大限度地满足了计算机网络实验课程的要求,提高了教学质量。但是,虚拟实验不能完全代替真实的实验环境,它只是起到辅助作用,可以提高学生操作的熟练程度,但是如果想让学生真正掌握技术,还需要在真实的环境中进行体验。因此,在实践教学中应注意“虚实”结合[6]。
参考文献:
[1]王春海.非常网管——典型网络实验[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[2]关全胜,白永军.虚拟机技术在中职计算机教学中的应用浅谈[J].科技信息,2009,(1).
[3]韩瑛,李斌.虚拟现实技术在网络教学中的研究与应用[J].现代教育技术,2006,(1).
[4]龚自康.虚实结合的网上交互式虚拟实验研究[J].技术应用,2005.9.
[5]史书明.借助NetSim辅助计算机网络教学[J].计算机教学与教育信息化,2008.4.
[6]付晓深,王自强,张文华等.虚拟教学存在的问题及应对思路[J].生物学教学,2005,(7).
关键词: 高职计算机网络专业教学虚拟网络实验室应用
1.引言
实践环节是高职计算机网络专业教学的重要过程。网络专业的学生如果只学习理论而没有经过实践操作,那么在实际应用中碰到的一些问题对他们来说都有可能成为“天堑”。为此,现在许多高职院校通过添加大量的网络实验设备来提高学生的实践能力。然而,该专业实践课程较多、实验设备复杂、对学生实践熟练程度的要求较高等都给网络专业的教学带来了极大的挑战。为了解决这些问题,我们可以采用虚拟机技术和网络设备模拟器构建虚拟网络实验室[1]。
2.虚拟机技术与网络设备模拟器简介
VMware Workstation是目前位置功能最全、性能最优、使用最方便的虚拟机产品之一。该软件所提供的“计算机”的组成跟真正的计算机是一样的,也包括CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显卡、声卡等。在虚拟机中用户可以和使用真正的计算机一样安装操作系统、应用程序和软件,也可以对外提供服务。VMware Workstation能够运行大多数Windows、Linux和Novell台式机,以及服务器操作系统,用户在虚拟机之间切换时不需要重新启动或进行硬盘分区,同时虚拟机可以使用宿主机器上的一些资源,如软驱、光驱等设备。用户在虚拟机上进行分区、格式化、安装操作系统或应用软件等任何操作均不会对宿主机器系统产生任何影响。
Boson Netsim是BOSON公司推出的一款Cisco路由器、交换机模拟程序。该软件是目前最流行的、操作接近真实环境的模拟工具。它最先提出自定义网络拓扑的功能,与真实试验相比,用户使用它省去了制作网线连接设备、频繁变更console连线、不停往返设备之间的环节,使学习效率明显提高。同时,Boson Netsim不断推陈出新,功能越来越强大,它的命令也和最新的Cisco的IOS基本保持一致。通过Boson Netsim用户可以随意构建网络,这为路由器、交换机的教学提供了很大的灵活性。
3.构建虚拟网络实验室的优点
我们使用上述两种工具搭建了虚拟网络实验室,并进行了一学年的教学,其由于操作方便、使用灵活等优点,深受师生的喜爱。现将其优点总结如下:
3.1使用虚拟网络实验室,我们无需考虑网络设备及连接的问题,因为这些设备都是虚拟的并且已经按照要求连通。因此它对于没有任何故障排除经验的初学者来讲非常方便。
3.2使用虚拟网络实验室可以减少损坏计算机的操作系统和软件机率。对于有些破坏性的实验,如对硬盘的操作、对操作系统的操作、网络攻击实验等,我们采用虚拟机技术能够保护计算机免受破坏。
3.3使用虚拟网络实验室可以让学生及时了解最新技术。由于虚拟技术是一种软件,我们可以对它进行升级,根据发展需要重新“生成”新的仪器设备,使之能跟上不断更新的教学内容,而不至于淘汰整套仪器设备,使实践操作训练能及时跟上新技术的发展。
3.4使用虚拟网络实验室可以方便地在单机上进行服务器的管理与配置实验和网络设备管理实验,能够有效地解决学生人数迅速增长而学校经费不足的矛盾,做到人手一套实验设备,同时也能够避免频繁变化console线,不停往返于设备之间的环节。
3.5采用虚拟网络实验室可以方便教师授课。在该环境下,授课可以采用广播的方式,实时进行操作的演示与讲解,改变了传统的抓图、PPT等方式,更易于学生的理解和接受[2][3]。
4.虚拟网络实验室在计算机网络教学中的应用
网络专业的实践内容中最重要的两个部分是对服务器的设置和对网络设备的配置与管理。VMware Workstation对于网络服务的配置与管理、磁盘管理、网络安全与入侵等实验都具有使用方便、性能好等方面的优点,但是对于网络设备的实验在性能上较为缺乏。Boson Netsim是专门针对网络设备开发的虚拟软件,它可以方便地实现VLAN的划分、交换机配置、路由器配置等的实验要求。两者结合,可以让虚拟网络实验室发挥更大的作用。
4.1利用VMware模拟网络管理实验
4.1.1破坏性实验。
对于一些破坏性实验,比如需要对硬盘进行重新分区、格式化、重新安装操作系统等操作,如果在真实的计算机上进行这些实验,会导致实验后系统不容易恢复,所以教师在做该类型的实验时需要配置专门的实验室,造成了资源的浪费。教师和学生在虚拟机上进行这些破坏性操作,既能够保证实验的顺利完成,又能够保证公共机房主机系统的正常运行。
4.1.2联网实验。
学生需要做Windows 2000的联网实验时,使用虚拟机,可以在拥有一台计算机的前提下很轻松地组建出实验环境,也可以方便地组建基于工作组的对等网和基于域的局域网。学生还可以在此基础上进行Web、DNS、FTP服务器、邮件服务器、DHCP服务器、流媒体服务器等服务器的搭建,也可以组建无盘网络。虚拟机技术可以使学生方便地掌握这些网络服务器的配置和管理方法,为学生的设计和创新提供平台。
4.1.3群集类实验。
学生在做“共享”的磁盘阵列柜实验时,一个最便宜的磁盘阵列柜也需要几万元,再加上群集主机,则一个实验环境需要10万元以上的投资。因此现在很多学校在这方面的设备都较为缺乏,学生实践的机会很少,如果使用虚拟机技术,只需要一台配置比较高的计算机,就可以完成群集类的大部分实验。
4.1.4软件测试实验。
学生在学习软件设计、网页设计等课程时,编写的程序,需要在多种环境(单机环境、网络环境、不同的浏览器版本等)和多种操作系统如Windows XP、Windows 2000/2003、Linux等环境下进行测试。使用虚拟机技术可以使这些测试更加方便、快捷地进行。
4.1.5网络安全与网络入侵实验。
网络安全是计算机网络专业的学生必须掌握的知识之一。但是目前该方面课程一般都是停留在理论讲解方面,学生难以理解且学习兴趣不浓。教师通过虚拟技术可以在虚拟机上安装相应软件进行查找漏洞,用木马程序入侵计算机并进行防御等试验,让学生在实验中学习理论知识[4]。
4.2利用Boson模拟网络设备实验
4.2.1网络设备基本配置实验。
网络设备配置是网络专业学生需要掌握的基本功。但是由于资金不足、产品升级较快等原因,教师很难做到理论与实践的密切结合。教师采用Boson Netsim可以让学生根据需要绘制网络拓补结构图,模拟各种路由器、交换机、连接设备和计算机,随意搭建实验环境,并对以上设备进行各种配置、试验和分析。学生甚至可以进行ISDN、帧中继等各种较高级的实验,以便更加直观地了解各种协议和技术的原理,达到巩固知识和提高水平的目的。
4.2.2CCNA、CCNP实验。
Boson公司为Boson NetSim软件定制了一些现成的软件试验包,其中包括CCNA级别的实验项目和CCNP级别的实验项目。这些试验包内置了实验拓补图、部分正确配置的配置文件。教师通过Boson NetSim的实验导航器可以有计划、循序渐进地进行实验练习,给学生思科认证考试提供一个平台。
4.2.3网络故障排除实验。
网络管理员在网络组建完成之后,要使网络保持平稳运行,就必须对网络不断维护,并及时排除故障,这需要非常丰富的经验。在以往的教学中,学生在故障排除时大多数停留在讲步骤、记方法的基础上,缺乏实战。利用模拟器,我们可以设置一些软件故障点,并以文件形式保存后打包发给学生,让学生分析故障所在,边做边学,积累排除故障的经验[5]。
5.结语
采用虚拟技术构建的网络实验室,克服了硬件实验室经费投入大、管理与维护困难等方面的问题,最大限度地满足了计算机网络实验课程的要求,提高了教学质量。但是,虚拟实验不能完全代替真实的实验环境,它只是起到辅助作用,可以提高学生操作的熟练程度,但是如果想让学生真正掌握技术,还需要在真实的环境中进行体验。因此,在实践教学中应注意“虚实”结合[6]。
参考文献:
[1]王春海.非常网管——典型网络实验[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[2]关全胜,白永军.虚拟机技术在中职计算机教学中的应用浅谈[J].科技信息,2009,(1).
[3]韩瑛,李斌.虚拟现实技术在网络教学中的研究与应用[J].现代教育技术,2006,(1).
[4]龚自康.虚实结合的网上交互式虚拟实验研究[J].技术应用,2005.9.
[5]史书明.借助NetSim辅助计算机网络教学[J].计算机教学与教育信息化,2008.4.
[6]付晓深,王自强,张文华等.虚拟教学存在的问题及应对思路[J].生物学教学,2005,(7).