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摘要: 本文论述了我国高职实验教学中存在的主要问题,继而提出了虚拟实验平台的概念,分析了其存在的优势,并以一个网络实验为例,设计并实现网络技术虚拟实验平台,通过虚拟实验与真实实验的有机合来促进实验教学的改革,培养学生的综合实践能力和创新思维。
关键词: 实验教学虚拟网络实验平台构建系统功能
1.前言
随着计算机技术、通信技术、网络技术和多媒体技术的发展,社会各领域对网络工程应用人才的需求不断增加,近年来众多高校纷纷开设网络技术专业。网络技术专业是一个实践性技能要求很强的技能型专业,要培养出高水平的网络技能型人才,加强实验和实训环节非常重要。学生只有通过足够的实践动手的操作,才能真正理解和掌握该学科的理论知识,并在实际应用中得到提高,在工作岗位上发挥作用。然而当前各高校的实验课教学大多存在着实验形式、内容、要求与实验设备、器材、场地、经费保障相对滞后的矛盾,实验条件的制约在一定程度上影响了实验教学的开展和学生实践创新能力的培养。在实验教学模式中建立一个基于网络实体设备的虚拟实验体系,是对传统实验的一个有效的补充,既能节约大量的教学经费,又能使实验在时间和空间上得到有效的延伸。为了能够应用这种新型的实践教学模式,我们以建立网络专业虚拟实验教学平台为例进行了研究。
2.虚拟网络实验平台的构建
虚拟网络实验平台是通过建立网络设备的原型来构建实验系统,一般安装在真实实验平台上,是可以完全开放的,它充分利用了计算机技术,完善了数据传输、交换、模式识别、语言处理、智能技术等性能,对实验系统的运行进行了仿真,学生可以从中灵活地组建网络、学习和掌握实验设计、操作知识。虚拟网络实验平台还具有人机交互能力和可视化程度高等优势。虚拟网络实验平台的出现从根本上突破了传统实验教学实验设备数量少、实验时间紧张、实验地点单一的弊端,凸显了实验系统的开放性和实验操作的交互性,提高了实验教学效果。虚拟网络实验平台总架构如下:
图1虚拟网络实验平台架构
虚拟网络实验平台根据网络专业教学特点主要分为四个部分:
(1)网络操作系统虚拟平台。
主要分为Windows和Linux两个虚拟平台。网络操作系统是一门实践性较强的课程,在教学中教师要提供给学生相应的实验环境,包括课堂上演示讲解、实际操作练习,这样学生才能更好地理解网络,以及与网络相关的知识。而目前的教学不具备这种环境,实验室让每个学生练习安装网络服务器或工作站也有相当大的难度。因此,在计算机网络实验中教师只能是纸上谈兵地讲解一些操作步骤,学生难以形成具体的印象和实际动手的技能。教师通过虚拟平台提供对操作系统装、设置和管理,可以使抽象的书本知识在虚拟平台上具体化,弥补实验条件所限带来的不足。
(2)网络集成虚拟平台。
主要分为虚拟路由和交换两个平台。这两个设备是网络学习中的主要设备之一,路由器完成网络之间数据的转发,交换机是网络内主要数据交换场所。由于这类设备购置成本较高,每个学生都要练习配置和管理,很难实现,因此通过虚拟平台实现既能完成教学,又能节约成本。
(3)网络安全虚拟平台。
主要是针对常见硬件防火墙。由于信息技术的发展,信息安全越来越被人们所重视,防火墙是目前解决此安全问题的主要设备。通过防火墙构建的网络安全虚拟的实验平台提供的是一个近于真实的环境,可充分保证实验质量不受影响,完全符合教学要求。虚拟机系统与主机系统有良好的隔离性,在虚拟环境下,学生不用顾虑对主系统的破坏,可以放心地进行各种实验操作,会有更好的实验效果。
(4)综合实验平台。
综合性实验是指实验内容涉及的综合知识或与课本相关的课程知识的实验。教师针对不同综合性、设计性实验的特点、要求与难度,进行有效的实验教学设计,使在整个实验中学生都处于主动的学习状态,学习目的明确,自觉独立思维,尤其是在整个实验过程中学生的创造性思维比较活跃。
3.系统功能的实现
综合大多数计算机网络技术实践课的特征,可以将实践课的内容分为操作系统部分和网络部分。操作系统部分主要包括各种网络操作系统的安装、配置和应用系统的搭建和测试;网络部分主要包括各种网络设备(路由器、交换机、防火墙等)安装、配置和平测试。操作系统部分和网络部分的实践课都需要仪器设备的支持,因此我们可以应用虚拟实验软件来搭建此类虚拟实验平台。
网络操作系统部分的实践课通常需要基于网络的多机环境。虚拟实验软件“虚拟PC”能够在一台物理计算机上虚拟出多台计算机,进而为学生在单机环境下实践如何安装网络操作系统、搭建多机应用环境提供必要的条件。目前著名的“虚拟PC”工具软件主要有VMware和VIRTUAL PC,VMware对网络的支持比较好,它可以在一台机器上同时运行两个或更多操作系统,如Windows、Linux等。
VMware的完整使用过程为:建立一个新的虚拟机、配置安装好的虚拟机、配置虚拟机的网络这三个部分。
(1)虚拟系统安装与配置
①选中一台物理主机,安装操作系统为Windows 2000 professional,然后在物理主机上安装VMware 4.5,安装完成后可以看到所有文件就在一个文件夹里。
②打开VMware,分别新建两个虚拟机,虚拟机1 OS为Windows 2000 Server,虚拟机2 OS为Windows 2000 professional。
③虚拟机1安装两块虚拟网卡,网卡1为桥接方式,网卡2为自定义方式,并指定虚拟交换机为VMlnet2,虚拟机2安装一块虚拟网卡,自定义方式,并指定交换机为VMnet2。
④在VM虚拟网络配置中,将VMnet2网段设置为192.168.20.x/24。
(2)DHCP网络服务的配置
①配置虚拟机1上的网卡2的IP为192.168.20.1,设置虚拟机2的网卡IP为自动获取。
②在虚拟机1上安装DHCP服务,并配置地址池192.168.20.10—192.168.20.20。
③在虚拟机2上利用IPCONFIG命令来查看IP,从而验证DHCP服务是否生效。
(3)网络部分虚拟平台实现
虚拟实验软件“网络设备模拟器”能够在一台计算机上模拟出几台甚至是几十台路由器、交换机、防火墙等网络设备,学生用这些模拟出来的设备进行配置练习,虚拟真实企业的网络环境,具有重要意义。目前著名的“网络设备模拟核心”工具软件主要有Dynamips、BOSON,Dynamips的真实性更强,灵活性更好,结合.NET面向对象开发软件,能够实现图形化直观操作平台。具体实现代码如下:
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click
Shell(“D:/Program Files/SecureCRT/SecureCRT.exe”,AppWinStyle.NormalFocus)
End Sub//调用终端登录程序
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs)Handles Button2.Click
Shell(“bin/dynamips/dynamips-wxp.exe -H 7200”)
End Sub//调用虚拟程序
Private Sub Button20_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs) Handles Button12.Click
Shell(“bin/putty/putty.exe 127.0.0.1 3001”,AppWinStyle.NormalNoFocus)
End Sub//本地登录测试
Private Sub Button6_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs) Handles Button16.Click
Shell(“bin/dynagen/dynagen.exe net/ccna_routing.net”,AppWinStyle.NormalNoFocus)
End Sub//调用设备配置
交换机的虚拟平台的实现和路由器基本一致,但在防火墙的实现环境需要开启Pemu的虚拟服务才可以进入实验环境,Pemu和Dynamips一样都是通过加载IOS,而且两者可以通信。Pemu支持Windows XP和Linux,在Linux下面使用会更稳定些。
(4)综合实验
在上面的路由器实验中,在学生掌握了基本的路由器协议配置后,为提高学生的综合实践能力,教师可安排一个综合性实验。该实验要求学生利用四台路由器一台交换机和四台主机组建一个网络。学生要综合利用所学的网络中有关服务器、工作站、交换机和路由器的配置等方面的知识和技能,根据实验的特点,在两种实验环境下进行设计、实验,整个实验过程集中体现了虚拟实验系统与真实系统的之间的优势互补,能达到设计性实验和综合性实验的目的。
总之,利用虚拟实验技术,根据实验的特点和要求,把真实实验和虚拟实验有机地整合起来有明显优势,其建设方法简单、成本低、效果好。它可以帮助学生和教师随时在计算机上操作实验,以弥补真实实验设备紧张的局限性。
参考文献:
[1]马秀香.虚拟与传统技术在实验教学中的整合与应用[J].绍兴文理学院学报(实验科学与技术),2005,(4).
[2]金风莲,兰振平.网络实验教学模式的探索与实践.中国教育信息化,2007,(3)高教职教.
[3]侯茂胜.VMware在计算机网络技术教学中的应用.科技资讯,2008,(6).
关键词: 实验教学虚拟网络实验平台构建系统功能
1.前言
随着计算机技术、通信技术、网络技术和多媒体技术的发展,社会各领域对网络工程应用人才的需求不断增加,近年来众多高校纷纷开设网络技术专业。网络技术专业是一个实践性技能要求很强的技能型专业,要培养出高水平的网络技能型人才,加强实验和实训环节非常重要。学生只有通过足够的实践动手的操作,才能真正理解和掌握该学科的理论知识,并在实际应用中得到提高,在工作岗位上发挥作用。然而当前各高校的实验课教学大多存在着实验形式、内容、要求与实验设备、器材、场地、经费保障相对滞后的矛盾,实验条件的制约在一定程度上影响了实验教学的开展和学生实践创新能力的培养。在实验教学模式中建立一个基于网络实体设备的虚拟实验体系,是对传统实验的一个有效的补充,既能节约大量的教学经费,又能使实验在时间和空间上得到有效的延伸。为了能够应用这种新型的实践教学模式,我们以建立网络专业虚拟实验教学平台为例进行了研究。
2.虚拟网络实验平台的构建
虚拟网络实验平台是通过建立网络设备的原型来构建实验系统,一般安装在真实实验平台上,是可以完全开放的,它充分利用了计算机技术,完善了数据传输、交换、模式识别、语言处理、智能技术等性能,对实验系统的运行进行了仿真,学生可以从中灵活地组建网络、学习和掌握实验设计、操作知识。虚拟网络实验平台还具有人机交互能力和可视化程度高等优势。虚拟网络实验平台的出现从根本上突破了传统实验教学实验设备数量少、实验时间紧张、实验地点单一的弊端,凸显了实验系统的开放性和实验操作的交互性,提高了实验教学效果。虚拟网络实验平台总架构如下:
图1虚拟网络实验平台架构
虚拟网络实验平台根据网络专业教学特点主要分为四个部分:
(1)网络操作系统虚拟平台。
主要分为Windows和Linux两个虚拟平台。网络操作系统是一门实践性较强的课程,在教学中教师要提供给学生相应的实验环境,包括课堂上演示讲解、实际操作练习,这样学生才能更好地理解网络,以及与网络相关的知识。而目前的教学不具备这种环境,实验室让每个学生练习安装网络服务器或工作站也有相当大的难度。因此,在计算机网络实验中教师只能是纸上谈兵地讲解一些操作步骤,学生难以形成具体的印象和实际动手的技能。教师通过虚拟平台提供对操作系统装、设置和管理,可以使抽象的书本知识在虚拟平台上具体化,弥补实验条件所限带来的不足。
(2)网络集成虚拟平台。
主要分为虚拟路由和交换两个平台。这两个设备是网络学习中的主要设备之一,路由器完成网络之间数据的转发,交换机是网络内主要数据交换场所。由于这类设备购置成本较高,每个学生都要练习配置和管理,很难实现,因此通过虚拟平台实现既能完成教学,又能节约成本。
(3)网络安全虚拟平台。
主要是针对常见硬件防火墙。由于信息技术的发展,信息安全越来越被人们所重视,防火墙是目前解决此安全问题的主要设备。通过防火墙构建的网络安全虚拟的实验平台提供的是一个近于真实的环境,可充分保证实验质量不受影响,完全符合教学要求。虚拟机系统与主机系统有良好的隔离性,在虚拟环境下,学生不用顾虑对主系统的破坏,可以放心地进行各种实验操作,会有更好的实验效果。
(4)综合实验平台。
综合性实验是指实验内容涉及的综合知识或与课本相关的课程知识的实验。教师针对不同综合性、设计性实验的特点、要求与难度,进行有效的实验教学设计,使在整个实验中学生都处于主动的学习状态,学习目的明确,自觉独立思维,尤其是在整个实验过程中学生的创造性思维比较活跃。
3.系统功能的实现
综合大多数计算机网络技术实践课的特征,可以将实践课的内容分为操作系统部分和网络部分。操作系统部分主要包括各种网络操作系统的安装、配置和应用系统的搭建和测试;网络部分主要包括各种网络设备(路由器、交换机、防火墙等)安装、配置和平测试。操作系统部分和网络部分的实践课都需要仪器设备的支持,因此我们可以应用虚拟实验软件来搭建此类虚拟实验平台。
网络操作系统部分的实践课通常需要基于网络的多机环境。虚拟实验软件“虚拟PC”能够在一台物理计算机上虚拟出多台计算机,进而为学生在单机环境下实践如何安装网络操作系统、搭建多机应用环境提供必要的条件。目前著名的“虚拟PC”工具软件主要有VMware和VIRTUAL PC,VMware对网络的支持比较好,它可以在一台机器上同时运行两个或更多操作系统,如Windows、Linux等。
VMware的完整使用过程为:建立一个新的虚拟机、配置安装好的虚拟机、配置虚拟机的网络这三个部分。
(1)虚拟系统安装与配置
①选中一台物理主机,安装操作系统为Windows 2000 professional,然后在物理主机上安装VMware 4.5,安装完成后可以看到所有文件就在一个文件夹里。
②打开VMware,分别新建两个虚拟机,虚拟机1 OS为Windows 2000 Server,虚拟机2 OS为Windows 2000 professional。
③虚拟机1安装两块虚拟网卡,网卡1为桥接方式,网卡2为自定义方式,并指定虚拟交换机为VMlnet2,虚拟机2安装一块虚拟网卡,自定义方式,并指定交换机为VMnet2。
④在VM虚拟网络配置中,将VMnet2网段设置为192.168.20.x/24。
(2)DHCP网络服务的配置
①配置虚拟机1上的网卡2的IP为192.168.20.1,设置虚拟机2的网卡IP为自动获取。
②在虚拟机1上安装DHCP服务,并配置地址池192.168.20.10—192.168.20.20。
③在虚拟机2上利用IPCONFIG命令来查看IP,从而验证DHCP服务是否生效。
(3)网络部分虚拟平台实现
虚拟实验软件“网络设备模拟器”能够在一台计算机上模拟出几台甚至是几十台路由器、交换机、防火墙等网络设备,学生用这些模拟出来的设备进行配置练习,虚拟真实企业的网络环境,具有重要意义。目前著名的“网络设备模拟核心”工具软件主要有Dynamips、BOSON,Dynamips的真实性更强,灵活性更好,结合.NET面向对象开发软件,能够实现图形化直观操作平台。具体实现代码如下:
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs) Handles Button1.Click
Shell(“D:/Program Files/SecureCRT/SecureCRT.exe”,AppWinStyle.NormalFocus)
End Sub//调用终端登录程序
Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs)Handles Button2.Click
Shell(“bin/dynamips/dynamips-wxp.exe -H 7200”)
End Sub//调用虚拟程序
Private Sub Button20_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs) Handles Button12.Click
Shell(“bin/putty/putty.exe 127.0.0.1 3001”,AppWinStyle.NormalNoFocus)
End Sub//本地登录测试
Private Sub Button6_Click(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs) Handles Button16.Click
Shell(“bin/dynagen/dynagen.exe net/ccna_routing.net”,AppWinStyle.NormalNoFocus)
End Sub//调用设备配置
交换机的虚拟平台的实现和路由器基本一致,但在防火墙的实现环境需要开启Pemu的虚拟服务才可以进入实验环境,Pemu和Dynamips一样都是通过加载IOS,而且两者可以通信。Pemu支持Windows XP和Linux,在Linux下面使用会更稳定些。
(4)综合实验
在上面的路由器实验中,在学生掌握了基本的路由器协议配置后,为提高学生的综合实践能力,教师可安排一个综合性实验。该实验要求学生利用四台路由器一台交换机和四台主机组建一个网络。学生要综合利用所学的网络中有关服务器、工作站、交换机和路由器的配置等方面的知识和技能,根据实验的特点,在两种实验环境下进行设计、实验,整个实验过程集中体现了虚拟实验系统与真实系统的之间的优势互补,能达到设计性实验和综合性实验的目的。
总之,利用虚拟实验技术,根据实验的特点和要求,把真实实验和虚拟实验有机地整合起来有明显优势,其建设方法简单、成本低、效果好。它可以帮助学生和教师随时在计算机上操作实验,以弥补真实实验设备紧张的局限性。
参考文献:
[1]马秀香.虚拟与传统技术在实验教学中的整合与应用[J].绍兴文理学院学报(实验科学与技术),2005,(4).
[2]金风莲,兰振平.网络实验教学模式的探索与实践.中国教育信息化,2007,(3)高教职教.
[3]侯茂胜.VMware在计算机网络技术教学中的应用.科技资讯,2008,(6).