虚拟机和网络仿真软件在网络实验教学中的应用

2022-09-11

计算机网络课程作为是一门应用性、实践性很强的专业课程, 其实验教学是否能够高效实施在整个课程的学习过程中占有举足轻重的地位。然而, 分析目前网络教学的现状发现, 很多学校由于硬件条件不足, 网络实验教学的实施情况不容乐观。因此, 将虚拟机软件和仿真软件引入网络实验教学, 改善网络实验教学的教学效果就成为一种必然趋势。

1 虚拟机和网络仿真软件简介

虚拟机软件可以在一台物理计算机上模拟出相对独立的一台或多台逻辑计算机, 它和真正的物理主机非常相似, 也包括CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显卡、声卡等, 还可以进行硬盘分区、格式化、安装操作系统、安装应用程序等操作。其中, VMware是目前功能最全、性能最优、使用最方便的虚拟机产品。

网络仿真软件有很多种, 其中在网络教学中常使用的仿真软件主要有协议仿真软件和网络设备仿真软件。协议仿真软件是一种优秀的通信协议建模和仿真工具, 通过仿真包在仿真模型中的传递来模拟实际物理网络中数据包的流动, 其中以OPNET较为优秀。网络设备仿真软件则可以非常逼真的模拟出路由器、交换机的配置环境, 便于我们学习各种复杂拓扑结构下网络设备的配置, 其中以Boson Net Sim最为优秀。

2 虚拟机和网络仿真软件的应用优势

由于虚拟机和网络仿真软件具有功能强、使用方便、应用灵活等特点, 在改善网络实验环境, 提高网络实验教学质量中占有很大的优势。

(1) 节省成本, 提高设备利用率。用软件来搭建实验环境, 既可以减少实验室资金投入, 又可以提高现有实验设备的利用率。这是在目前很多院校实验经费短缺的情况下, 解决网络实验教学中的难题, 提高实验教学质量的最佳方案。 (2) 可以突破机房管理的限制。使用虚拟机软件可以虚拟出独立于物理主机的虚拟计算机, 这样就便于学生在虚拟机上进行一些因为实验室管理安全的需要而不能在物理主机上实施的实验。 (3) 减少了网络构建的难度, 提高了学习效率。用虚拟机软件或仿真软件可以随意的构建出不同结构的网络环境, 与真实环境下的实验相比, 省去了制作网线、连接设备等环节, 为路由器、交换机的配置实验提供了很大便利, 同时也提高了学习效率。

3 网络实验内容设计

根据虚拟机软件、网络仿真软件和网络设备仿真软件各自的特点和优势, 我在教学过程中, 分别采用VMware Workstation、OPNET和Boson Net Sim设计了以下实验内容。

3.1 利用VMware模拟虚拟机和虚拟网络的实验

3.1.1 基于网络操作系统的实验

在网络课程中, 对网络操作系统的安装和配置最为基础也是最为重要的实验。但是为了保证实验室设备的安全, 几乎所有的实验室都不可能让学生在物理主机上进行操作系统的安装, 因此, 使得网络操作系统的安装及DHCP等服务器的配置实验都无法进行。而利用VMware创建一个完全可操作的虚拟机就可以彻底解决这些问题。

3.1.2 基于网络组建的实验

利用VMware可以在一台物理主机上创建出多台不同操作系统的计算机从而组建一个虚拟网络, 学生可以在这个虚拟网络中对各台主机进行网络配置, 而且还可以划分子网。

3.1.3 基于网络安全的实验

网络安全是网络专业必须要掌握的主要内容, 其中的实验都是基于网络环境的, 并且很多实验具有很强的破坏性, 在实验室中进行测试具有很大的危险性。而在VMware构建的虚拟网络环境中, 学生可以大胆的尝试漏洞攻击、木马、拒绝服务攻击等实验, 不用担心会破坏物理主机。

3.2 利用OPNET进行仿真实验

3.2.1 网络协议的仿真和性能比较

很多网络协议难于理解, 学生很难真正掌握这些协议的工作过程及其性能特点。使用O P N E T网络仿真软件, 不仅可以使学生在不同的网络环境下对各种网络协议的工作过程进行仿真, 同时还可以亲自对其性能进行比较分析。

3.2.2 网络性能测试和分析

在网络规划与设计过程中经常会出现多个不同的设计方案, 它们往往都各有优缺点难于取舍, 这时我们就需要分析这些方案的网络性能, 并以此作为选择的重要依据。OPNET能够对各个设计方案进行仿真, 并通过数据采集和统计来分析比较其网络的性能。

3.3 利用Boson Net Sim模拟网络设备的实验

3.3.1 交换机、路由器的配置

交换机、路由器的配置是网络专业学生必须要掌握的基本功。利用Boson Netsim可以构建各种拓扑的网络, 模拟各种路由器、交换机, 并可以进行各种配置试验和分析。

4 实验项目设计

根据以上对实验内容的分析, 我设计了以下实验项目, 并根据实验项目在课程中地位的不同分为基础实验、综合实验两大类。

4.1 基础实验项目

项目一:Windows Server 2003系统的安装。

项目二:DHCP、DNS、FTP、Web服务器的配置。

项目三:虚拟机和物理主机互联。

项目四:防火墙软件的安装和应用。

项目五:代理服务器软件的安装和应用。

项目六:注册表的操作和维护。

项目七:系统进程和服务的查看和维护。

项目八:系统漏洞扫描。

4.2 综合实验项目

项目一:网络的组建与维护。

项目二:子网划分。

项目三:木马、拒绝服务攻击等黑客攻击方法。

项目四:利用O P N E T仿真C S M A/C D信道访问协议。

项目五:利用OPNET进行网络性能测试和分析。

项目六:利用Net Sim进行路由器的配置。

项目七:利用Net Sim进行交换机的配置。

5 结语

在网络实验教学的实践中, 我们深刻体会到虚拟机和网络仿真软件给网络实验教学带的革命性变化, 它极大地满足了网络实验课程的要求, 提高了教学质量。因此, 虚拟机和网络仿真软件是网络实验教学中非常好的辅助教学工具, 它们为网络实验教学走出目前的困境指明了一条道路。

摘要:本文针对目前很多高校的实验条件不能满足网络实验教学这一问题, 提出利用虚拟机和网络仿真软件来改变这一现状, 提高教学质量。并以VMware、OPNET和Boson NetSim为例分析设计了一些网络实验项目。

关键词:虚拟机,仿真软件,网络实验教学

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] 张德凤, 王晓玲.虚拟网络实验室在计算机网络教学中的应用[J].考试周刊, 2009 (35) .

[3] 周杰.计算机网络实验教学创新一例[J].职业教育研究, 2009 (3) .

[4] 刘外喜, 高鹰, 胡晓.虚拟实验室在计算机网络课程教学中应用的设计[J].计算机教育, 2007 (8) .