虚拟教学在计算机网络课程中应用

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摘要：本文通过对虚拟仿真实验教学的应用研究，以计算机网络课程中《跨交换机VLAN通信》实验为例，利用PacketTracer虚拟仿真软件，采用案例驱动实验的方式通过引入案例、分析案例、解决方案、自主学习、基本步骤、实验测试及结果等，详细讲解虚拟仿真实验教学在计算机网络课程中的应用。实践证明，利用虚拟仿真实验教学，通过形象、直观、生动的图形界面化操作，方便学生对知识点的理解和掌握，有助于提高教学效果。

关键词：虚拟仿真；实验教学；PacketTracer；计算机网络

0引言

计算机网络是计算机相关专业的必修课程，重在培养学生利用计算机解决实际网络通信问题的能力。实验教学是计算机网络课程中重要环节，现有计算机网络课程的实验教学内容过于陈旧，现场实验资源受限，教学效果不佳[1-2]。近年来虚拟仿真实验作为一种新的实验手段，有效补充传统实验教学，提升实验教学的效果和质量，同传统实验实现有机和虚实结合，从而克服传统实验中一直存在的一些缺点和不足[3]。将虚拟实验教学融入到计算机网络实验教学课程，并进行深入应用研究具有重要的实际意义。

1计算机网络课程虚拟仿真实验教学

通过实验操作，使学生进一步加深了对网络技术原理的认识与理解，巩固课堂教学内容，提高学生实际动手能力及创新能力。

1.1虚拟仿真实验教学特点

（1）通过虚拟仿真实验，弥补了传统实验中网络运行过程和原理不易展示的不足，提供图形化界面，学生易操作，帮助学生理解和掌握实验的过程、原理和结果。（2）利用虚拟仿真实验环境，可以配置大量的实验设备，网络拓扑设计容易调整和控制，学生可以利用软件完成复杂的网络规划与设计，不用考虑实验硬件条件不足等因素。

1.2实验教学内容设计

计算机网络课程主要有网络基本概念、计算机网络体系结构、TCP/IP协议、网络应用及网络安全等内容，有的理论知识较难理解,不通过实验验证很难真正理解其工作原理等。实验教学内容的设计，不能照搬计算机网络课程的原有实验教学内容，需要教师对计算机网络的实验教学内容熟练掌握，同时根据教学大纲及学生对计算机网络知识所掌握程度进行重新规划设计。

1.3实验项目设计

我校网络工程专业《计算机网络》课程为56学时，理论教学40学时，实验学时16学时，拟设置8个独立实验，分别为验证型实验、设计型实验、综合型实验；把计算机网络实验按模块分为网络系统集成实验、网络服务器实验、网络协议实验，如表1所示。

2虚拟仿真技术介绍

2.1虚拟仿真技术

虚拟仿真技术又称虚拟现实技术，是指由计算机生成特定的模拟环境，并通过专用设备令用户仿佛置身于这个环境中，实现用户和该模拟情境直接进行交互的技术[4]。虚拟仿真技术主要特点：（1）沉侵性：虚拟仿真技术所设计的虚拟环境以现实环境为基础，可以模拟出具有真实环境的场景，使我们感觉身临其境，在这样的环境中可以增强学生的好奇心，激发求知欲。（2）交互性：虚拟仿真技术为学生提供一个理想的虚拟实操环境，同时与学生产生互动，进行交流，通过相互作用，增强学生对事物的感知和认知能力。

2.2CiscoPacketTracer仿真软件

思科公司的PacketTracer软件，为用户提供了网络模拟环境，可以满足《计算机网络》课程虚拟仿真实验教学要求。可以帮助计算机网络相关专业的学生发展自主学习技能，锻炼创造性和批判性思维，解决问题。同时该软件可以支持多种网络协议，还能支持ARP、HDLC、IPv6等协议，另外，它还能支持各种型号的路由器、交换机、服务器和电缆等[5]。

3思科模拟器在计算机网络实验教学中的应用

本文利用PacketTracer虚拟仿真软件7.2版本，以《跨交换机VLAN通信》实验为例，采用案例驱动实验的方式通过引入案例、分析案例、解决案例、工程项目，介绍虚拟仿真实验教学在计算机网络课程中的应用。

3.1实验教学目标

通过引入案例、分析案例了解VLAN的原理与作用，根据案例需求由浅入深逐步实施解决方案，其中的知识点包括在交换机上划分VLAN、跨交换机实现VLAN划分、验证802.1Q标准MAC帧格式、验证属于同一VLAN的终端之间的通信过程。让学生独立完成整个实施过程，真正让知识得到融会贯通，提高学生动手实践能力。

3.2实验教学实施过程

（1）实验案例。某公司有人事处和财务处2个部门若干台主机分布于不同物理位置，分布于2台交换机上，部门之间主机不能互相通信。（2）分析案例。2个部门的计算机，在同一个VLAN中，同时又不在一个交换机的主机，可以在交换机上配置连接端口设置为Trunk，实现跨交换机的VLAN通信。（3）解决方案。人事处划分VLAN2，财务处划分VLAN3，具体规划如表2所示，跨交换机VLAN通信网络拓扑结构如图2所示：（4）自主学习。学生通过对项目案例的分析及解决方案的学习，通过虚拟仿真软件进行自主实验操作，理解掌握实验原理、完成网络拓扑结构设计、命令配置、运行测试等操作。提高学生动手实践能力。（5）基本步骤。以配置SW1交换机为例，在交换机上创建VLAN2和VLAN3,1,2,3号端口设置成为access端口，将SW1与SW3相连的端口配置成trunk类型，主要配置如下：（6）实验测试及结果。学生根据仿真操作完成验证测试，本例使用“模拟模式”，通过生动的Flash动画来表现MAC帧的传输过程，人事处主机1发送MAC帧到人事处主机3，经过交换机SW1端口4时，输出时产生变化，携带VLAN2对应的VLANID（2），如图2所示，TCI=0x0002表示VLANID=2。因为人事处主机3所属VLAN2，2台主机同属一个VLAN，经过测试，可以实现跨交换机通信。

4总结

本文以计算机网络实验课程中《跨交换机VLAN通信》为例，利用思科模拟仿真软件进行仿真实验教学，采用案例驱动实验的方式通过引入案例、分析案例、解决方案、自主学习、基本步骤、实验测试及结果等，讲解虚拟仿真实验教学在计算机网络课程中的应用。通过项目案例教学，激发学生学习兴趣；通过学生自主学习，激发学生学习主动性、积极性、创造性，使抽象的计算机网络理论知识变得容易理解和掌握，这对学生综合应用能力的提高以及实践创新能力的培养有极大的促进作用[6]。同时，利用虚拟仿真实验教学，通过形象、直观、生动的图形界面化操作，方便学生对知识点的理解和掌握，有助于提高教学效果。

作者:鲁晓帆 单位:吉林建筑科技学院