導(dǎo)讀:這一篇完整的關(guān)于計(jì)算機(jī)論文范文有4000字符左右,論文格式很好,主要論述的題目是有關(guān)“基于多虛擬平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的多維性,使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對網(wǎng)絡(luò)知識(shí)難以充分理解和全面掌握。
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摘要:實(shí)驗(yàn)教學(xué)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)的重要組成部分。然而,當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)由于實(shí)驗(yàn)方案規(guī)劃不夠完善及實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的局限性等原因,存在系統(tǒng)化不足、學(xué)習(xí)層次不夠分明、重工程輕研究、重應(yīng)用輕理論等問題。
因此,文章以理論課程為基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案為主體、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為載體,從實(shí)驗(yàn)專題、實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)層次三個(gè)方面統(tǒng)籌規(guī)劃,利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的泛在性和代價(jià)低等優(yōu)勢,選擇和擴(kuò)展多種虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),構(gòu)建整體的、系統(tǒng)的、有層次的、與理論教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)的、基于多虛擬平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),以滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程的教學(xué)需求。
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程;實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng);虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái);
作者簡介:陳凱,講師,博士,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全、大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

(計(jì)算機(jī)論文)基于多虛擬平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程是計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要核心課程,也是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)體系的重要組成部分,課程內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與安全技術(shù),涵蓋了網(wǎng)絡(luò)基本概念、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理以及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)維度的知識(shí)[1]。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)的多維性,使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對網(wǎng)絡(luò)知識(shí)難以充分理解和全面掌握?!毒W(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的計(jì)算機(jī)教學(xué)支撐指南》[2]指出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)支撐是有必要的,IEEEACM文獻(xiàn)[3]以及一些網(wǎng)絡(luò)課程研究討論組[4]提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)應(yīng)至少包含40%的實(shí)驗(yàn)講解,
因此能覆蓋課程內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是學(xué)生充分掌握和深入理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的必要條件。實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建主要包含兩個(gè)方面:一是與理論教學(xué)配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,它是實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的核心;二是與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),它是實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。
一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析
面對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的多維性,課程教學(xué)中往往以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)“層次”為主干組織教學(xué)內(nèi)容,主要包含以下幾個(gè)方面:
(1)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的基本概念和體系結(jié)構(gòu);
(2)因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的層次模型,提供的服務(wù)、實(shí)現(xiàn)以及層次之間的關(guān)系;
(3)結(jié)構(gòu)層次中主要協(xié)議的原理、功能和應(yīng)用;
(4)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相關(guān)的策略、機(jī)制,算法的原理及具體實(shí)現(xiàn);
(5)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要設(shè)備的原理和使用方法;
(6)網(wǎng)絡(luò)中多媒體應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量;
(7)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的安全;
(8)網(wǎng)絡(luò)管理的基本方法。
這些課程教學(xué)內(nèi)容既包含抽象的原理性知識(shí),又包含實(shí)際操作的網(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全等知識(shí)。而相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與這些課程內(nèi)容緊密相聯(lián),能夠輔助學(xué)生更深刻地了解原理、理解概念,培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。
然而在目前高等教育的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往難以滿足課程教學(xué)的需求,主要表現(xiàn)為:實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的不夠明確,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課程聯(lián)系不足,實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案不夠充分,實(shí)驗(yàn)?zāi)J絾我?、?nèi)容陳舊,重應(yīng)用輕原理,重工程輕研究[5]。這些問題的存在,主要原因在于實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不夠合理、不夠完善。
為構(gòu)建合理和完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),滿足教學(xué)目標(biāo)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和組織形式的要求,需要從實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)模式三個(gè)方面統(tǒng)籌設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)組織形式和實(shí)驗(yàn)過程,實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)提供了教學(xué)方案的實(shí)現(xiàn)環(huán)境,教學(xué)模式則關(guān)系著實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的整體性、可操作性和實(shí)施效果。
其中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建,而有限的物理實(shí)驗(yàn)條件和不同適用程度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)也影響著實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的設(shè)計(jì),并導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)和理論脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案不充分、缺乏理論研究相關(guān)實(shí)驗(yàn)等問題。
培養(yǎng)學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)原理的了解、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的構(gòu)建、加深對網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)的理解、拓展對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程本科教學(xué)中理論基礎(chǔ)教學(xué)的首要任務(wù),也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。
為完成滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)任務(wù),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的,應(yīng)先以理論教學(xué)為基礎(chǔ)統(tǒng)籌規(guī)劃并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,以實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案為指導(dǎo),構(gòu)建配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),同時(shí)貫穿合理有效的教學(xué)模式,進(jìn)而形成一套整體的、系統(tǒng)的、層次分明的、滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)需求的、能夠高效利用時(shí)間和空間的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。
二計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)
為構(gòu)建整體的、系統(tǒng)的、有層次的、滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)需求的、能夠高效利用時(shí)間和空間的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案時(shí),可從實(shí)驗(yàn)專題、實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)層次三個(gè)方面綜合考慮并統(tǒng)籌規(guī)劃,以形成符合理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_和難易有度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。
根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程理論的教學(xué)內(nèi)容,可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)分為以下幾個(gè)專題:
(1)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。包括網(wǎng)絡(luò)模型、協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)中的策略、網(wǎng)絡(luò)連接的方法和機(jī)制等。
(2)網(wǎng)絡(luò)組織。包括網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)等。
(3)網(wǎng)絡(luò)配置。包括網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全等。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)和不同的培訓(xùn)目的,可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)分為以下幾種類型:
(1)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驗(yàn)證與分析、基本策略和機(jī)制的驗(yàn)證與分析、網(wǎng)絡(luò)性能分析、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、網(wǎng)絡(luò)漏洞和防范方法測試、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的搭建、基本網(wǎng)絡(luò)命令的使用。
(2)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。包括協(xié)議與策略的修改、協(xié)議的增加、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的分析、簡單網(wǎng)絡(luò)組建及相關(guān)協(xié)議的運(yùn)用和比較、網(wǎng)絡(luò)安全策略的實(shí)施、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)。
(3)綜合型實(shí)驗(yàn)。包括網(wǎng)絡(luò)攻擊及檢測防范方法的研究與測試、綜合網(wǎng)絡(luò)組建及配套安全方案設(shè)計(jì)、端系統(tǒng)的綜合安全策略設(shè)計(jì)。
根據(jù)學(xué)習(xí)難度,可將實(shí)驗(yàn)分為以下幾個(gè)層次:
(1)基本實(shí)踐層次。以基本網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ),幫助學(xué)生理解基本概念,熟悉網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備,獲取網(wǎng)絡(luò)各性能指標(biāo),領(lǐng)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中各種狀態(tài)的含義,掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)的基本原理和方法。
(2)專業(yè)實(shí)踐層次。以設(shè)計(jì)性、工程性和應(yīng)用性為主,如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)安全方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分析等。
(3)研究探索型層次。以研究和開發(fā)為主,既可由教師給定具有一定難度和復(fù)雜度的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,也可由學(xué)生自己提出實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,在教師的輔導(dǎo)和共同討論下達(dá)到創(chuàng)新的高度。
通過實(shí)驗(yàn)專題、實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)層次的交叉關(guān)聯(lián)、統(tǒng)籌設(shè)計(jì),可構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)明確,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充分,與網(wǎng)絡(luò)課程理論知識(shí)緊密聯(lián)系,實(shí)驗(yàn)?zāi)J蕉鄻踊⑾到y(tǒng)化、層次分明的實(shí)驗(yàn)方案,其組織架構(gòu)如圖1所示。
為滿足實(shí)驗(yàn)方案組織架構(gòu)的需求,選擇或設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)尤為重要,以此構(gòu)建出符合理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_和難易有度的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。
三實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇與設(shè)計(jì)
為支撐所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,需選擇或設(shè)計(jì)出合理有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是基于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建,存在成本高、場地有限、設(shè)備更新慢、設(shè)備保護(hù)性強(qiáng)等問題,使得實(shí)驗(yàn)難以直接研讀、修改和測試。
虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供強(qiáng)大的交互功能和友好的人機(jī)界面,結(jié)合了視聽功能,形象直觀,圖文并茂,豐富多彩,信息量大,安裝、使用方便,無需擔(dān)心操作失誤、破壞設(shè)備,可再生[6],利用率高,易維護(hù)。因此,使用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢。
基于不同的用途、需求和目的,一些研究機(jī)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司開發(fā)了不同的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[7],如可用于建立虛擬網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)軟件VMwareWorkstation、VirtualPC和VirtualBox等,用于虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的PacketTracer、NetSim和Dynamips等,用于網(wǎng)絡(luò)事件模擬的NS2、Opnet和NetRiver[8][9]等。
因此,可基于不同虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能和特點(diǎn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),通過選擇合適的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行組合,以達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。
針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的需求,可結(jié)合安裝簡單、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)、模擬程度高、平臺(tái)成熟度高、界面友好、操作簡單和代價(jià)低廉等原則來選擇虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)專題和實(shí)驗(yàn)類型可知,實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)需要三類虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),即虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)事件模擬平臺(tái)。
VMwareWorkstation(簡稱VMW)可在一部實(shí)體機(jī)器上模擬完整的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,在虛擬網(wǎng)路方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺(tái)中PacketTracer(簡稱PT)具有界面友好、支持設(shè)備型號(hào)多、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn),提供網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建、數(shù)據(jù)包詳細(xì)處理過程和網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況的可視化功能。
在網(wǎng)絡(luò)事件模擬平臺(tái)中NS2是一種針對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開源和免費(fèi)的軟件模擬平臺(tái),它所包含的模塊幾乎涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的所有方面,且可擴(kuò)展性強(qiáng),速度和效率優(yōu)勢明顯。
其中,NS2模擬功能較為全面,但由于其內(nèi)容龐雜,且基于腳本語言運(yùn)行、運(yùn)行僅適應(yīng)于Unix內(nèi)核的操作系統(tǒng),因此非常難以學(xué)習(xí)和掌握。本研究在NSG的基礎(chǔ)上開發(fā)了遠(yuǎn)程N(yùn)S2模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可通過Internet或局域網(wǎng)連接并使用已安裝NS2的服務(wù)器,提供了直觀簡單的可視化的設(shè)計(jì)、分析、演示和協(xié)議修改與擴(kuò)充等功能,
而且基于Java語言編寫的客戶端能夠同時(shí)運(yùn)行于Unix和Windows操作系統(tǒng),如圖2所示。
圖2遠(yuǎn)程N(yùn)S2虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
圖2遠(yuǎn)程N(yùn)S2虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下載原圖
四基于多虛擬平臺(tái)的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建
通過對實(shí)驗(yàn)專題、實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)層次的交叉關(guān)聯(lián),文章統(tǒng)籌設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案,并基于實(shí)驗(yàn)方案選擇和擴(kuò)展相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),從而構(gòu)建出綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),如表1所示。
五結(jié)語
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)的綜合系統(tǒng)工程,需要以理論課程為基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案為主體、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為載體,達(dá)到整體的、系統(tǒng)的、有層次的且滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)需求的設(shè)計(jì)目的。實(shí)踐證明,實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)明確,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充分,
與網(wǎng)絡(luò)課程理論知識(shí)緊密聯(lián)系,實(shí)驗(yàn)?zāi)J蕉鄻踊?、系統(tǒng)化、層次分明的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案能夠較為全面地鍛煉學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)操作技能,提高學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議、策略的理解與分析能力,培養(yǎng)學(xué)生對不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與與管理能力,擴(kuò)展學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的交互功能,
友好的人機(jī)界面,結(jié)合了視聽功能、形象直觀、圖文并茂的特點(diǎn),對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的實(shí)施提供了全面有力的支撐,且安裝方便,節(jié)省了購置和管理維護(hù)硬件的成本,突破了使用時(shí)間和空間上的限制。因此,構(gòu)建基于多虛擬平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。
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