導(dǎo)讀：這一篇完整的關(guān)于計算機論文范文有4000字符左右，論文格式很好，主要論述的題目是有關(guān)“基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計”的。計算機網(wǎng)絡(luò)知識體系結(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)知識難以充分理解和全面掌握。

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摘要：實驗教學(xué)是計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)的重要組成部分。然而，當(dāng)前的實驗教學(xué)系統(tǒng)由于實驗方案規(guī)劃不夠完善及實驗教學(xué)平臺的局限性等原因，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)、實驗教學(xué)方案為主體、實驗平臺為載體，從實驗專題、實驗類型和實驗層次三個方面統(tǒng)籌規(guī)劃，利用虛擬實驗平臺的泛在性和代價低等優(yōu)勢，選擇和擴展多種虛擬實驗平臺，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、基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)，以滿足計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程的教學(xué)需求。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)課程;實驗教學(xué)系統(tǒng);虛擬實驗平臺;

作者簡介：陳凱，講師，博士，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、計算機網(wǎng)絡(luò)安全、大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

(計算機論文)基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程是計算機學(xué)科的重要核心課程，也是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)知識體系的重要組成部分，課程內(nèi)容涉及計算機技術(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)安全等多個維度的知識[1]。

計算機網(wǎng)絡(luò)知識體系結(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)知識難以充分理解和全面掌握。《網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的計算機教學(xué)支撐指南》[2]指出計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的實驗支撐是有必要的，IEEEACM文獻[3]以及一些網(wǎng)絡(luò)課程研究討論組[4]提出計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)應(yīng)至少包含40%的實驗講解，

因此能覆蓋課程內(nèi)容的實驗教學(xué)系統(tǒng)是學(xué)生充分掌握和深入理解計算機網(wǎng)絡(luò)知識的必要條件。實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建主要包含兩個方面：一是與理論教學(xué)配套的實驗教學(xué)方案，它是實驗教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的核心;二是與實驗教學(xué)方案配套的實驗教學(xué)平臺，它是實驗教學(xué)系統(tǒng)運行的關(guān)鍵。

一計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)分析

面對計算機網(wǎng)絡(luò)知識的多維性，課程教學(xué)中往往以計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)“層次”為主干組織教學(xué)內(nèi)容，主要包含以下幾個方面：

(1)計算機網(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、機制，算法的原理及具體實現(xiàn);

(5)計算機網(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)計算機網(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，又包含實際操作的網(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全等知識。而相應(yīng)的實驗教學(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算機網(wǎng)絡(luò)課程中，實驗教學(xué)往往難以滿足課程教學(xué)的需求，主要表現(xiàn)為：實驗教學(xué)目的不夠明確，實驗內(nèi)容與理論課程聯(lián)系不足，實驗教學(xué)方案不夠充分，實驗?zāi)Ｊ絾我弧?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，主要原因在于實驗教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計不夠合理、不夠完善。

為構(gòu)建合理和完善的實驗教學(xué)系統(tǒng)，滿足教學(xué)目標(biāo)、系統(tǒng)實現(xiàn)和組織形式的要求，需要從實驗教學(xué)方案、實驗教學(xué)平臺和教學(xué)模式三個方面統(tǒng)籌設(shè)計——實驗教學(xué)方案體現(xiàn)了實驗教學(xué)目標(biāo)、實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗組織形式和實驗過程，實驗教學(xué)平臺提供了教學(xué)方案的實現(xiàn)環(huán)境，教學(xué)模式則關(guān)系著實驗教學(xué)方案的整體性、可操作性和實施效果。

其中，實驗教學(xué)方案決定實驗教學(xué)平臺的構(gòu)建，而有限的物理實驗條件和不同適用程度的實驗教學(xué)平臺也影響著實驗教學(xué)方案的設(shè)計，并導(dǎo)致實驗教學(xué)中實驗和理論脫節(jié)、實驗教學(xué)方案不充分、缺乏理論研究相關(guān)實驗等問題。

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)理論知識的理解、拓展對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，這是計算機網(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)，也是計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)的目的。

為完成滿足計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)任務(wù)，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(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)計實驗教學(xué)方案，以實驗教學(xué)方案為指導(dǎo)，構(gòu)建配套的實驗教學(xué)平臺，同時貫穿合理有效的教學(xué)模式，進而形成一套整體的、系統(tǒng)的、層次分明的、滿足計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)需求的、能夠高效利用時間和空間的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)系統(tǒng)。

二計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)方案設(shè)計

為構(gòu)建整體的、系統(tǒng)的、有層次的、滿足計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)需求的、能夠高效利用時間和空間的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)系統(tǒng)，在設(shè)計實驗教學(xué)方案時，可從實驗專題、實驗類型和實驗層次三個方面綜合考慮并統(tǒng)籌規(guī)劃，以形成符合理論教學(xué)內(nèi)容、實驗?zāi)康拿鞔_和難易有度的實驗教學(xué)方案。

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)課程理論的教學(xué)內(nèi)容，可將計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗分為以下幾個專題：

(1)計算機網(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)實驗性質(zhì)和不同的培訓(xùn)目的，可將計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗分為以下幾種類型：

(1)驗證型實驗。包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驗證與分析、基本策略和機制的驗證與分析、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)計型實驗。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)議的運用和比較、網(wǎng)絡(luò)安全策略的實施、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)。

(3)綜合型實驗。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、端系統(tǒng)的綜合安全策略設(shè)計。

根據(jù)學(xué)習(xí)難度，可將實驗分為以下幾個層次：

(1)基本實踐層次。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)實踐層次。以設(shè)計性、工程性和應(yīng)用性為主，如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)安全方案設(shè)計與實現(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)雜度的實驗內(nèi)容，也可由學(xué)生自己提出實驗?zāi)繕?biāo)、設(shè)計實驗方案和完成實驗結(jié)果分析，在教師的輔導(dǎo)和共同討論下達到創(chuàng)新的高度。

通過實驗專題、實驗類型和實驗層次的交叉關(guān)聯(lián)、統(tǒng)籌設(shè)計，可構(gòu)建出實驗?zāi)繕?biāo)明確，實驗內(nèi)容充分，與網(wǎng)絡(luò)課程理論知識緊密聯(lián)系，實驗?zāi)Ｊ蕉鄻踊⑾到y(tǒng)化、層次分明的實驗方案，其組織架構(gòu)如圖1所示。

為滿足實驗方案組織架構(gòu)的需求，選擇或設(shè)計恰當(dāng)?shù)膶嶒炂脚_尤為重要，以此構(gòu)建出符合理論教學(xué)內(nèi)容、實驗?zāi)康拿鞔_和難易有度的綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)。

三實驗平臺的選擇與設(shè)計

為支撐所設(shè)計的實驗教學(xué)方案，需選擇或設(shè)計出合理有效的實驗教學(xué)平臺。目前大多數(shù)實驗教學(xué)平臺是基于實際的網(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)備保護性強等問題，使得實驗難以直接研讀、修改和測試。

虛擬實驗平臺提供強大的交互功能和友好的人機界面，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。因此，使用虛擬實驗平臺對構(gòu)建綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢。

基于不同的用途、需求和目的，一些研究機構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備公司開發(fā)了不同的虛擬實驗平臺[7]，如可用于建立虛擬網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的虛擬機軟件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，可基于不同虛擬實驗平臺的功能和特點，根據(jù)實驗方案的設(shè)計，通過選擇合適的虛擬實驗平臺進行組合，以達到實驗教學(xué)的目的。

針對實驗教學(xué)方案的需求，可結(jié)合安裝簡單、網(wǎng)絡(luò)功能強、模擬程度高、平臺成熟度高、界面友好、操作簡單和代價低廉等原則來選擇虛擬實驗平臺。根據(jù)實驗專題和實驗類型可知，實驗教學(xué)系統(tǒng)需要三類虛擬實驗平臺，即虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺和網(wǎng)絡(luò)事件模擬平臺。

VMwareWorkstation(簡稱VMW)可在一部實體機器上模擬完整的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在虛擬網(wǎng)路方面具有獨特的優(yōu)勢。虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺中PacketTracer(簡稱PT)具有界面友好、支持設(shè)備型號多、運行穩(wěn)定等特點，提供網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)建、數(shù)據(jù)包詳細處理過程和網(wǎng)絡(luò)實時運行情況的可視化功能。

在網(wǎng)絡(luò)事件模擬平臺中NS2是一種針對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開源和免費的軟件模擬平臺，它所包含的模塊幾乎涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的所有方面，且可擴展性強，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，且基于腳本語言運行、運行僅適應(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)了遠程NS2模擬實驗平臺，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、分析、演示和協(xié)議修改與擴充等功能，

而且基于Java語言編寫的客戶端能夠同時運行于Unix和Windows操作系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2遠程NS2虛擬實驗平臺

圖2遠程NS2虛擬實驗平臺下載原圖

四基于多虛擬平臺的綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

通過對實驗專題、實驗類型和實驗層次的交叉關(guān)聯(lián)，文章統(tǒng)籌設(shè)計了實驗教學(xué)方案，并基于實驗方案選擇和擴展相應(yīng)的虛擬實驗平臺，從而構(gòu)建出綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)，如表1所示。

五結(jié)語

計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)系統(tǒng)是一個統(tǒng)籌設(shè)計的綜合系統(tǒng)工程，需要以理論課程為基礎(chǔ)、實驗教學(xué)方案為主體、實驗平臺為載體，達到整體的、系統(tǒng)的、有層次的且滿足計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)需求的設(shè)計目的。實踐證明，實驗?zāi)繕?biāo)明確，實驗內(nèi)容充分，

與網(wǎng)絡(luò)課程理論知識緊密聯(lián)系，實驗?zāi)Ｊ蕉鄻踊⑾到y(tǒng)化、層次分明的實驗教學(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)計與與管理能力，擴展學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊合作能力。而虛擬實驗平臺的交互功能，

友好的人機界面，結(jié)合了視聽功能、形象直觀、圖文并茂的特點，對實驗教學(xué)方案的實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硬件的成本，突破了使用時間和空間上的限制。因此，構(gòu)建基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)具有較強的實際意義。

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