虚拟机和模拟器在网络教学中的应用|iphone用的安卓模拟器

　　摘要：传统的计算机网络课程教学方法给教师的讲授和学生的学习都带来很多困难，通过合理和充分利用虚拟机和模拟器工具软件构建网络教学环境，能够在避免巨额投资的前提下，极大地提高教师的教学质量和学生的学习效果。
　　关键词：网络教学 虚拟机 模拟器
　　
　　一、传统计算机网络教学的困境
　　计算机网络技术的飞速发展深刻地影响了人们的工作、娱乐和交流等生活方式。网络技能成为新时代劳动者必须掌握的工具，网络相关岗位也是就业市场经久不衰的热门岗位之一。几乎所有大中专院校都开设有计算机网络相关专业或课程。
　　然而，计算机网络的教学却一直面临着相当大的困难，主要表现在：虽然学生对网络和网络技术本身普遍都比较感兴趣，传统的计算机网络教学却由于相当抽象和枯燥乏味而很难吸引学生；虽然社会上确实需要很多高水平的网络工程师和网络管理员，学校却很难培养出来，毕业生却多是似懂非懂的半瓶醋，在工作岗位上必须重新培训。
　　除去其它因素，如师资和学生基础，导致计算机网络教学困境的一个很重要的原因，是相对于一般课程，它对教学条件的要求特别高。
　　计算机网络是一门理论性和实践性要求都很高的学科，尤其强调实践操作，因为理论不是不重要，但由于课程特点，必须通过实践才能真正理解理论。
　　因此，计算机网络的课堂教学过程中仅仅拿着教科书照本宣科理论，简单放放PPT演示文稿是达不到理想的教学效果的，教师还需要能反映各种情景的完整真实网络环境进行操作技能的实际演示；学生上实验实训课程也绝不是普通计算机机房就能够满足的，必须有一个能对各种网络设备进行操作的专业实验室。此外，学生在课外也需要有网络实验环境，才可能通过大量练习将网络技能锻炼到工作实用水平。
　　通过耗费巨资创建网络专业实验室固然是最理想的解决方案，却不是大部分普通院校能够轻易承受的，而且即使有了这种实验室，复杂的管理工作和随着网络技术的发展面临的更新换代压力也是非常令人头痛的。
　　不过，随着计算机的广泛普及和软硬件技术的进步，计算机网络教与学的困难也出现了低成本的解决方案，根据笔者的经验，合理和充分利用虚拟机和模拟器工具软件能够在很大程度上改善教学效果。
　　二、虚拟机的应用
　　虚拟机软件能够在一台物理计算机上模拟出多台虚拟的计算机，因此，很早就在设备条件有限环境下的网络教学中得到了广泛应用。一方面，教师在普通多媒体教室上课的时候只有一台物理计算机可用，所有牵涉到对网络系统中多个计算机进行配置的操作只能借助于虚拟机进行演示；另一方面，学生到机房做网络实验的时候，因为很多练习都需要改动计算机操作系统的核心配置或安装特殊的软件，而现在学校的普通机房基本都由还原卡保护，管理制度也不允许在物理机上乱装软件，因此安装虚拟机软件基本是唯一的解决方案。
　　虚拟机的主要缺点是对物理机的资源消耗太大，需要高性能CPU，大容量内存和海量硬盘空间，不过随着计算机硬件技术的不断进步，问题得到了缓解，现在比较新的计算机都能够胜任模拟几台虚拟机的任务。
　　普通机房应用虚拟机对管理也有一定要求。因为虚拟机软件安装过程要修改操作系统底层驱动并重启生效，在某个虚拟机上安装操作系统也要消耗很多时间，所以虚拟机系统不能在做实验时现装，应该在还原卡保护系统之前就将虚拟机软件安装好，并事先在虚拟机上安装好几个典型的操作系统以备做实验室的时候用；此外，为方便实验时添加系统模块，还需要将操作系统的安装光盘镜像文件拷贝到本地硬盘。
　　目前，流行的虚拟机软件主要有微软的Virtual PC和VMware公司的VMware Workstation，VMware因为对非Windows操心系统的更好支持和更强大的网络设置功能更适合一般的计算机网络教学。
　　如上图所示，VMware虚拟机解决了在一台计算机上进行网络中多计算机配置的问题，另外，VMware虚拟机支持的snapshot快照功能，三种不同虚机联网方式（bridge、host-only和 NAT）都有利于进行复杂的网络实验。
　　三、模拟器的应用
　　一个完整的网络系统不仅包括各种计算机，还包括交换机和路由器等网络互联设备，在没有专业实验室的情况下，只能用软件模拟器模拟联网设备来进行教学。
　　1.初级模拟器
　　初级模拟器只模拟了联网设备的部分特征，所以一般只适用于比较基础的网络技术教学，但它们的优点是资源要求低，界面使用直观友好。
　　现在最流行的初级网络设备模拟器是Cisco公司出品的Packet Tracer：
　　从上图可以看出，Packet Tracer可以用简单的拖放+连线的方式模拟组建成逼真的网络系统，其中交换机路由器等设置都可以进入CLI命令控制界面进行配置，模拟的计算机虽然不能像虚拟机那样进行配置，但也支持基本的网络参数设置和网络命令。
　　Packet Tracer因为消耗主机资源少，可以模拟组建规模较大的完整的网络系统，有利于初学者尽快从总体结构上把握理解网络。
　　Packet Tracer还支持用非常形象的动画方式显示网络数据包传输的过程和详细结构，对于网络初学者理解网络原理非常有帮助。
　　2.高级模拟器
　　高级模拟器用虚拟化技术完全模拟联网设备，因此适合于初级模拟器不支持的一些高级网络配置技术的学习，例如广域网技术、IPv6技术、VPN技术等。缺点则类似于虚拟机软件，非常耗费物理计算机资源，所以模拟的网络规模往往很有限。
　　目前，可用的高级模拟器主要是用于模拟Cisco路由器设备的Dynamips，它是通过读取Cisco的IOS网络操作系统文件仿真Cisco路由器硬件，因此可以支持Cisco路由器的所有命令。
　　Dynamips的功能很强，但自己不带图形界面，需要用户自己写net配置文件。因此，在教学中最好配合一个优秀的图形前端GNS3使用。
　　四、完整的虚拟网络环境的构建
　　如果有需要，在实际网络教学中还可以将前面所述的虚拟机和模拟器
　　工具结合起来，达到高度仿真一个实际的完整网络环境的效果。
　　如上图所示，通过配置Cloud，GNS3模拟器可以桥接到VMware虚拟机生成的虚拟网卡上，从而模拟出来的网络系统中不仅交换机和模拟器，包括客户机和服务器都获得完全的仿真，从而能够支持一些对真实程度要求很高的网络实验。学生熟悉掌握这些工具后，在课外即使只有一台电脑的情况下，仍然能够进行复杂的网络操作练习。
　　五、总结与展望
　　虚拟机和模拟器都是功能强大的计算机网络教学辅助工具，虽然它们并不能完全代替真实网络设备和网络环境下的教学，但实践已证明它们能够用很低的成本显著提高教学质量。
　　虽然这些工具出现的时间都不算很短了，但由于要用好这些工具需要一些使用和管理上的细节技巧，很多学校在实际教学过程中还没有能够充分整合利用。因此，有必要呼吁给予更多关注。随着虚拟化技术的发展和更广泛的受到重视，虚拟机和模拟器在未来的网络教学中还会扮演更重要的角色。
　　
　　参考文献：
　　[1]Packet Tracer 5.3帮助文档：Simulation Mode.
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