虚拟仿真技术在高职计算机网络实训中的应用
实验教学是高职计算机网络专业中不可缺少的一个环节[1]，但在计算机网络实验教学中，除了一些全国示范或骨干高职院校外，很多高职院校缺少实验实训场所、设备等，不能满足学习者的实训要求，而以虚拟仿真技术搭建虚拟实验实训平台，可以解决实训场所及设备紧缺的问题。本文以Packet Trace虚拟仿真软件为例，讨论虚拟仿真技术在计算机网络实训中的应用，分析对比虚拟仿真实验与真实实验的差别，促进高职院校运用虚拟仿真技术进行教学，并将虚拟仿真与真实实验相结合，以提高教学效果。
一、虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术是虚拟现实技术和系统仿真技术的合称[2]。虚拟仿真技术又叫虚拟仿真或者模拟技术，是将一个真实的系统用虚拟的方法模仿出来。虚拟仿真技术是随着计算机技术发展而逐步形成的一种实验研究技术，是数学推理、科学实验之后人类认识客观规律的第三类方法，已逐渐成为人类认识和改造客观世界的通用性、战略性技术[3]。虚拟仿真技术在多媒体技术、虚拟现实技术、网络通信技术等技术的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术结合在一起，构建逼真的虚拟环境。虚拟仿真可以是一个模拟器，一个仿真软件，或者一个数学模型等[4]。虚拟仿真技术应用在军事演习、医学手术模拟、广告宣传等。近年来，随着计算机技术与网络技术的发展虚拟仿真技术广泛地应用于实验教学，虚拟仿真实验已经成为一种新的教学模式[5]。
虚拟仿真技术在实训中具有真实性、交互性、开放性及扩展性[6]。真实性是指虚拟仿真实训中实验环境具有很强的真实感，学习者在虚拟仿真实训中感觉进入了真实的实训室，操作虚拟设备，体验真实的操作过程。交互性是指学习者可以通过键盘、鼠标操作虚拟设备，虚拟设备会在真实实训中所出现的现象。开放性是指可以将虚拟仿真实训以网页的形式发布，学习者可以随时随地进行虚拟实验，突破了时空的限制。扩展性是指虚拟设备或虚拟软件等可以实现灵活地配置与组合，而且更新与维护方便，可以对虚拟设备或虚拟软件进行二次开发。
二、Packet Trace软件在计算机网络实训中的应用
（一）Packet Trace软件简介
Packet Tracer是思科公司开发的一种虚拟仿真软件，可供网络课程的初学者在虚拟环境中设计网络、配置网络、排除网络故障。该软件采用图形化用户界面，学习者可以通过鼠标拖曳设备及配置线构建网络拓扑;提供的数据包在网络中的流动过程可以适时地观察网络状态;可通过IOS配置对设备进行配置管理，锻炼学习者检查、排除网络故障的能力。
Packet Trace支持大量的设备仿真，比如路由器、交换机、Hub等各类网络连接设备的仿真，每类设备还提供不同的型号;双绞线、同轴电缆、光纤等各种传输介质的仿真;DNS、FTP、WEB、DHCP等服务器的仿真;还可以仿真很多模块。而真实的实训环境中往往不可能提供这么全面的实训设备。Packet Trace运行很多网络协议，支持TCP/IP协议，UDP协议、OSPF协议、HTTP协议、SMTP协议、Telnet协议等常见协议，及不常见的ARP协议、Ethernet协议、HDLC协议、ICMP协议、IPv6等协议。Packet Trace支持逻辑空间设计及物理空间设计两种模式。Packet Trace中的数据包可采用实时传输模式和仿真传输模式，实时传输与真实传输过程一样，仿真传输可以看到数据传送的过程。
（二）Packet Trace软件的应用
假设某公司需要构建自己的网站，并在网站上提供邮件系统服务。通过分析，为了完成本实验需要用到的设备有：首先需要一台网站（Web）服务器、一台邮件（E-mail）服务器;另外还需要一台域名解析（DNS）服务器（通常可以由专门的机构提供，为了方便在仿真软件中构建了自己的DNS服务器）;还需要几台可以上网的PC机;为了将这些设备连接起来，需要一台交换机。还需要配置每个服务器的协议及每个服务器和PC机的地址;如果需要远程登录交换机还需要对交换机进行配置。这个实验可以在真实的环境中完成，也可以在虚拟仿真软件Packet Trace中完成。以下先通过Packet Trace软件进行虚拟仿真实验。
1.构建网络拓扑
将Web服务器、E-mail服务器、DNS服务器、两台PC机拖曳进主界面，并连接好配置线，将设备分别重命名，得到实验的网络拓扑，如图1所示。
图1 网络拓扑结构图
2.配置各设备
（1）配置DNS服务器。鼠标单击DNS服务器，首先在Desktop选项中选择“IP Configuration”设置静态分配（Static），设置好各地址参数，其中IP地址192.168.1.2;然后在Config选项卡中设置GLOBAL项中的Gateway为：192.168.1.1，DNS Server为192.168.2;最后将DNS项以外的其他协议全部关闭，并在DNS中添加网站（www.fly.com）及邮箱（pop3.163.com，stmp.163.com）的域名解析，如图2所示。
图2 DNS域名解析配置
（2）配置Web服务器。鼠标单击Web服务器，在Desktop选项卡中配置好IP Configuration中各地址，IP地址为192.168.1.8;然后在Config选项卡中设置GLOBAL项中的Gateway为：192.168.1.1，DNS Server为192.168.2;再后将HTTP项以外的其他协议全部关闭，还可以在此处修改网页代码，以修改网页的显示内容。 （3）配置邮件服务器。点开E-mail服务器，配置好IP Configuration中各地址，IP地址为192.168.1.3;然后在Config选项卡中设置GLOBAL项中的Gateway为：192.168.1.1，DNS Server为192.168.2;再后将E-mail项以外的其他协议全部关闭，并在E-mail项中设置Domain name及添加邮箱用户名及用户密码。
（4）配置交换机。如果交换机不需要远程登录进行配置管理，则无需配置。如果需要进行远程登录管理那么需要给交换机配置地址。交换机配置地址需要通过IOS配置方式。给交换机配置地址为192.168.1.253。点开交换机，进入CLI选项，回车后键入命令，下面进行简单的配置命令：
Switch>en//进入特权模式
Switch#conf t //进入全局模式
Switch（config）#inter vlan 1（默认交换机的所有端口都在VLAN1中）//创建并进入VLAN1的接口视图
Switch（config-if）#ip address 192.168.1.253 255.255.255.0//在VLAN1接口上配置交换机远程管理的IP地址
Switch（config-if）#no shutdown//开启接口
Switch（config-if）#exit//回到全局配置模式
（5）配置两台PC机的地址。点开PC0，在Desktop选项中选择“IP Configuration”设置静态分配（Static），设置好各地址参数，其中IP地址192.168.1.4。PC1的设置同PC0，其中IP地址为192.168.1.5。
3.测试验证实验
（1）验证网站功能。在PC0（或PC1）上，点开进入Web Brower选项，输入网址www.fly.com，再点击go，如果能够正确显示出Web服务器上的主页，则说明Web服务器实验成功。否则需要重新检测故障，并排除故障，直到能够成功显示。
（2）验证邮件收发功能。鼠标单击PC0（或PC1）上，选择Desktop选项，单击E-Mail，进入MAILBROWER，单击Configure Mail，然后进行相应的配置。保存后返回MAIL BROWER，进行收发邮件测试，如果能成功收发邮件，则说明邮件服务器实验成功，否则需要检测并排除故障。
三、Packet Trace虚拟仿真实验与真实实验的对比分析
在Packet Trace虚拟仿真软件中，学习者可以通过图形化界面，对虚拟的设备进行连线、配置、测试、排除故障等，在逼真的环境中，体验真实实验的过程，完成实验，得到真实实验的结果。而且虚拟实验中需要用到的实验设备，只需要用鼠标拖曳出来即可，仿真软件提供不同的设备和相同设备不同型号的选择，实验非常方便灵活。而在真实的实验中，很多实训场所不可能提供这么多的设备，更难具备各种不同型号的设备，仿真软件大大地节约了设备成本。在虚拟实验中，可以不断地重新配置，尝试不同的配置方法，不会损坏设备，配置不成功，可以删除设备，重新拖曳进新设备进行配置，而在真实实验中配置不正确，操作不当，可能损坏真实设备，而且不可能把真实设备丢掉后再用新设备进行配置管理，因此，虚拟仿真实验提供了更灵活的配置方法，增强了学习者的学习兴趣。在虚拟实验中，不需要专门的实训场所，不需要实训室管理维护人员，节约了实训场所成本以及管理人员成本;虚拟实验可以在任意一台电脑上完成，突破了时间与空间的限制，可以使学习者随时随地进行实验，学习更轻松，效率更高。
但是在虚拟仿真实验中有一些与真实实验不完全相同的地方，比如设备之间的连线，只需要选择一种介质即可，甚至可以由系统智能判断选择什么介质，所以配线环节不会出现错误。而在真实实验中，学习者可能不知道具体的设备需要选择哪种传输介质，或者传输介质没有连接好、松动、串扰等都可能造成实验不成功，而这些在虚拟实验中都不会出现。另外，如Web服务器配置，在虚拟实验中没有设备Web站点，只需要将HTTP协议打开即可，而在真实的实验中Web站点的配置存在版本的不兼容、默认站点的位置不正确以及登录用户的权限设置等问题都可能引起Web服务配置不成功。
因此，虚拟实验仿真实验需要与真实实验结合起来，不能只是单纯地进行虚拟仿真实验。比如，可以让初学者先通过虚拟仿真实验，熟悉设备、设备的型号、设备的配置方法、设备的管理方法、设备的排障方法等，然后再结合真实设备进行实验，这样将使学习效果更佳。
四、结 论
在高职计算机网络实训中，将虚拟仿真软件Packet Tracer与真实实验相结合，可以有效解决学校设备经费紧张问题，使学习者通过虚拟仿真软件掌握网络技术，对网络进行组网、建网、用网等技能训练，提高了网络技能，同时与真实实验室相结合，克服了在虚拟实验室不能解决的问题。近年来，虚拟仿真技术在实验实训中体现的作用越来越大，应用也越来越广，虚拟仿真技术应用于实验实训是值得推广的。但是虚拟仿真技术集中了计算机、网络、多媒体等多种技术，开发虚拟仿真设备有一定的难度，教师一方面可以自行开发设计一些虚拟仿真设备、虚拟仿真软件等，另一方面也可以直接应用别人开发的仿真产品。在虚拟仿真实验中，需要不断地更新虚拟仿真产品，使虚拟仿真实验能够尽量地逼近还原真实实验。采用虚拟仿真实验与真实实验相给合的实验方法，可以提高人才培养质量，值得应用与推广。
