摘要：针对高校计算机专业实验教学的现状，在计算机网络实验中引入了虚拟仿真技术，并结合计算机网络课程的实验教学进行实例论证，说明了在计算机网络课程中运用虚拟仿真技术的必要性。
关键词：实验教学；虚拟仿真；计算机网络
一、在计算机网络课程中运用虚拟仿真技术的必要性分析
(一)虚拟仿真实验可以弥补硬件不能随时更换的局限由于计算机的发展速度快，而实验室的设备不可能随时更换，在计算机网络的实验教学中往往会出现硬件条件不能及时更新或购置更多的设备，不能满足实际实验需要的现象。例如：计算机网络课程中的路由器的配置实验，要是每个学生使用一台路由器是不太现实的。如果将虚拟仿真实验融入计算机教学，学生只需要在电脑上进行实验就可以完成实验任务，这样不仅缓解了设备条件的不足，节省了实验资金的投入，而且学生也能进行实际操作能力的锻炼。
(二)减少实验教学的经费投入在现实的实验教学中，通常需要大量的经费购置设备，采用虚拟仿真实验教学方式可以大大缩减实验教学经费。例如：计算机网络的实验教学中，学生进行网线制作实验，经常会出现不正确的线序排列、水晶头与线接触不良等情况发生，从而导致实验的失败。重复实验，就会造成实验用品的大量浪费，加大购置实验用品，这样势必会增加实验经费的投入。倘若采用虚拟仿真实验代替真实的实验，接水晶头和网线发生错误时，重新来做实验，不存在材料浪费的情况，这样可以大大缩减实验经费的投入，将更多的经费投入到其他教学工作和科研工作中。
(三)改善学生进行实验的操作的复杂性，培养学生动手实验的兴趣计算机网络课程中虚拟仿真实验的开设，一方面可以方便学生进行反复的实验练习，不用因为害怕因误操作损坏设备，害怕实验结果出不来，而不敢动手去做。在计算机网络课程中开展虚拟仿真实验，不用担心学生自身及实验设备的安全问题，使得学生可以放心大胆地进行实验，在反复的实验操作中归纳总结出一些实验规律，从而提高了学生动脑和思考能力，大大激发了学生动手操作的兴趣。另一方面，通过仿真实验系统有助于学生熟悉实验过程，对实验室的实验环境，实验设备进行详细的了解。学生可以很直观地观察到演示性实验的操作方法、步骤，甚至可以看到错误操作的实验结果，提高实验效果。在计算机网络课程中开展虚拟仿真实验，可以解决实验设备昂贵，购买设备的困难，经费不足等问题；可以解决落后的硬件条件无法满足实验需求的状况。虚拟仿真实验不仅丰富了计算机网络的实验教学内容，而且拓宽学生学术视野，同时使得学生在虚拟仿真实验中大胆进行创新、研究，从而开发学生创造性思维。
二、应用实例———利用三层交换机实现VLAN间路由
这个实验在现实中需要为每位学生配置一台三层交换机，连接键盘和网线，进行三层交换机的配置，或者一台交换机，所有的学生轮着使用，这样不是增加设备购置的负担，就是延长了做实验的时间。假若将真实实验和虚拟仿真软件相结合，所有的学生共用一台三层交换机，每位学生都可以从自己的电脑上完成这个实验，实验实施过程如下。
(一)技术原理1.启用三层的路由功能。由于三层交换机不仅带有部分的路由功能，还兼具三层路由功能和二层交换功能，而三层交换机的默认端口是二层口，因此必须使用noswitchport命令在相应端口启用三层的路由功能。2.实现VLAN相互访问。具有路由功能的三层交换机，在一个区域单位内可以通过直连路由来实现不同VLAN之间的相互访问；对于非直连路由，通过获取数据包的IP地址，然后根据路由表选择端口进行转发。三层交换机为每个接口配置相应IP地址，VLAN间的互连是利用SVI(交换虚拟接口)的方式来实现的，SVI为交换机中的接口分配适当的IP地址，并创建虚拟接口。
(二)实验说明在同一个局域网中，在交换机划分VLAN的基础上，PC0、PC2和PC1、PC3分别属于同一个VLAN分组(PC0、PC1和PC2、PC3分别归属同一个交换机)，但同时还要实现两个分组之间可以相互访问；使用三层交换机代替原来的交换机，首先在三层交换机上分别设置各VLAN的接口IP地址。就像路由器上的接口一样，三层交换机将VLAN作为一种接口对待，再在各接入VLAN的计算机上设置与所属VLAN的网络地址一致的IP地址，然后把默认网关设置为该VLAN的接口地址。这样，所有的VLAN也可以互访了。
(三)实验过程1.在二层交换机上创建VLAN4、VLAN5，将端口4分配给VLAN4、端口5分配给VLAN5。2.将二层交换机与三层交换机相连的端口F0/2都定义为TagVLAN模式。3.在三层交换机上配置VLAN4、VLAN5，然后需要使用命令验证二层交换机VLAN4、VLAN5下的各PC间是不能相互通信的。4.设置三层交换机VLAN间的通信，创建VLAN4，VLAN5的虚拟接口，分别配置虚拟接口VLAN4、VLAN5各自的IP地址。5.使用命令查询三层交换机的路由表。6.将二层交换机VLAN4、VLAN5下的各个主机默认网关分别设置为相应虚拟接口的IP地址。7.使用命令来验证二层交换机VLAN4，VALN5下的各个主机之间是可以相互通信。
(四)实验设备Switch_29601台；Swithc_35601台；PC4台；直连线
(五)实验设备的配置PC0：IP地址：192.168.31.12子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.31.1PC1：IP地址：192.168.32.34子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.32.1PC2：IP地址：192.168.31.56子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.31.1PC3：IP地址：192.168.32.78子网掩码：255.255.255.0网关：192.168.32.1将PC0、PC2和PC1、PC3划分到不同网关，此时两个网关分组无法相互连通PC1PingPC3replyPC1PingPC2timeout
三、结束语
在计算机网络实验教学中，将虚拟仿真软件运用于实验，使学生通过虚拟仿真实验掌握计算机网络的相关知识，通过组网、建网、交换机配置等虚拟仿真实验训练学生的操作技能，同时还可以有效解决学校设备经费紧张问题。鉴于虚拟仿真实验的这些优点，使得虚拟仿真技术在实验实训中应用也越来越广，作用也越来越大。虚拟仿真技术在计算机实验中的应用能够尽量地逼近还原真实实验，可以提高人才培养质量，值得应用与推广。
参考文献：
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[5]吴庆祥,李盛兰.谈计算机虚拟技术在计算机教学中的应用[J].电脑迷,2017,(12).
作者：李云 单位：泰山学院数学与统计学院
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