虚拟网络实验平台设计研究

摘 要：目前，很多高校都开设了计算机网络专业，该专业的教学需要配合实验教学，然而对于计算机网络实验设备的巨额费用大多数高校是无法承担的，同时实验设备无法为每一个同学提供实验操作机会。为了提高网络实验平台的效率，开发人员了利用网络设计虚拟化的实验平台，使实验资源能够共享，因此，本文从虚拟网络实验平台的开发工具的判断入手，全方位解析虚拟网络实验平台的设计路径，有针对性的提出虚拟实验平台的构建的目标选项，对虚拟网络实验平台的设计研究具有一定指导意义和借鉴价值。

关键词：虚拟；网络；实验；平台；设计

中图分类号：TP393-4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 10-0000-01

随着计算机网络技术与通信技术的应用越来越广泛，各高校的计算机专业、自动化专业和通信专业都开设了有关计算机网络原理与设计的课程。但这门课程的理论知识较复杂，学生学习起来有一定的难度，只有通过实验的方法才能让学生对这些复杂的知识有了解的更直观，因此，实验教学对于计算机网络教学具有非常重要的作用。然而实验教学不仅成本高、实验结果无法保存，而且网络实验只能在教室中进行，实验场地具有一定的局限性。虚拟网络实验平台在计算机远程控制和计算机理论的基础上，利用网络实现了实验教学，既节省了成本，又提高了教学效率。

一、虚拟网络实验平台的开发工具判断

（一）仿真器的选择

仿真器的种类主要有JavaSim、OPNET、NS2、ClomoSim、SSFNet等，应用最广泛的是NS2和OPNET。[1]OPNET能够模拟任何有线网络，功能十分强大，既能够对大量的网络协议进行重组和整合，又能够支持设计人员对算法重新设计，但是操作过程较复杂，且价格昂贵。NS2能够在Windows或Linus的系统上运行，是一种离散事件仿真模拟器，对各个层次的网络运行情况的模拟都接近真实，且易配置、易扩展、可编程，同时NS2是免费的，因此在实际应用中较广泛。

（二）NS2脚本生成器

脚本生成器可以使用户集中精力研究网络性能，摆脱了代码编写的枯燥性。目前，基于NS2的脚本生成器主要有两种，即NSBench和NSG2。[2]这两种脚本生成器都是由Java开发，其可视化操作和跨平台性能较好。但NSBench只能构建有线网络，而NSG2既能够构建有线网络，又能够很好的构建无线网络。此外，NSG2脚本生成器的代码格式十分规范，在使用单位过程中无需修改。因此，在虚拟网络实验平台中应选择NSG2脚本生成器。

二、虚拟网络实验平台的设计解析

（一）设计目标的选择

结合计算机网络课程的教学目标，确定虚拟网络实验平台应满足以下要求：第一，跨平台性和稳定性能够满足操作系统的正常运行。第二，能够生动的演示实验过程，以提高实验教学的教学效率。第三，在虚拟网络实验平台中，学生只需要在网络平台上进行实验操作，不需要了解NS2。

（二）设计方案的解读

虚拟网络实验系统必须具有较好的跨平台性，可选用Java进行开发。系统的构成主要有两部分，即服务器端和客户端。客户端和服务器端的远程通信和参数传递可通过RMI远程调用机制实现，RMI是SUM为Java应用程序专门开发的一种远程调用机制，使用Java语言接口定义远程对象，使Java的分布式应用程序的开发更便捷。[3]RMI主要分为三个层次的系统：远程引用层、框架、传输层。系统的客户端操作界面利用NSG2模拟实验组件和设备，NSG2作为虚拟网络实验平台的建模工具，不仅能够展示图形化的操作界面，还能促进TCL脚本的自动生成，将自动生成的TCL脚本传递到服务器端，再由服务器端的NS2仿真器生成相应的结果传回客户端，以便对网络实验结果进行分析。系统的服务器端负责用户请求的相应工作，通过NS2仿真器传递的TCL脚本，在模拟实验结束后将nam文档以动画的形式的进行演示，以便用户更好的掌握网络的模拟运行状况。通过对trace文档进行统计分析，包括即时吞吐量、平均吞吐量、控制开销、端到时延、数据分组成功传送率等，为用户的网络性能分析提供依据。

三、虚拟实验平台的构建目标选项

（一）细节护额真实感的设计

构建虚拟网络实验平台是为了加强学生的实验技能，因此最重要的就是实验平台的真实性。虚拟网络实验平台在展示实验过程时，必须能够展示实验所有的细节，让学生能够有身临其境的感觉。实验平台开发工具和表现方式的依据就是营造3D的空间，此外，虚拟网络实验作为计算机网络技术的实验教学基础，应选用Flash和图片作为主要的表现方式和开发对象，以便在保证教学质量的同时降低成本。

（二）虚拟网络实验平台的互动性结构

在进行虚拟网络实验教学的过程中，演示和浏览只是教学的初级阶段，在教学的过程中应注重互动性。互动性应渗透到演示教学、综合测验、互动实验教学中的各个阶段。互动性实验能够应建立在能够体现真实教学的各个步骤的基础上，在教学过程中反复进行实践，以达到实验教学的教学目标。同时，互动性教学能够起到寓教于乐的效果，大大加强了实验教学的趣味性和娱乐性。为使虚拟网络实验平台的互动能够实现高度智能化，需要全面收集实验相关知识和专家操作技能，利用收集到的知识构建智能库，通过智能库指导进行实验。对于一些看不清的器件和难以理解的理论概念，可以通过虚拟现实的动画方式进行展示，如逆向互动的操作动作，能够让学生在整个虚拟实验平台中时时感受到智能交互。

四、结束语：

综上所述，随着虚拟实验越来越多的应用于计算机网络教学中，通过精心设计的软件可以让学生对所学的知识进行巩固和扩展。虚拟网络实验平台的应用，有助于学生自主进行学习，有效提高了学生的实验技能和教学效率，对教学模式的改革具有推动发展的重要意义。然而，虚拟网络实验平台的应用也存在一些问题和需要改进的地方，需要教师在实际教学中不断进行探索和分析不断进行创新和完善。

参考文献：

[1]黄会.基于LabVIEW的过程控制虚拟实验系统的研究与设计[D].天津理工大学，2012.

[2]李凌云.基于三层体系结构的网络虚拟实验系统的设计与开发[D].浙江师范大学，2012.

[3]胡青海.基于CCPN的面向对象虚拟实验仿真模型研究[D].华中科技大学，2012.

[作者简介]付建民，男，河南开封人，河南大学医学院，实验员，研究方向：计算机网络。