浅谈模拟仿真技术在计算机网络教学中的应用
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作者:罗昌锷
[摘 要] 计算机网络属于交叉学科，它所涉猎的学科种类多、知识内容广，但整体知识点表现相对抽象，所以在理论课程教学与实验课程教学中也存在较大的实施难度。在当前新技术的应用与影响下，计算机网络教学需要进行改革优化，专门引入模拟仿真技术并探讨其在职业院校计算机网络教学中的理论与实践应用过程，结合案例展开科学分析。
[关 键 词] 计算机网络;模拟仿真技术;应用;现实意义;NS2仿真技术
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）17-0104-02
职业院校计算机网络课程教学同时兼顾较强的理论性与实践性，且教学内容应用范围相当之广，为了有效激发学生学习兴趣，提高学生课程学习效率，可在教学中采用仿真教学法，结合职业院校计算机网络课程已有教学资源构建，优化仿真教学环境，满足计算机网络教学应用中的所有现实需要。
一、关于模拟仿真技术
（一）基本内涵
在国外，模拟仿真技术已经拥有10余年的研究应用历史，它目前主要被应用于网络协议与网络设备开发、应用过程中。而现如今，模拟仿真技术也被广泛应用于教育研究领域，例如像围绕模拟仿真技术所提出的控制理论、系统理论以及相似原理信息技术理论等都具有一定先进性，他们强调围绕计算机网络展开仿真设备与工具设计、应用，围绕研究者、学习者的实际设想展开动态化实验过程，处处体现模拟仿真技术应用的优越性。一般情况下，模拟仿真技术可被划分为两种：建立模拟仿真模型以及实施模拟仿真实验。
（二）模拟仿真技术在计算机网络教学中的作用
模拟仿真技术目前已经被应用于某些职业院校的计算机网络课程中，它可丰富课堂教学内容，提高学生学习兴趣，特别是能够帮助学生解决一些难度相对较大的教学问题。所以职业院校专业教师一般都会尝试利用模拟仿真技术设置课堂教学内容，有效推进教学进程，提高教学质量。
具体到教学内容方面，模拟仿真技术主要通过虚拟化技术将模拟软件完整建立于计算机网络系统设备与所有链接模式之上，且它具有相对独立、特色鲜明的逻辑性内涵，可在模拟仿真技术运行过程中获得大量物理数据内容。就目前职业院校中已有的计算机网络教学模拟仿真技术应用方式中，它已经包含了上文所提到的网络技术模型与网络模拟仿真技术实验。
二、模拟仿真技术应用于计算机网络教学的现实意义
（一）计算机网络教学的现存问题
严格来讲，当前职业院校的计算机网络课程教学是存在诸多问题的，由于学科本身具有极强的交叉性，所蕴含知识内容相当丰富（包括计算机科学、电子技术、通信技术、人工智能、密码学等），所以它所呈现出的教学知识点是相对抽象且涉猎范围较广的，教师较难在有效时间内将大量知识内容清晰地呈现给学生，更没有时间结合理论实际展开教学。因此在如此条件下所展开的计算机网络教学往往内容空洞且教学过程枯燥乏味，导致学生学习被动，甚至容易产生逆反心理。
教师无法实现理论与实践教学的相互协调，无法帮助学生提高学科的思考及创新能力，这就导致学生对理论学习内容与实验实践内容的学习理解不够深刻，对知识点的记忆也不够清晰。例如在计算机网络教学中，对某一个网络协议的产生背景或状态流程具体实现过程理解不透彻，存在过耳就忘的问题。同时在进行网络协议的相关实验过程中，有些学生也会因为理论与实践能力结合不强而无所适从，这源于他们对某些知识点的理解模糊，极度缺乏创新意识，无法在学习过程中有效提高自身的创新能力。
（二）计算机网络教学引入模拟仿真技术应用的现实意义
职业院校由于实验设备及其他软硬件设施相对欠缺，所以目前就引入了模拟仿真技术，它可有效模拟创造计算机网络课程的实训平台及场地环境，也可实现对职业院校已有教育教学资源的有效整合，降低校內教学设备资源的闲置率。在引领学生学习方面，模拟仿真技术也发挥了巨大的应用作用，以下简单谈两点。
1.设计模拟仿真教学模型
目前的计算机网络教学在理论与实际操作结合方面表现相对薄弱，所以教师需要结合教学实际，为学生设计构建模拟仿真教学模型，并在模型教学中融入全新的认知观点与创新思想，从理论整体上帮助学生把握课程中的各个知识要点内容，深度培养学生的创造意识与创新能力。以模拟仿真教学模型作为基本平台，将计算机网络课程教学的知识点全面整合起来，为学生设定学习主线与辅线。在实际教学中主要沿着“主线”展开理论教学，规整计算机网络教学中的零散知识内容，而在“辅线”中展开实验实践教学，在实践中帮助学生厘清学习思路，同时处处体现模拟仿真教学模型的教学功能优越性。
2.合理应用模拟仿真技术
模拟仿真模型的构建可凸显对模拟仿真技术的立体化应用，它强调对学生动手实践操作能力的培养。在计算机网络课程教学中，教师会灵活运用各种模拟仿真技术，将教学过程置于相对真实的习题练习环境中，不断提高学生的动手实践能力，积累操作经验，最终培养职业院校的计算机网络技能型人才。在模拟仿真技术应用中是存在诸多抽象知识内容的，它就通过这些抽象知识引导学生学习计算机网络中的某些真实技能，突破原有传统教学限制，例如可帮助学生真正了解某些计算机网络设备的内部构造与深度操作技巧，模拟仿真操作环境，深入了解计算机网络内部，而这些教学技术内容恰好是传统教学模式所不具备的[1]。 三、计算机网络教学中的模拟仿真技术应用
计算机网络教学中引入模拟仿真技术可实现诸多类型的教学应用，丰富整个教学过程，对激发学生学习兴趣、引导学生正确学习专业知识都有一定帮助。下文简单介绍了几点计算机网络教学中模拟仿真技术的具体应用。
（一）网络体系结构课程教学中的应用
模拟仿真技术的应用就是帮助学生直观地感受计算机网络知识内容，并对网络结构与相关协议拥有相对深刻的理解，对学生提高动手操作能力，强化创新意识也有一定帮助。在计算机网络课程网络体系结构一课教学中，教师就专门利用模拟仿真技术为学生建立一个节点模型，并在进程模型中添加协议状态及计算机网络，同时为协议状态添加实现代码等。这一教学设计可帮助学生从全盘整体到局部细节深度理解、把握专业知识内容，即分层次理解网络体系结构相关知识点，并且掌握协议内部的相关细节内涵。在教学过程中，教师会沿着某一个主体知识线展开讲解，并适时利用模拟仿真技术对分支知识内容进行模拟操作，帮助学生把握并讲解知识细节内容，这样能够实现课堂教学中对知识的有效规整。
（二）计算机网络设备配置教学中的应用
在计算机网络课程教学中就有“计算机网络设备配置”这一关键教学内容，该部分教学内容的实践性是全课程体系中最强的，也是最能激发学生学习兴趣的一部分，因为较为直观的实物实践实验教学能够直接将学生代入教学情境中，对促进学生的专业动手实践能力也有巨大帮助。但实物实践教学是存在较大缺点的，它的实验教学成本耗费较高，且无法保证每一名学生拥有均等的动手操作机会，因此在教学中教师需要为学生设计某些模拟仿真技术内容及软硬件，在确保不消耗任何实物材料的情况下还能让每一名学生都参与到教学实践与实验活动当中，同时它也能为学生减少大量的操作麻烦。就目前来看，可应用于职业院校计算机网络课程中的网络设备模拟软件选择较多，例如由思科网络技术学院中的师生所共同开发的Packet Tracer，该软件就能直接制作成计算机网络设备模拟仿真模型，它在设置步骤与功能应用实现方面与真实设备毫无二致，可为学生创设良好的模拟仿真学习练习环境，简化实验教学过程，提高教学效率[2]。
（三）计算机网络协议分析教学中的应用
在计算机网络协议分析教学中也会大量应用模拟仿真技术内容，它对提高学生的动手能力与工程实践能力都有较大帮助。就传统的计算机网络课程而言，它会教授学生相对简单基础的网络配置技术内容，帮助学生理解网络内部的基本运行机制，所以在教学过程中会运用到大量的协议分析工具作为技术支持。不过目前可应用的协议分析工具类型非常之多，例如比较常见的就有Ethereal、Sniffer等。它们主要在局域网络环境中抓取数据包，结合软件内部分析机制对数据包进行分类解析处理，最后将数据包每一层的数据都罗列出来，形成一套可见的协议栈内容。教师要结合这些内容引导学生对数据流实施统计分析，最终将整个协议的交互过程整理并呈现出来，实现针对协议的模拟仿真。不过严格来讲由于协议的实现过程相当复杂，需要考量的实际情况较多，所以如果让学生自己尝试编程可能存在较大难度。此时教师就应该再次利用模拟仿真软件，例如像NS2软件中就封装了大量的标准网络协议内容，它可为计算机网络协议搭建大量的模拟仿真节点模型与网络模型。例如在所仿真模拟构建的节点模型中就可构建完整的节点协议栈，在协议栈的每一层次上都建立状态机模型，保证协议中的每个状态模型都能被完整呈现出来，加深学生对网络协议的认识与理解。
举个例子，教师可利用NS2模拟仿真软件演示计算机网络中的绝大部分数据协议。以TCP和UDP数据流传输为例，教师首先在NS2模拟仿真软件中建设4个节点，其中设置节点2为中间节點，其他节点为端节点。同时在节点0与节点3二者之间再设立TCP连接，保证二者能够实现相互的FTP数据流传输。另外还要在节点0和节点2之间设置2M以上带宽，保证时延为10ms，数据发包速度为1Mbps，构建完整的计算机网络协议栈模拟仿真环境。
最后通过NS2软件模拟仿真可得到两种结果数据，将两种结果数据输出到tr文件与nam软件中，其中前者用于观察数据传输的整个过程，而后者则为协议栈提供工具显示动态效果[3]。
结合计算机网络课程教学特点，教师应该将模拟仿真技术合理应用于教学节点中，合理构建模拟仿真技术模型，有效应用模拟仿真技术内容，保证学生能够对所学习网络知识拥有一个清晰且直观的认识，实现对网络结构协议的深刻理解，有效吸收消化知识内容，提高学习实践能力。
参考文献：
[1]赵冉，朱西方.仿真技术在高职计算机网络教学中的应用探讨[J].河南科技，2014（1）：282.
[2]李磊.浅谈模拟仿真技术在高职计算机网络教学中的应用[J].现代信息科技，2019，3（1）：137-138.
[3]董付国，原达.NS2仿真技术在计算机网络实验教学中的应用与研究[J].计算机教育，2005（10）：51-53.
编辑 张 慧
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