基于虚拟仿真平台的计算机网络课程实践教学

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1、基于虚拟仿真平台的计算机网络课程实践教学翟宏宇，赵建平，底晓强，张宇新（长春理工大学计算机科学技术学院，吉林长春130022）摘要：针对目前网络信息安全与攻防技术实践教学面临的问题，提出将虚拟仿真平台融入计算机网络基础课程实践教学改革中，介绍信息安全与网络攻防虚拟仿真实验教学平台功能，展示教学效果。.jyqkail protected]．。0引言随着电子商务、电子政务和电子金融的普及，特别是云计算、大数据时代的到来，高等学校非计算机专业计算机网络人才的培养定位发生了巨大的变化。非计算机专业的计算

2、机网络课程已被教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会列为计算机基础课程体系的6门核心课程之一㈣。通过学习该课程，学生在理解计算机网络基本知识和基本组成的基础上，应掌握基本的网络管理和计算机网络信息安全的主要相关技术，能够利用互联网进行信息获取、信息发布等。1计算机网络基础课程实践教学现状分析计算机网络基础课程的突出特点是实践性和应用性，因此在教学过程中建立层次化的实验教学体系，增加学生的工程实践机会，让学生学习如何将理论知识应用于实际工作中，在实践中反思、深化对理论知识的认知，对于高等学校的人才培养是

3、非常必要的。传统的计算机网络实验课程往往依附于理论课程的设置，多数实验内容是对理论课程的验证与演示，对帮助学生深化理论知识的认识具有一定的作用，但不利于学生形成计算机网络的整体认识，不利于学生利用所学知识综合分析和解决实际工作中所面临的网络问题。就网络信息安全教学部分而言，信息安全知识更新速度快、技能水平发展迅速，各类安全问题变化多端。网络信息安全与攻防技术的实验本身具有一定风险，如实验教学中涉及形形色色的病毒、为教学而设置网络安全漏洞等。如果在真实的网络中开展网络攻击、病毒注入等实验，将酿成灾难性后果。

4、实验室病毒流向公共网络在计算机发展史上不乏其例，世界上第一例病毒就是从实验室流到公共网络的。正是由于网络信息安全与攻防技术本身所具有的特殊性和破坏性，使得该类教学的实验难以在真实的网络环境中完成，沦为“纸上谈兵”，因此，在实践教学中引入虚拟仿真实验技术是十分必要的。为此必须构建信息安全与网络攻防虚拟仿真实验教学平台。2信息安全与网络攻防虚拟仿真实验教学平台信息安全与网络攻防虚拟仿真实验教学平台是一个集虚拟仿真实验资源建设、展示、管理、共享、交流、服务于一体的网络教学管理环境。平台提供自助式虚拟实验项目建设

5、体系，利用虚拟现实技术辅助学生对虚拟仿真实验项目内容的认知和理解。学生可以在线学习虚拟仿真实验相关知识，预约虚拟实验设备和场地，通过网络共享平台的软硬件资源，完成计算机网络实践教学多项实验项目，包括网络信息安全与攻防技术这类特殊的实验项目（见图1）。学生可以利用虚拟仿真平台搭建复杂的企业内部网络结构，可以手动配置、连接和使用虚拟实验仪器设备进行实验，在完成实验后，教师对实验结果可以进行教学考核、评价和反馈。虚拟仿真平台由远程接入模块、虚拟攻击机云模块、虚拟靶机云模块、扩展设备配置模块、监控中心模块、管理中

6、心模块、实验配置模块和教学运行管理模块8个部分组成。局域网用户或互联网用户是指通过局域网或者互联网连接到平台，并使用该平台进行各种虚拟实验的学生；管理员是指维护和管理该平台的教师。平台在功能上集成实验教学管理信息系统，可以对实验设备、消耗材料、实验项目、实验报告、成绩等进行管理，支持实验预约、课表编排、师生互动等教学过程。3虚拟仿真平台的应用及教学效果3.1病毒模拟攻防实验针对计算机病毒及计算机网络病毒的特点和传播特性，基于配套的软硬件资源搭建虚拟的网络实验环境，让学生在近似真实的网络环境中学习病毒攻防技

7、术。实验系统提供近100余种典型病毒的源代码程序，实现各种病毒工作原理及感染方式的可视化；提供蠕虫病毒仿真实验环境、各种病毒的入侵与防御实验环境。在蠕虫仿真实验中，教师组织学生2人成立一个攻防小组，分别操作主机A、B。主机A在实验平台下执行蠕虫模拟程序virusmain.exe；主机B执行漏洞程序testvirusbody.exe，并启动协议分析器，捕获ARp数据包，查看ARP协议相关数据，等待被蠕虫病毒探测，直到被感染。通过验证病毒感染过程，学生更真切地了解计算机病毒所涉及的基本编制理论和感染机制。同时

8、实验还包含验证杀毒工具效果和修改杀毒工具病毒验证条件重新尝试杀毒的实验内容，使学生能进一步熟悉和掌握计算机病毒的分析方法、预防方法及对抗手段，有针对性地补充各类编程语言和网络编程技术，有效地加强对病毒攻防知识的综合运用能力。3.2网络拓扑结构设计实验我们利用PacketTracer网络仿真软件构建虚拟网络结构搭建系统，并应用于虚拟化网络拓扑结构设计实验中。PacketTracer提供了各种可视化的仿真设备模型，学生通过平台可以