摘要：虚拟实验室的出现打破了传统实验教学模式的局限性，为实验教学模式的突破性发展提供了契机，大大提高了实验教学的伸缩性和适应性。本文设计了虚拟实验教学中计算机网络的组网，对相关通信问题进行了深入探讨，希望能够对相关研究提供一些参考。

　　关键词：虚拟；网络；通信

　　Abstract: The emergence of virtual laboratory experiment to break the traditional teaching model the limitations of the experimental breakthrough in the development of the teaching model provide an opportunity to greatly improve the scalability and adaptability of experimental teaching. This virtual experiment is designed teaching computer networks, networking, communication of relevant issues in-depth discussions, hoping to provide some reference to the relevant research.

　　Keywords: Virtual; Network; Communication

　　前言

　　随着国家信息化步伐的加快和高等院校规模的扩大，培养具有实践能力的高层次专业人才已成为高等教育的主要目标。实验是人们将理论知识应用于实践的重要手段和途径，特别在工科教育中，实验能够使学生加深对所学知识的理解，提高将理论应用于实践的能力，是教学活动中必不可少的环节，对于培养学生的综合素质和实践技能至关重要。

　　然而，传统实验室作为一种资源高度密集的综合系统，在实验仪器和环境的更新和维护上，需要投入大量的人力、物力和财力，从而使它的发展受到很大限制。在教育领域，随着我国高等教育体制的深化改革与高校招生规模的不断扩大，学生人数急剧增加，实验室的设备和规模都很难满足实际需要，从而让很多工科院校的实验教学陷入困境，严重影响到学生和科研人员的学习和研究。虚拟实验能够有效解决高校中实际实验资源紧张带来的一系列问题，已成为高校实验建设的一种必然趋势。

　　由于虚拟实验室目前还没有大规模成功应用的实例，也未形成国际通用的标准，特别是国内出现的产品都或多或少地存在着通用性差、实验设计性和灵活性不强、仿真性不够好、交互性差的问题。因此，研究和开发通用性强、仿真性能好、能指导和启发实验者的虚拟实验系统具有相当的理论和实际价值。

　　一、虚拟计算机网络组网系统设计

　　计算机组网实验系统的总体目标是设计实现一个虚拟实验室环境和组网平台。力争使系统具有灵活性、通用性、交互性、和资源共享的特点，并通过营造逼真的实验环境和良好的交互功能，使实验完全达到真实实验室的效果。为此，系统应满足以下要求：

　　1.安装方便，成本低廉，不受时空限制，学生可以进行自由组网实验。

　　2.能够完成《计算机网络》课程的所涉及的大部分实验和测试工作。通过实验，学生应能更进一步巩固计算机网络课程的基础知识，加深对计算机网络体系和结构的了解。同时，深入了解华为交换路由设备的工作原理。

　　3.利用此系统，学生可以自定制计算机网络组网试验，提高学生的实验扩展能力。

　　4.能够保存、重现网络模拟场景以及实验的结果和数据，并提供一定的分析功能，保存的实验要具有良好的重用性，满足实验教学对经典实验演示次数多的特点。

　　5.能够利用系统通信平台，完成在线讨论，作业提交等功能，实现系统协作式组网实验，真正体会虚拟实验室环境。

　　6.操作界面友好。操作要求简单、容易掌握，能够满足大部分初学者的要求。

　　实验系统包含两大模块，即C/S架构的Client模块和Server模块。

　　1.客户端模块

　　此模块是整个实验系统的核心部分，主要负责搭建虚拟计算机网络组网实验环境，通过实验指导书完成组网实验教学，能够体验真实实验环境的组网效果，解析从服务器端发送来的数据并进行分析和总结。

　　2.服务器模块

　　此模块是本实验系统的管理模块，教师通过此通信平台可以实现对学生端的有效管理，包括实时监控学生的在线情况、下达实验指令和接收提交的作业并对其反馈。

　　二、虚拟计算机网络组网中通信协议分析

　　2.1TCP/IP通信协议

　　通信协议的选择对于通信平台的实现至关重要。通信协议是指通信双方的一种约定，包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，要实现网络间通信必需选择合适的通信协议。本组网实验系统是一个复杂的系统，相互交叉通信错综复杂，而TCP/IP协议为绝大多数所接纳、兼容，因此我们选择目前用得最多、最复杂TCP/IP协议作为本实验系统通信平台的首选机制。

　　TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），即传输控制协议/互联网络协议，是互联网中最基本的协议，我们通常称它为TCP/IP协议族。它是上世纪70年代中期美国国防部为其ARPANET广域网开发的网络体系结构和协议标准，以它为基础组建的INTERNET是目前国际上规模最大的计算机网络，正因为INTERNET的广泛使用，使得TCP/IP成了事实上的标准。

　　TCP/IP可使不同环境下不同节点之间进行彼此通信，是一种层次型协议，它包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP、TFTP等等，共同组成TCP/IP协议族。

　　TCP/IP通信协议具有很强的灵活性，支持任意规模的网络，几乎可连接所有的服务器和工作站，正因为其灵活性也带来了它的复杂性，它需要针对不同网络进行不同设置，且每个节点至少需要一个“IP地址”、一个“子网掩码”、一个“默认网关”和一个“主机名”。但是在局域网中微软为了简化TCP/护协议的设置，在NT中配置了一个动态主机配置协议 （DHCP），它可为客户端自动分配一个IP地址，避免了出错。

　　TCP/IP规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。Internet网络体系结构以TCP/IP协议为核心，通常被认为是一个四层协议系统：数据链路层、网络层、传输层和应用层。

　　2.2TCP与UDP协议比较与分析

　　TCP/IP是一个协议簇，它包含了两个传输层协议： TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

　　TCP协议工作在应用层和IP层之间，提供可靠的、面向连接的连续流协议；它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于传输层提供了高可靠性的端到端的通信，因此应用层可以忽略所有这些细节。

　　UDP协议直接工作于IP协议的顶层，它使用端口号来完成进程与进程之间的通信，提供不可靠、无连接和面向消息的传输服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据能到达另一端。任何不需的可靠性必须由应用层来提供。

　　三、结论

　　计算机网络组网实验系统具有功能全，占用资源小，通用性和灵活性好等特点，可以弥补很多高校暂无计算机组网实验室的不足，对于已有组网实验室的高校，系统也能够提供帮助，如与真实实验相互补，扩展实验功能、克服实验时间和空间的局限性等。

　　虚拟计算机组网实验平台及其通信平台组成的虚拟实验室能够弥补目前高校计算机网络实验教学的不足，具有广阔的发展前景。为了使本系统能够真正在计算机网络教学中发挥作用，并更具有通用性，将来在时间和条件允许的情况下，还应补充和扩展更多功能和内容。

　　参考文献

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