摘要：本文以計算機網(wǎng)絡技術(shù)職業(yè)教育為背景，闡述基于虛擬化技術(shù)仿真網(wǎng)絡模型庫的開發(fā)和應用。首先在分析虛擬化仿真模型庫開發(fā)的必要性和可行性的基礎上，通過崗位調(diào)研整理精選典型的網(wǎng)絡環(huán)境，并依據(jù)教學和認知規(guī)律將其泛化為網(wǎng)絡模型;然后采用虛擬化技術(shù)和物理設備相結(jié)合的方法分類實現(xiàn);最后將網(wǎng)絡模型作為教學資源庫的重要組成部分，在行動導向的教學活動中應用。網(wǎng)絡模型庫以其良好的相似性、互動性在教學中發(fā)揮強化方法能力和社會能力培養(yǎng)的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬化;仿真模型;計算機網(wǎng)絡;教學資源庫;行動導向

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0095-02

仿真模型利用高性能計算機系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)，具有高相似性、便于管理和低耗費的特點，是教學資源庫建設的重要內(nèi)容。本文以高職計算機網(wǎng)絡技術(shù)專業(yè)為例，進行基于虛擬化技術(shù)的仿真網(wǎng)絡模型庫的開發(fā)與應用。在計算機網(wǎng)絡技術(shù)專業(yè)課程體系建設中，采用工作過程系統(tǒng)化的方法對典型工作任務類聚重構(gòu)得到《網(wǎng)絡故障排除》、《網(wǎng)絡管理與維護》等學習領(lǐng)域來培養(yǎng)崗位能力[1]。而基于虛擬化技術(shù)的網(wǎng)絡模型庫在學習領(lǐng)域的教學中作為重要教學資源支持任務驅(qū)動、行動導向等教學方法的實施，為學生營造一個職業(yè)教育與工作世界和個體職業(yè)實踐活動之間直接而緊密聯(lián)系的教學環(huán)境[2]。

一、必要性和可行性分析

開發(fā)應用網(wǎng)絡模型庫是計算機網(wǎng)絡技術(shù)專業(yè)學生崗位能力培養(yǎng)的必要教學資源，成熟的虛擬化技術(shù)則提供了以較低的經(jīng)濟成本實現(xiàn)模型庫的方法。

1.培養(yǎng)崗位能力的需要

計算機網(wǎng)絡技術(shù)專業(yè)學生就業(yè)崗位的典型任務包括網(wǎng)絡建設、監(jiān)控、管理、維護等，其勝任力除了網(wǎng)絡專業(yè)知識和技能之外，還對溝通、學習、分析、決策及故障排除等能力有特殊要求[3]。在教學中培養(yǎng)上述關(guān)鍵能力，需要一個仿真的網(wǎng)絡環(huán)境，使學生能夠感性認識崗位工作的特點，角色扮演來完成學習任務。以網(wǎng)絡管理員崗位所處的典型網(wǎng)絡為原型建設的網(wǎng)絡模型庫就是仿真工作環(huán)境、實施典型工作任務的有效載體。

2.教學模式改革的需要

學生在就業(yè)崗位從事網(wǎng)絡故障排除的事件是隨機、突發(fā)而無任何引導和提示的。而傳統(tǒng)方式的教學方法往往以知識和技能為切入點，遵循按部就班、先入為主的策略，這就約束了學生思維空間，降低思維鍛煉強度。在指導優(yōu)先與建構(gòu)優(yōu)先相融合教育理念的指導下展開行動導向的校內(nèi)教學活動，讓學生按照就業(yè)崗位的標準工作流程完成學習任務，就必須給學生創(chuàng)造一個“真實的虛擬”在崗工作氛圍和任務。傳統(tǒng)書本、圖示和靜態(tài)模型等形式只能提供抽象或者平面視覺，不能滿足環(huán)境觀察、實際操作的真實性要求。虛擬化網(wǎng)絡模型因為其良好的相似性和互動性而成為網(wǎng)絡管理課程開展教學模式改革的必要資源。

3.信息化教學資源庫建設的需要

進行教學模式改革的同時，配套的教學資源也必須擺脫傳統(tǒng)形式、載體和結(jié)構(gòu)的局限，消除基于學科體系建立的資源孤島，在學習情境中融合典型工作任務的文檔、產(chǎn)品文獻資料、交互交流平臺和崗位環(huán)境等元素。利用虛擬化等現(xiàn)代信息技術(shù)建設仿真的模型庫以較低的經(jīng)濟成本實現(xiàn)仿真的崗位網(wǎng)絡環(huán)境，是實現(xiàn)形象、立體、開放的結(jié)構(gòu)化資源庫的必要組成部分[4]。

4.技術(shù)和經(jīng)濟上的可行性

模擬器和虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺PC上可以虛擬多臺路由、交換、安全或主機等網(wǎng)絡設備，并能夠彼此互連成比較復雜的網(wǎng)絡拓撲，這就可以用較低的經(jīng)濟成本實現(xiàn)各種網(wǎng)絡模型。而且，虛擬化技術(shù)實現(xiàn)的仿真網(wǎng)絡以獨立文件存儲，既便于復制又便于訪問和分發(fā)，輔之以物理設備還可以完成網(wǎng)絡性能管理等多種典型崗位任務的仿真。

三、模型庫開發(fā)過程

為滿足上述要求，開發(fā)基于虛擬化技術(shù)的仿真網(wǎng)絡模型庫按照“崗位調(diào)研、模型精選、分類實現(xiàn)、部署分發(fā)”步驟來實現(xiàn)。

1.崗位調(diào)研

以就業(yè)為導向的職業(yè)教育活動都應該以崗位能力分析為邏輯起點，以達到崗位能力要求為目標。崗位調(diào)研針對不同規(guī)模、不同類型和不同行業(yè)的企業(yè)進行調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容包括：企業(yè)網(wǎng)絡規(guī)模、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、組成技術(shù)以及對網(wǎng)絡管理員的能力要求等。

2.模型精選

為了突出模型的典型性，對崗位調(diào)研結(jié)果進行歸類匯總，化繁為簡，整理出具有代表性的網(wǎng)絡環(huán)境模型和能力需求，如表1所示：

3.分類實現(xiàn)

目前有多種手段和工具可以實現(xiàn)精選的網(wǎng)絡模型，這些工具又具有不同的特點，必須依據(jù)開放性和便于訪問分發(fā)的原則按照不同的優(yōu)先順序選擇。本文采用計算機網(wǎng)絡技術(shù)專業(yè)最常用的網(wǎng)絡模擬器GNS3，、Packet Tracer、ENSP和vmware workstation，再結(jié)合物理設備來分類實現(xiàn)網(wǎng)絡模型庫，如表2所示：

表1 學生就業(yè)崗位的網(wǎng)絡環(huán)境和能力要求

網(wǎng)絡類型 網(wǎng)絡特點 主要技術(shù)組成 能力要求

園區(qū)網(wǎng) 小型 結(jié)構(gòu)和功能簡單，管理人員少，沒有分工 布線系統(tǒng)、基本路由技術(shù)、基本交換技術(shù)、基本無線技術(shù)、桌面管理和安全等 專業(yè)能力要求較低，但必須全面;能夠進行簡單的故障分析和排除;有較好的溝通能力

中型 結(jié)構(gòu)比較簡單，功能較多，管理人員分工不明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、交換技術(shù)、無線技術(shù)、服務器（主機）系統(tǒng)、網(wǎng)絡安全技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等應用和桌面管理等 專業(yè)能力要求較高，并且比較全面;能夠進行故障分析和排除;有較好的溝通能力

大型 結(jié)構(gòu)復雜、功能繁多、網(wǎng)絡規(guī)模大、設備類型和數(shù)量多、對可靠性、安全性等有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、交換技術(shù)、無線技術(shù)、冗余技術(shù)、服務器（主機）系統(tǒng)、網(wǎng)絡安全技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等應用和桌面管理等 專業(yè)能力要求高，在網(wǎng)絡技術(shù)、安全技術(shù)、主機（操作系統(tǒng)）等至少一方面精通;能夠進行復雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團隊協(xié)作能力

廣域網(wǎng) 結(jié)構(gòu)復雜、功能單一、網(wǎng)絡規(guī)模大、設備類型較少但數(shù)量多、對可靠性有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、冗余技術(shù)、網(wǎng)絡安全技術(shù)等 專業(yè)能力要求高，在路由技術(shù)和VPN等方面特別精通;能夠進行復雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團隊協(xié)作能力

數(shù)據(jù)中心 結(jié)構(gòu)復雜、功能繁多、網(wǎng)絡規(guī)模不大但涉及存儲網(wǎng)絡等特殊類型、設備類型和數(shù)量多、對可靠性、安全性等有特殊要求，管理人員分工明確 布線系統(tǒng)、路由技術(shù)、交換技術(shù)、冗余技術(shù)、服務器（主機）系統(tǒng)、安全技術(shù)、存儲技術(shù)、虛擬化技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等 專業(yè)能力要求高，在網(wǎng)絡技術(shù)、安全技術(shù)、主機（操作系統(tǒng)）、虛擬化技術(shù)或者數(shù)據(jù)庫等至少一方面精通;能夠進行特別復雜故障分析和排除;有較好的溝通能力和團隊協(xié)作能力

表2 實現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡模型的方式一覽表

實現(xiàn)工具 功能 特點 實現(xiàn)模型種類

GNS3 網(wǎng)絡模擬器，采用虛擬化方法運行真實IOS，模擬CISCO路由器、交換機、防火墻等 運行真實IOS;功能完備;可與主機、Vmware workstation的虛擬網(wǎng)絡相互連接;占用系統(tǒng)資源較多 使用CISCO產(chǎn)品的廣域網(wǎng);路由高級功能、冗余;帶有防火墻/IDS;模擬連接vmware workstation的服務器等;但設備數(shù)量不能太多

Packet Tracer 模擬CISCO路由器、交換機、防火墻和簡單主機等 模擬CISCO網(wǎng)絡設備和主機;占用資源較少，可以模擬大規(guī)模網(wǎng)絡 含有路由、交換、主機基本功能的大型廣域網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)等全景模型，但不支持冗余等高級功能

ENSP 模擬華為路由器、交換機和簡單主機等 模擬華為網(wǎng)絡設備;占用資源較多;可以與主機、Vmware workstation或者GNS3互連;占用系統(tǒng)資源較多 使用華為產(chǎn)品的廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)等;模擬連接vmware workstation的服務器等;但設備數(shù)量不能太多

Vmware workstation 桌面虛擬環(huán)境，可以獨立運行Windows、Linux等操作系統(tǒng)，實體機器上模擬完整的網(wǎng)絡環(huán)境 運行真實操作系統(tǒng);功能完備;占用資源大;可與主機、GNS3、ENSP等虛擬網(wǎng)絡相互連接;占用系統(tǒng)資源較多 與GNS等連接使用，模擬數(shù)據(jù)中心主機系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)上運行數(shù)據(jù)庫、Apache等多種應用軟件;多個vmware虛擬機可以構(gòu)建HA等冗余模型

物理設備 主機、交換機、路由器、防火墻等設備 真實設備;功能完整;但成本較高且數(shù)量有限 局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等局部場景的模型;需要性能測試的模型;與主機、vmware虛擬機連接使用可以構(gòu)建較復雜的數(shù)據(jù)中心模型

表2所示，盡管Packet Tracer模擬的路由、交換的基本功能，但其消耗主機CPU和內(nèi)存資源較少，可以在PC上模擬更多的路由器和交換機，所以本文采用Packet Tracer實現(xiàn)只有簡單路由和交換功能的大型園區(qū)網(wǎng)或廣域網(wǎng)的全景模型。針對功能復雜、設備類型較多、設計主機和應用系統(tǒng)的網(wǎng)絡模型則需要主機、vmware workstation、網(wǎng)絡模擬器和物理設備等多個工具相連接來完成，如圖1所示：

三、模型庫的應用

在教學中采用行動導向的方法完成了某個項目，就意味著建立一種新的知識模型。本文中這個知識模型就是在應用網(wǎng)絡模型庫的教學中建立起來的專業(yè)能力和知識體系。

1.在行動導向教學中的應用

如前所述，故障分析與排除能力是學生完成就業(yè)崗位運行維護工作至關(guān)重要的能力，采用行動導向教學模式可以提高這種隱性能力的培養(yǎng)效率。仿真網(wǎng)絡模型的應用按照“咨詢、計劃、決策、實施、檢查和評估”的任務關(guān)鍵流程來實施[6]，貫穿于崗位任務實施的完整行動思維過程。

在“資訊”環(huán)節(jié)中教師為學生描述工作場景，提供網(wǎng)絡案例，學生收集信息，認識案例所代表的網(wǎng)絡任務;在“計劃和決策”環(huán)節(jié)中學生分析網(wǎng)絡案例中的問題，制定解決方案;在“實施”環(huán)節(jié)中則要求學生直接在虛擬化的案例上進行操作;在“檢查和評估”環(huán)節(jié)中驗證、展示完成任務的網(wǎng)絡案例。“六步”教學過程中均要求學生以在崗“網(wǎng)絡工程師”或者“網(wǎng)絡管理員”角色完成任務，教師則扮演“網(wǎng)絡用戶”或“企業(yè)管理者”角色進行配合、輔助、指導或評價，強化學生對就業(yè)崗位認知和職業(yè)能力培養(yǎng)。

2.調(diào)整完善

教學實踐是檢驗仿真網(wǎng)絡模型在職業(yè)教育教學中是否實用性的主要途徑。所以在面向計算機網(wǎng)絡相關(guān)崗位開發(fā)的課程體系中應積極使用仿真網(wǎng)絡模型，模型在設計實現(xiàn)等方面存在的問題能夠被及時發(fā)現(xiàn)并解決。這些問題主要集中在網(wǎng)絡模型性能表現(xiàn)和故障難度等方面，分發(fā)涉及多種技術(shù)和工具實現(xiàn)的網(wǎng)絡模型會耗費的時間較長，需要優(yōu)化分發(fā)策略，使學生分組提前做好準備，課前在校園網(wǎng)下載相應案例。在教學中高效應用仿真模型還要考慮學生的認知規(guī)律，要注意技術(shù)應用、故障設置的繁簡和難易梯度。比如，有些網(wǎng)絡案例設置的復雜的故障，學生理解分析存在一定難度，就應該拆分模型中復雜的故障使之難度降低。經(jīng)過調(diào)整完善及補充開發(fā)新網(wǎng)絡模型及時更新可以保網(wǎng)絡模型與就業(yè)崗位任務的同步，促進虛擬化仿真網(wǎng)絡模型的發(fā)展。

四、結(jié)論與展望

采用虛擬化技術(shù)與物理設備相結(jié)合的方式開發(fā)網(wǎng)絡模型庫以崗位調(diào)研為基礎，為學生建立全景式的仿真網(wǎng)絡環(huán)境，結(jié)合行動導向教學改變先入為主的傳統(tǒng)教學模式，突出方法和社會能力的培養(yǎng)，強化了教學活動的針對性和職業(yè)性，在計算機網(wǎng)絡專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮資源支撐作用。然而，計算機網(wǎng)絡模型庫只是整個信息化教學資源庫的一個重要組成部分，應該以之為基礎在企業(yè)產(chǎn)品信息、項目標準、多媒體素材和績效制度等方面進一步完善豐富教學資源庫。

參考文獻：

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（責任編輯：劉翠枝）