ｌＳＳＮ １００９－３０４４ Ｅ—ｍａｉｌ：ｉｎｆｏ＠ＣＣＣＣ．ｎｅｔ．ｃａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术 Ｖｏ１．６，Ｎｏ．２５，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１０，ＰＰ．６９７９—６９８０ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃｎ Ｔｅｌ：＋８６—５５ １—５６９０９６３ ５６９０９６４ 虚拟网络实验平台设计 熊钰岚．刘希民 （成都理工大学工程技术学院，四川乐山６１４００７） 摘要：该文以提高计算机网络课程教学水平为目标，系统地阐述了基于ＮＳ２网络仿真器的虚拟网络实验平台的设计思想，提出并实 现了搭建易维护、易使用、稳定性好的计算机网络课程教学实验平台的一整套方案。 关键词：虚拟网络实验；ＮＳ２；ＮＳＧ２；ＲＭＩ 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—３０４４（２０１０）２５—６９７９－０２ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ＸＩＯＮＧ Ｙｕ－ｌａｎ，ＬＩＵ Ｘｉ－ｍｉｎ （Ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＣｏＵｅｇｅ Ｏｆ Ｃｈｅｎｇｄｕ ＵｎｉｖｅｒｓｉＷ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｅｓｈａｎ ６１４００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ｒａｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｕｒｓｅ ａｓ ｔａｒｇｅｔ．Ｉｔ ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｄｅａｓ ｆｏｒ ｖｉｒｔｕａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＮＳ２，ｇｉｖｅｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｅｓｔａｂｈｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｕｍｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗｉｔｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｅａｓｉｌｙ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｅａｓｉｌｙ ｕｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｎｕａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ；ＮＳ２：ＮＳＧ２：Ｒ．ＭＩ 随着计算机网络技术的不断发展，网络技术与通信技术日益广泛化，计算机网络原理与设计方面的课程已经成为计算机专业、 通信、自动化等专业的必修课程。但这些课程涉及到大量抽象且不易理解的理论知识，往往初学者会感到掌握起来很困难，只有通 过实验才能让学生对这些理论知识有直观的了解，所以实验教学显得尤其重要。目前在计算机网络实验室的组建过程中，主要存在 以下几点问题：①高额的实验成本。路由器、网关等必要的实验设备通常比较昂贵，一般学校配备的设备数量都无法完全满足学生 的实验要求，同时也存在设备维护等问题；②实验场景无法再现，通常学生都会在做完实验后将实验结果保存以供分析，但是网络 实验的实验结果却无法保存，而且所做实验的实验场景也不可能再现；③实验场地受限，学生只能在实验室里完成网络实验，在课 余时间学习存在困难，不可能让学生有更多的机会在不同的环境下学习知识。 基于这种现状，虚拟实验技术越来越成为受关注的热点。虚拟实验平台被看作是一个无墙的中心，基于计算机理论和远程控制 技术，在网络环境下协同工作，实现虚拟实验与设计以及实现充分的资源共享。在计算机网络原理课程教学方面．通过虚拟实验平 台模拟一些实验场景，在学生缺乏实验条件的情况下，能够通过网络观察实验现象，提高实验课的教学效果。 本文针对计算机网络课程的实验教学，提出了一个基于ＮＳ２搭建的虚拟实验平台的设计方案。 １开发工具选择 １．１仿真器 目前使用最多的网络仿真器有ＧｌｏｍｏＳｉｍ、ＪａｖａＳｉｍ、ＳＳＦＮｅｔ、ＯＰＮＥＴ和ＮＳ２等，其中ＯＰＮＥＴ与ＮＳ２的使用最为广泛。ＯＰＮＥＴ是 一个十分强大的网络仿真器，它能够仿真所有有线网络，不仅整合和重组了大量的网络协议，还支持协议设计人员重新设计算法， 但是ＯＰＮＥＴ价格昂贵，操作也相对比较复杂。ＮＳ２是一种离散事件网络模拟器，能运行在Ｌｉｎｕｘ或ＷｉｎｄｏＷＳ操作系统上．能够近乎 真实地在各个层次上模拟网络运行情况，而且它是一种可扩展、易配置、可编程的事件驱动的网络仿真软件。另外ＮＳ２是一种全免 费的模拟测试工具，在获取渠道、可扩展性和模拟演示等方面都较符合我们的需要。 综合以上情况，我们选取ＮＳ２作为平台的网络模拟工具。 １．２ ＮＳ２脚本生成器 使用脚本生成器可以使用户从枯燥的代码编写工作当中解脱出来，集中精力研究网络性能。目前基于ＮＳ２的脚本生成器有 ＮＳＧ２和ＮＳＢｅｎｃｈ两种，均由ＪＡＶＡ开发，跨平台性和可视化操作性都比较好。这两种工具中，ＮＳＢｅｎｃｈ只能对有线网络进行构建． 而ＮＳＧ２既支持有线网络也支持无线网络。另外ＮＳＧ２自动生成的脚本代码格式规范，无需进行修改便可以运行了。所以在该平台 的设计中，我们选择ＮＳＧ２作为ＮＳ２的脚本生成器。 ２虚拟网络实验平台设计方案 ２．１设计目标 收稿Ｅｌ期：２０１０－０７－２８ 基金项目：成都理工大学工程技术学院院科研发展基金项目（Ｃ１２２００８０２４） 作者简介：熊钰岚（１９７９一），女，江西新建县人，成都理工大学工程技术学院助教，主要研究方向为计算机网络和数据库：刘希民 （１９７９一），男，黑龙江五大连池市人，成都理工大学工程技术学院讲师，主要研究方向为核智能仪器。 本栏目责任编辑：冯蕾 ＊ ＊ 网络通讯硬安全 ＊６９７９ ＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术 第６卷第２５期（２０１０年９月） 通过对计算机网络课程以及实验教学要求的分析，我们首先确定该平台的设计目标应该满足以下要求：１）稳定性与跨平台性． 满足在各种操作系统上运行的要求；２）能够动态演示模拟中的网络运行情况，提高教学的生动性：３）实验过程中，用户只需在实验 平台操作，不需要对ＮＳ２有过多了解。 ２．２设计方案 系统要求良好的跨平台性，选择采用ＪＡＶＡ语言进行开发。系统主要由客户端和服务器端两部分组成，利用ＲＭ！的远程调用机 制来解决客户端和服务器端之前的远程通信和参数传递。ＲＭｌ（ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ）是ＳＵＭ专门为ＪＡＶＡ应用程序间通信开发 的远程调用机制，是ＪＡＶＡ的一组拥护开发分布式应用程序的ＡＰＩ，它使用ＪＡＶＡ语 言接口定义远程对象，方便了基于ＪＡＶＡ的分布式应用程序的开发 ＲＭＩ的体系结 构提供了三个层次：桩（ｓｔｕｂ）／框架（ｓｋｅｌｅｔｏｎ）、远程引用层和传输层，图１为ＲＭＩ的 体系结构框图。 系统的客户端实现用户操作界面，利用ＮＳＧ２来实现对实验设备以及实验组件 的模拟，ＮＳＧ２作为本平台的网络建模工具，不仅能为用户提供友好的图形化操作界 面，而且还能较好的实现ＴＣＬ脚本的自动生成，将自动生成的ＴＣＬ脚本提交并传递 给服务器端，经服务器端的ＮＳ２仿真器模拟生成相应结果后再传回客户端显示，方 便用户分析网络实验结果 系统的服务器端负责响应客户端的请求，调用ＮＳ２仿真器模拟传递过来的ＴＣＬ 脚本．在模拟结束后将模拟结果．Ｂａｒｎ和．ｔｒａｃｅ文档返回到客户端。客户端在接收到 返回的结果后，通过Ｎａｍ将．ｎａｍ文档以动画的形式演示出来，用户可以很好地掌握 图１ ＲＭＩ体系结构框图 网络的模拟运行情况。通过ｇａｗｋ对．ｔｒａｃｅ文档进行统计分析，包括端到端时延、即时 吞吐量、平均吞吐量、数据分组成功传送率、控制开销等，帮助用户对网络性能进行 分析，另外还可以使用ｘｇｒａｐｈ和ｇｎｕｐｌｏｔ画出相应的图形。 具体系统框架图如图２所示 ２．３运行效果 ： 图２虚拟网络实验平台框图 图３利用ＮＳＧ２模拟实验场景并生成ＴＣＬ脚本 图４为利用ＮＡＭ动态演示网络的运行情况，可以看出在模拟时间为２．３秒时， ｎ２因同时涌入太多封包而发出封包被丢弃现象。 该实验平台在我院实践教学中已经使用近一年，得到学生较好的评价，对教学 工作也起到了促进作用。 图４利用ＮＡＭ动态演示网络运行情况 ３总结 本网络实验平台利用ＮＳ２网络仿真器与ＴＣＬ脚本生成器ＮＳＧ２搭建，并通过Ｊａｖａ ＲＭＩ远程调用机制实现客户端和服务器端 的通信，使用户摆脱了ＮＳ２安装和使用的困难，同时也不需要编制繁琐的代码，将精力集中于对网络本身的性能进行分析与优化。 对网络协议的动态演示能很好地调动用户的学习积极性，提高了对课程学习的主动性。 利用虚拟的网络实验平台构建教学实验环境，已经成为目前我国高校发展当中的一个热点课题，尤其可以通过这种方式发展 远程教学．学生通过虚拟实验平台对所学理论知识有更深刻更有效的理解，学习效果将得到显著提高。 参考文献： ｆ１１凌亮．基于ＮＳ２的计算机网络虚拟实验室的设计与实现ＩＤ】．长沙：中南大学，２００４． 『２１王波．计算机网络实验综合模拟平台的研发【ＪＪ．学科建设与教学改革，２００９（２）：８５—８８． 【３】基于ＮＳ２的网络仿真实验教学研究『Ｊ］．计算机教育，２０１０（５）：１４４—１４６． ６９８０＊ 网络涩讯及安全 本栏目责任编辑：冯蕾
