网络仿真软件与技术

2024-06-05

网络仿真软件与技术（精选十篇）

网络仿真软件与技术篇1

1 使用虚拟机搭建网络环境

1.1 虚拟机软件简介

虚拟机软件是指可以在一台计算机上模拟出若干台虚拟计算机系统,每台虚拟计算机可以单独运行互不干扰的操作系统,实现一台计算机“同时”运行多个操作系统,并能将这几个虚拟计算机连成一个虚拟网络的软件工具。在Windows平台中运行的虚拟机软件以微软的Virtual PC和威睿的VMware Workstation最为著名。其中,VMware Workstation的功能更为强大,应用更为广泛。

VMware Workstation是全球最著名的虚拟机软件厂商威睿(VMware)公司设计的专业虚拟机,可以虚拟现有的任何操作系统,而且使用简单,容易上手,其功能也非常强大。VMware workstation支持大部分的主流操作系统,如MS-DOS、Win3.1、Win9x/Me、WinNT、Win2000、WinXP、Win 2003、Linux、FreeBSD、NetWare6、Solaris x86等。

VMware Workstation提供了一些虚拟设备和用这些设备联网的方法。这些虚拟设备包括虚拟交换机、虚拟网桥、NAT服务器、NAT适配器、仅主机适配器、DHCP服务器和虚拟机上的以太网适配器等。联网的方法有桥接模式、网络地址转换模式、仅主机模式和自定义模式。

1.2 虚拟网络模式

VMware Workstation提供了四种网络连接方式。用户建立虚拟机后可以根据现实网络情况利用这几种模式方便地把虚拟机接入网络或组建虚拟网络。

1)Bridged(桥接模式)

桥接模式是将虚拟主机的虚拟网卡桥接到真实主机的物理网卡上。在这种模式下,虚拟主机直接与真实主机所在的网络相连,虚拟机和真实主机处于对等的地位,在网络关系上是平等的,没有主次之分。这时候的虚拟机就像是局域网中的一台独立的主机,它可以访问网内任何一台计算机,使用所有可用的服务,包括文件服务、打印服务等等。

2)NAT(网络地址转换模式)

在这种模式下,真实主机上的VMnet8虚拟网卡相当于连接到内网的网卡,物理网卡相当于连接到外网的网卡,而虚拟机本身则相当于运行在内网上的计算机,通过虚拟交换机VMnet8与主机相连。VMware Workstation自带的NAT服务器提供从真实主机的VMnet8虚拟网卡到外网的地址转换。此外,VMware Workstation还自带有DHCP服务器,为虚拟机提供DHCP服务。

3)Host-only(仅主机模式)

在一些特殊的网络环境中,如做病毒攻击实验时,为了不对真实网络环境产生影响,一般要求将真实网络环境和虚拟网络环境隔离开。这时就可采用host-only模式。在这种模式中,虚拟机之间是可以相互通信的,但所有的虚拟机构成的虚拟网络和真实的物理网络是被隔离开的。真实主机的虚拟网卡VMnet1通过虚拟交换机VMnet1与内网相连,没有地址转换服务,但可以使用DHCP服务。

4)Custom(自定义模式)

如果要设计更复杂的虚拟网络,可以采用自定义模式。在这种模式中,可以为每台虚拟机安装多块虚拟网卡,并可让每块虚拟网卡连接到VMware0～VMware9中的任何一个虚拟交换机上,所有连接到同一个虚拟交换机的虚拟机位于同一个虚拟网络中。

1.3 构建虚拟网络

了解了VMware提供的虚拟设备和联网的原理就可以根据需要组建不同的虚拟网络。以Windows Server 2003服务器的配置实验为例,只需要在一台真实主机中安装好虚拟机软件VMwareWorkstation,然后安装两台虚拟机就可以很容易地利用VMware Workstation搭建好实验所需的网络环境。拓扑图如图1所示。

真实主机的真实网卡连接真实网络,TCP/IP属性由真实网络决定。虚拟网络VMnet8设为192.168.1.0/24网段,真实主机的虚拟网卡IP地址设为192.168.1.254/24,作为虚拟网络的网关。由于虚拟网络中架设了DHCP服务器,故取消VMware workstation提供的DHCP服务。安装Windows Server 2003操作系统的虚拟机作为服务器使用,以自定义模式联入虚拟网络Vmnet8中,并分别启用DNS、DHCP、IIS和FTP服务,IP地址设为192.168.1.1/24,网关设为192.168.1.254,DNS设为192.168.1.1。安装Windows XP操作系统的虚拟机作为客户机使用,也以自定义模式联入虚拟网络Vmnet8中,并自动获得TCP/IP参数。自此,服务器的配置实验所需的网络环境构建完毕。

利用VMware workstation虚拟机软件,只需一台真实主机即可完成较复杂的网络环境的构建,为教师进行多媒体教学、学生进行实验操作都带来了极大的方便。如果还想创建更加复杂、功能更加强大的网络环境,可以在虚拟网络中加入安装了RouterOS路由操作系统的虚拟机。

2 使用仿真软件模拟交换机和路由器

交换机和路由器的配置是计算机网络技术课程中的重要内容。教师在授课的过程中需要使用多台交换机和路由器搭建不同的网络环境来为学生演示;学生实验时也需要使用大量的设备。然而,实体硬件设备体积大,笨重,携带不方便,不利于教师的课堂演示;而且由于价格昂贵,实验室设备很难保证大量学生同时实验。因此,使用仿真软件来模拟交换机和路由器不失为一个较好的解决办法,不仅能为教师教学和学生实验带来极大的方便,还能节省经费,提高现有设备的利用率和学习效率。常用的这类仿真软件有Routersim、Sybex Toddrouter、CIM、BOSON NETSIM等。这些软件各有特色和优缺点,可以根据需要和喜好加以选择。以在Routersim中模拟路由的配置为例来说明仿真软件在交换机、路由器实验中的应用。

如图2所示,在Routersim窗口中添加3台交换机、2台路由器和2台主机,在相应设备上单击鼠标右键,打开接口面板,单击相应接口使其和其他设备相连。在主机的接口面板上单击“configs”按钮,可以配置主机的TCP/IP参数;双击路由器、交换机或主机,可以打开设备的命令行界面,在此,即可对设备进行配置或查看,使用的命令与cisco及Windows命令完全相同。

由于Routersim可以自由创建网络拓扑,因此,可以模拟绝大部分有线网络的实验,能够在一定程度上满足高校计算机网络课程的教学和实验需要。

3 结论

在计算机网络技术课程的教学和实验过程中使用虚拟仿真软件,能在一定程度上代替部分硬件设备,很好地模拟出各种网络环境,满足教师教学和学生实验的需要,不仅为教师和学生提供了方便,提高了效率,而且提高了现有设备的利用率,降低了管理难度,为学校节约了办学成本。当然,虚拟仿真软件也并不是万能的,加上程序自身的设计缺陷和不完善,在实际的教学和实验过程中,还要适当的结合真实设备进行补充,只有虚实结合、相互补充,才能使教学和实验取得更好的效果。

参考文献

[1]吕政,朱顺乐,周贻春.计算机网络实用技术教程[M].西安:西北大学出版社,2010.

[2]吕锋,杨宏.基于Vmware虚拟网络计算机实验室的构建[J].电脑编程技巧与维护,2009(16).

网络仿真软件与技术篇2

1 专用数字仿真计算机的特点

1.1仿真计算机的用途和发展

围绕着对仿真计算机的计算速度、内存容量、接口等基本特性要求，在半实物仿真系统中先后采用了模拟计算机，数模混合计算机、专用数字仿真计算机等类型的仿真计算机。尤其是以ADl00及国产YF一2为代表的专用数字仿真计算机在国内、外的一些制導武器半实物仿真系统中得到了广泛的应用。

1.2专用数字仿真计算机的优点

以ADl00及国产YF-2为代表的专用数字仿真计算机主要优点有：①采用异构同步并行多处理机、广播式数据总线方案解决了计算速度和存储容量问题；②设计专用仿真语言，该语言简洁、编程方便，而且还集成了常用的数值积分算法模块，方便使用。同时还能够实现精确仿真计算帧时的定时。

1.3专用仿真计算机存在的不足

①数字接口能力不足：该型仿真计算机虽然提供了较全面的接口形式，但主要还是以模拟量接口为主，数字接口仪能适用几种非主流总线形式(Q-bus等)，而且在传输距离、传输速度等方面性能不佳，数字接口能力不足；②维护性不方便：这类专用数字仿真计算机采用专用设计结构，与通用计算机有着较大的差别，硬件维护和软件管理需要配置专人。而且出现故障不象通用计算机那样容易替换，易影响试验进度。从人力资源配置和快速维护性上看有不足之处。

1.4仿真计算机的新要求

随着仿真系统间的信息交换已开始转入以数字信号为主，专用数字仿真计算机在数字接口方面能力的不足就显示出来了。仿真设备控制、管理使用的计算机都是通用犁的微机(含工控机)，应用广泛且有着丰富的应用软件和接口形式，各种高速数字接口各具特色。因此系统应用的关键是迫切需要找到一个仿真计算机的新方案，既能保持专用数字仿真计算机的优点又能满足高速实时数字接u的需求。这个需求就是对航空制导武器半实物仿真系统中仿真计算机的新要求。

2 仿真计算机和实对罔络技术的新发晨

2.1实时网络技术

高速数字接口的形式虽然很多，但在仿真系统中的应用还要考虑到系统中信息的共用性，即多个设备共用某些信息。如对目标信息来说，目标特征信号生成装置、目标运动仿真器、数据链传输仿真设备都要用。这是因为系统本身复杂，信息交换多和相应仿真系统设备规模大，耦合多。

考虑到仿真系统信息共用性特点，那些点对点的接口形式不易采用，而网络式、广播式的接口形式更容易满足要求。同时半实物仿真系统信息变换还要求各信息节点的信息要同步更新，换句话说，就是信息传输延迟要小。经过综合比较分析．光纤反射内存影射式实时网络(RT—net)比较符合半实物仿真系统的技术要求。它们的共同特点是利用映射式的信息传送方法，某一节点的内容自动映射到所有节点，这种映射是由硬件完成的，系统延迟小。高速、延迟小和信息更新同步的特点适合仿真的需要。这种网络一般有两种拓扑结构，一种是环行嘲，另一种是通过实时HUB连接的星型网。理论上，IEIB结构的网络数据到达各个节点的时间没有延迟，能做到信息同步更新。而且一个节点故障只影响本节点，不影响整个网络。这一特性对进行系统局部联试时非常有用，不必所有设备均开机。RTnet的运行机制很简单，分布式计算机系统内，每台结点机上插一块RTnet卡，卡上有双端口读写内存，通过驱动软件可以读写这些内存，当数据被写入一台机器的内存中后，RTnet卡自动地通过光纤传输到其他连在网络上的RTnet卡的内存里，通常只需几百纳秒的时间延迟，所有RTnet卡上的内存将写入同样的内容。各成员在访问数据时，只要访问本地的RTnet卡内存即可。RTnet适应的计算机总线形式一般都有PCI、FadtiBus、V壮等，在常用的操作系统，如DOS、WindowsXP、Windows2000环境F都可正常工作。

2.2综合应用

仿真工作站替代专用数字仿真计算机本身难度不大，二者的软件内核基本一致，经过软件移植．几乎所有先前做过的工作都可以继承下来。仿真系统集成的关键是实时网络在系统中的配置和二次应用开发．有这样几方面的工作要做：

真工作站同实时网络的接口检查：虽然仿真工作站是基于通用工作站基础上设计的。但这种通用工作站与通用微机之间还会有些微小的差别。②各仿真设备控制计算机的适应性修改：仿真设备功能各异，研制情况不同，其控制计算机的操作系统不统一，有DOS，Windows XP、Windows2000等版本。因此相应的设备驱动板卡等不相同。为了保证网络系统稳定运行，简化应用开发工作，有必要对能够升级的设备控制计算机进行统。配置．还要对相应设备驱动卡、驱动程序进行更改。③共享内存分配表的建立：由于是共享内存机制，所以应对数据存储地址的统一分配，明确各个信息的读写地址。对系统中注册信息．节点状态标志，同步时钟等信息使用的地址也要进行规定。

3 结束语

总之，随着分布式计算=机仿真系统、虚拟样机分椎仿真系统的广泛开发和应用，实时网络技术傲为一种快速的信息交换手段会得到更广泛的应用．

参考文献：

[1]刘晓宁，基于m^的多目标攻击综合仿真系统开发，弹箭与制导学报，2006(2)．

[2]李刚．仿真机与仿真网络相结合的仿真系统框架研究，徽处理机，2007(3J．

作者简介：

网络仿真软件与技术篇3

关键词：计算机网络,实践教学,Packet Tracer

计算机网络技术专业涉及课程较多, 要求不一, 但总的目标就是培养学生的网络专业知识和专业技能。对于高职院校来说, 培养的是社会需要的专门型人才, 因此对于学生的动手能力要求更为严格。为保证培养质量, 学校针对网络方面的实验室建设力度要加大。由于网络设备种类较多, 设备商较多, 因此在网络实验室建设时要充分考虑。通过实践教学, 能够让学生更容易掌握所学知识, 通过实践操作, 加深知识的消化, 提高动手能力。然而, 由于多种原因, 各个学校在网络实验室建设方面都不能达到理想要求, 导致相应网络实践实践课程不能完全开展。原因有: (1) 实验室场地小及实验设备台套数不足。以思科网络实验室为例, 实验室应包括计算机、路由器、交换机 (二层与三层) 、防火墙等设备, 由于网络设备价格相对较高, 而且更新换代很快, 导致学校的实验室硬件条件都不达标。 (2) 网络专业实践课程较多, 实验室的硬件设备在频繁的使用中损耗很大, 实验室管理和运行成本较大。 (3网络设备在操作时如果没人指导, 操作起来比较麻烦而且耗时, 因此教师准备实验的工作量大, 实验过程比较复杂, 教师实验课上指导效果不理想。 (4) 开放网络实验室可以为学生提供锻炼机会, 但由于设备贵重, 学生在操作时需要有专人监管, 安排起来比较困难。基于上述原因, 为保障网络实践教学的顺利开展, 在网络实验室的计算机时安装思科模拟器Packet Tracer (版本以最新为佳。另外市面上路由与交换方面的模拟器较多, 可根据需要自行选择, 本文以思科网络实验室为例, 故选择思科专门模拟器Packe Tracer) , 通过在教学中应用网络模拟器来搭建虚拟网络实验环境, 进行计算机网络实践教学, 来弥补现实实验条件的不足。

1思科模拟器Packet Tracer简介

Packet Tracer是由美国思科公司发布的一个路由与交换学习工具, 可以为设计、配置、测试网络故障等操作提供网络模拟环境。学生可在软件界面上直接通过拖曳方法建立网络拓扑图, 软件中可直接加载相关网络设备, 等同于真实设备操作;同时可提供数据包在网络中行进的详细处理过程, 观察网络实时运行情况。

将Packet Tracer软件用于计算机网络实践教学之中, 根据实验要求和目的, 学生可以在仿真实验环境中自由选择所需要的路由器、交换机、计算机和各种线缆等实验设备, 然后对设备进行配置, 完成后进行性能模拟测试。重要的是学生可以很方便地重复每一个实验过程, 从而达到学习目标。

Packet Tracer目前网络上提供的流行版本是Packet Tracer5.3.3, 随着版本的不断升级, 各版本的功能也在不断增强, 可模拟的设备也在增加, 基本上能够满足教学需要。

2基于Packet Tracer搭建虚拟网络实验环境

下面以“VLAN间通信”实验为例, 介绍Packet Tracer的具体操作。

2.1实验拓扑设计

详见如图1拓扑图, 各端口及设备名称如图1所示, 完成下面配置要求:

配置要求:PC4、PC5、PC7属于VLAN2, PC6、PC8、PC9在同一VLAN3中, VLAN2的网段地址为192.168.50.0/24, 网关地址为192.168.50.1, VLAN3的网段是192.168.60.0/24, 网关地址为:192.168.60.1, 各网段内主机均采用静态IP地址分配方式。PC4、PC5和PC7的IP地址为:192.168.50.2、192.168.50.3、192.168.50.4;PC6、PC8、PC8的IP地址为:192.168.60.2、192.168.60.3、192.168.50.4, 然后PING网段内的主机和其他网段的主机, 以检查能否实现网内和网段间的相互通信。

2.2配置步骤

1) 通过Packet Tracer实现拓扑图的制作与连接 (过程省略, 主要是拖曳和线缆连接操作) 。SW3560 (vlan) #vtp server SW3560 (vlan) #exit

2) 配置SW3560交换机:

Switch>enable

!设置交换机主机名

Switch#conf t

Switch (config) #hostname SW3560Switch (config) #exit

Switch (config) #exit

!创建VTP管理域, 并设置为server模式

SW3560#vlan database

SW3560 (vlan) #vtp domain myvtpdomain

SW3560 (vlan) #vtp server

SW3560 (vlan) #exit

!设置汇聚链路端口

SW3560#conf t

SW3560 (config) #int f0/2

SW3560 (config-if) #switchporttrunk encapsulation dot1q

SW3560 (configif) #switchport mode trunk

!设置允许通过TRUNK的VLAN, ALL代表全部。

SW3560 (config-if) #switchport trunk allowed vlan all

SW3560 (config-if) #end

!创建VLAN

SW3560#conf t

SW3560 (config) #vlan 2

SW3560 (config) #vlan 3

SW3560 (config) #exit

!初始化各访问连接端口

SW3560#conf t

SW3560 (config) #int range f0/3-5

SW3560 (config-if-range) #switchport mode access

!划分各交换机端口所属的VLAN

SW3560#conf t

SW3560 (config) #int range f0/3-4

SW3560 (config-if-range) #switchport access vlan 2

SW3560 (config-if-range) #int f0/5

SW3560 (config-if) #switchport access vlan 3

SW3560 (config-if) #end

!设置各VLAN虚拟接口的IP地址, 以实现VLAN间通信

SW3560 (config) #int vlan 2

SW3560 (config-if) #ip add 192.168.50.1 255.255.255.0

SW3560 (config-if) #no shutdown

SW3560 (config-if) #int vlan 3

SW3560 (config-if) #ip add 192.168.60.1 255.255.255.0

SW3560 (config-if) #no shutdown

!启用IP路由, 一般情况下交换机是默认启用了IP路由的, 因此该语句可以不执行。

SW3560#ip routing

!保存配置, 并退出特权EXEC模式

SW3560#copy runing-config startup-configSW3560#exit

SW3560#exit3SW2960

3) 配置SW2960

在SW2960上进行交换机主机名修改以及将端口划分到各VLAN操作同上。需要注意的是在本交换机上不需要再创建VLAN, 以交换机SW3560所创建的VLAN为主, 只需要将端口加入即可, 其它需要设置的操作如下:

!加入VTP管理域, 并设置为client模式

Sw2960#vlan database

Sw2960 (vlan) #vtp domain myvtypdomain

Sw2960 (vlan) #vtp clientSw2960 (vlan) #exit

Sw2960 (vlan) #exit

!保存配置, 并退出特权EXEC模式

Sw2960#copy run star

最后通过ping命令进行VLAN之间连通性的测试。结果PC4、PC5与PC7之间能相互ping通, PC6、PC8与PC9之间也能相互ping通, 其它不能通信, 如果要实现VLAN2、VLAN3相互通信, 必须启用路由协议。本实验主要设备是交换机, 如果实验室没有三层交换机, 完成可以通过模拟器完成交换机相关实验。

本文仅仅给了一个实验来说明思科模拟器Packet Tracer的应用, 在实际应用过程中, Packet Tracer可以满足绝大多数的路由与交换方面的模拟实验, 同时通过软件的不断升级, 相关最新设备的不断加入, 思科模拟器完成能够胜任网络方面的实践教学需要。该模拟器操作简单, 实验效果逼真, 极大地激发了学生的学习兴趣, 教学效果良好。通过本文可以看出, 在有限的教学条件中尝试仿真模拟软件, 既能降低网络设备的投资成本, 又能提高学生做实验的效率, 能够更好地将理论教学和实践教学结合起来。

参考文献

[1]王胜, 苗晓锋.基于模拟仿真软件的数控专业实践教学研究[J].陕西广播电视大学学报, 2010 (3) .

[2]唐灯平.利用Packet Tracer组建三层网络架构的研究[J].实验室科学, 2010 (3) .

[3]丁美荣.虚拟实验与真实实验整合的计算机网络研究性实验教学探究[J].实验技术与管理, 2011 (5) .

[4]王小玲, 赵攀.模拟器Packet Tracer在计算机网络实验教学中的应用[J].内江科技, 2012 (1) .

网络仿真软件与技术篇4

关键词：数控加工数控仿真软件

数控仿真软件是一款在计算机设备内完成数控操作加工仿真的现代化专业性软件，能同时展开刀具轨迹与机床运动的仿真。数控仿真软件通过三维显示与虚拟现实技术，使数控加工整个流程的模拟达到相当逼真的程度，进而检验加工环节里可能存在的不足。利用微型计算机的数控加工实验教学系统，可为学生知识的学习提供更真实的数控机床操作编程加工环境，可降低实际上机操作时因误操作而带来的机床与工件毁坏几率，进而提升课堂教学质量与学生实际工作能力。

一、数控仿真软件在数控加工技术教学中的作用

第一，通过数控仿真软件能够弥补设备与师资缺乏，增强学生动手实践能力，对学生技能操作熟练程度的提升更有利。利用仿真软件展开模拟操作，可为学生提供更多的实习机会，缩短新授知识转变为技能的周期。如一个班级中约有30个人，3台机床，平均每台机床约10个人，每次实习时间约3小时，而每个人的实际操作时间仅有18分钟，在如此短暂时间内，很难达到预期的效果。若我们利用每所学校均有的微机室，将3小时换作与实际机床基本相同的仿真操作的话，可保证所有学生均有足够时间来动手，提升操作熟练程度，为下一步实际操作做足准备。

第二，提供了多类机床与多类系统。现今数控机床的种类与系统厂家相当多，教学时可结合需要选择对应机床与系统完成对学生的授课，增强了学生对不同数控系统与不同数控机床的适应能力。

第三，通过数控仿真软件可更好结合理论学习，实现同步教学。若通过仿真软件一边演示一边教学，借助车刀与工件运动来显示指令轨迹，学生更易理解，还可亲手操作以加深认识，理论与实践相互融合，增强了教学质量。

二、数控加工技术课程的数控仿真软件教学要点

1.引导学生正确选用数控加工仿真系统，提高教学质量

数控仿真软件可通过计算机把所编制程序，在二维图或三维图的基础上通过动态方式把整个数控加工过程更生动地展现出来。现今有影响力、有代表性的数控仿真软件包括上海宇龙、斯沃仿真、南京宇航等。但具体选择哪种仿真软件，还应综合分析仿真系统里操作面与实训教学机床的匹配性，保证仿真系统里所用到的数控系统应与教材教学选择的数控系统或机床相符，并考虑数控仿真系统功能是否满足教学要求与仿真软件及CAD/CAM软件配套性，如通过CAD/CAM软件后置处理所生成的程序可否调入仿真系统进件虚拟加工，在仿真软件运行验证符合要求的程序可否在真实机床里加工等。笔者学校在实际操作中选用了上海宇龙数控仿真软件，软件基本可兼容目前国内已有的大部分数控系统，如FANUC、SIEMENS、广州数控等。仿真软件完全模拟真实的数控机床操作，能清晰仿真整个数控加工环节。学生在学习过程中能够更快速地了解数控机床编程与操作技能。

2.科学应用仿真软件，增强学生学习兴趣

过去在黑板上讲授不同按键名称、作用与操作方法，实质上是一件费力不讨好的事，学习者感觉枯燥，教师也乏味。但若将数控仿真软件用于数控加工技术课程中，学生所编程序能够直接在计算机数控加工仿真软件中进行模拟加工演示。由于机床操作面板的使用及零件加工过程均与实际加工情况类似，学生可从任意角度了解、掌握数控机床加工过程，毛坯加工变作成品的过程真实形象，更利于知识点的掌握。利用数控仿真软件，基于学生学习中遇到的各种困难及问题给予讲解、引导、示范操作，可以克服所有的学习困难，解决问题，增强学生学习兴趣。此外，数控仿真软件再先进，终究不是真实的，数控系统种类多，统一数控系统应用于不同厂家生产的数控机床上，实际操作中也存在诸多差异，研发人员无法全面掌握这些具体细节，仿真软件产品会出现一些与真实机床不同的感觉。教师还应为学生清楚讲述软件与实际机床不符之处，并结合机床真实情况为学生展开针对性教学，以免让学生出现误解，不利于将来机床编程与实操。

3.合理安排教学内容，循序渐进掌握数控知识

数控加工技术课程教学中应合理安排教学内容，在教学前将知识点给予有效安排，大致分作三个模块，即基础模式、提高模块与拓展模块。首先，基础模块重点讲述训练中常用到的FANUC数控系统相关数控车床、数控加工中心编程方法、操作及应用知识，该模块属于教学基础，也属于教学的重点，要求学生务必熟练掌握，并能做到知识的灵活运用;其次，提高模块重点讲述并训练SIEMENS数控系统相关三种机床编程与操作，增强学生在不同数控系统下进行不同数控机床编程的操作能力与理解能力;最后，拓展模块重点讲述国产数控系统里的华中数控系统与广州数控系统里的数控车床编程及操作技巧，拓宽学生知识面，增强学生对不同操作系统、不同操作面板的编程及实践操作能力。唯有如此，学生方可更牢固地掌握各种数控加工知识，步入社会后能尽快适应岗位工作要求，提高工作能力。

4.仿真软件学习与机床实际操作训练同时进行

数控仿真软件不仅可用于数控加工技术课程教学中，还可作为数控操作技能训练辅助工具。教师应摆正数控仿真系统在教学中的位置，不可让学生养成一味依赖数控仿真软件的习惯，而忽视了机床实际操作练习的重要性。教师需结合课程总共的学习时间，科学分配仿真软件学习与机床实际操作训练二者的时间比例，充分认识到数控仿真软件的应用优势主要体现在入门基础训练上，而学生实践操作技能的提升关键还是要通过大量的机床实际操作训练。学校需合理制订教学计划，在数控仿真软件课程学习前，就先组织学生到附近工厂实习，让学生对各类加工方法有更深的感性认识。同时，数控机床课程与数控加工工艺课程也应安排在数控仿真软件学习训练前，让学生掌握更多机床操作方法、加工方法与切削用量选择方法，更利于学生理解与掌握数控仿真各环节要点，进而让数控仿真软件真正在数控加工技术课程中发挥作用，达到“砍柴不误磨刀功”之效。

总之，数控仿真软件将逐渐变成我国数控教学中的主要手段，不但能够解决占用过多实验设备时间的问题，还可提升学生对数控加工的认识，还可为学生提供检验自行编写程序正确性的有效手段。不过，把数控仿真软件应用于数控加工教学里也有诸多不足，在应用过程中还应不断改进与完善，使其更好为数控教学服务，提高教学质量，为社会培育出一批批实践能力强的新型数控人才。

参考文献：

[1]丛娟，丛树林.基于数控仿真软件的数控加工工艺与编程课程改革[J].辽宁高职学报，2011（3）.

[2]王芊.有效提高学生实践能力的途径——仿真软件在数控技术专业教学中的应用[J].包头职业技术学院学报，2009（1）.

[3]王丹，陈存银.数控仿真软件在数控编程与加工项目化教学中的应用[J].机械工程师，2014（2）.

网络仿真软件与技术篇5

《微机原理与接口技术》课程是高职电气自动化技术专业的基础课程之一。这门课是一门应用性很强的专业技术课程, 具有理论要求高、实践性强的特点。但是目前的高职教学中, 主要以理论讲述为主, 实验手段相辅的教学方法。这种学习方法使学生感觉到理论课的知识点不仅枯燥, 而且非常抽象, 不容易理解。为了解决这一方面的矛盾, 可以将仿真软件, 如Proteus加到理论课的教学当中, 使知识点在一个一个的模块中体现, 这样, 学生不仅可以学到系统知识, 也可以形象的了解到知识点的具体使用, 为后续的动手实践打下良好的基础。

1 Proteus仿真软件

Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真及印制电路板设计软件, 它可以仿真、分析各种模拟电路与集成电路, 软件提供了大量模拟与数字元器件及外部设备, 各种虚拟仪器 (如电压表、电流表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等) , 特别是它具有对单片机及其外围电路组成的综合系统的交互仿真功能。目前, Proteus仿真系统支持的主流单片机有ARM7、8051/52系列、AVR系列、PIC 10/12/16/18系列、H C11系列等, 包含强大的调试工具, 可对寄存器、存储器实时监测, 具有断点调试功能及单步调试功能;具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真。同时, 它支持的第三方软件开发、编译和调试环境有KeilμVision2/3、MPLAB等。

Proteus主要由ISIS和ARES两部分组成, ISIS提供的Proteus VSM实现了混合式的SPICE电路仿真, 它将虚拟仪器、高级图表应用、单片机仿真, 第三方程序开发与调图2接口扩展电路试环境有机结合, 在搭建硬件模型之前即可在PC上完成原理图设计、电路分析与仿真及单片机程序实时仿真、测试及验证。

2 课程设置举例

以《微机原理与接口技术》课程中的可编程并行接口芯片8255的学习为例, 体现仿真软件在课程中的应用。

2.1 8255原理讲解

8255A是intel公司生产的通用8位并行输入输出接口芯片, 其引脚如图1所示。8255使用灵活, 功能强大, 具有如下特点:

(1) 8255A具有3个8位的数据口 (A口、B口和C口) , 其中C口还可当作两个4位口使用, 3个数据口均可用来输入或输出。

(2) 8255A具有3种工作方式:方式0、方式1和方式2。可适应CPU与外设间的多种数据传输方式, 如无条件传送方式, 查询传送方式, 中断方式等。

(3) 8255A的C口还具有按位置0与置1功能。

2.2 情景设置

设计一个单片机外部内存扩展电路, 对16个二极管的亮灭进行滚动控制。系统需要使用74LS373作为地址锁存芯片, 使用单片机AT89C51的P0口的8个引脚作为地址/数据传输线, 使用可编程并行接口芯片8255的PA口和PB口作为输出, 控制16个共阳极连接的二极管, 实现从8位到16位的内存扩展。

2.3 软件仿真

图2中, 8255芯片使用了PA和PB端口, 将单片机中8位的地址/数据总线扩展为了16位的数据传输线。通过图2可知, 8255三个I/O口和一个命令口的定义:对于PC端口, 由于A1A0为10, 且CS为0, 电路中CS、A1、A0为16位地址的低三位, 即地址为00000000 00000010, 因此PB端口地址为0X0001, 在给PB端口赋值时, 单片机会自动将/WR置为低电平, 从PB端口读取值时, 单片机会自动将/R D置为低电平。

PA、PB、PC及命令端口的定义为:

8255的工作方式选择基本输入输出方式, 这种方式适用于无条件传送和查询方式的接口电路。A口的8条线、B口的8条线、C口的高4位对应的4条线和低4位对应的4条线可分别独立定义为输入或输出, 因此会有16种不同的输入输出组合。此种方式下, C口还有按位置位和复位的能力。

系统流程图如图3所示。

2.4 任务扩展

在完成了系统仿真之后, 学生已经对可编程控制器8255芯片的功能、结构、系统连接及软件设置有了一定的认识。可以在此基础上, 将二极管转变为两个7段数码管, 用P A口控制数码管的段码, PB口控制第一个数码管的位码, PC口控制第二个数码管的位码, 让学生自己动手来实现。通过这个扩展的任务, 使学生对学到的知识点进行巩固和加深。

这种结合教学的关键在于设计案例, 应注意以下几个方面:

(1) 教师要根据教学大纲和教学要求设计案例, 案例必须典型, 要能涵盖课程的相关知识点, 并且要把相关知识点作适当的描述和解释;

(2) 案例要具有实践性和情景性, 要与实际的工作过程相吻合;

(3) 案例应具有针对性, 教师应针对学生的接受能力来选择或设计教学案例;

(4) 最好还具有生动性, 有利于提高学生的学习兴趣;

(5) 案例必须成系统, 在整个课程教学过程中用到的大部分案例之间应该相互联系前后连贯, 由易到难地编排。

3 结语

以仿真电路为模块的教学模式主要是针对高等职业学校学生的教学形式, 能有效地将理论和系统结合起来, 将实践融入课堂教学, 让学生直接在课堂上学到今后就业所必须的系统操作, 变被动学习为主动参与调动了学生学习的积极性与主动性, 增强了学生的实践能力, 符合职业教育的规律。因此, 在《微机原理与接口技术》课程的教学中引入仿真的模块教学, 对提高教学效果, 增强学生的计算机实践操作技能, 都具有积极的意义。

参考文献

[1]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M].北京:电子工业出版社.2010.

[2]周润景, 张丽娜, 丁莉.基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社.2009.

[3]宋戈, 黄鹤松, 员玉良等.51单片机应用开发范例大全.北京:人民邮电出版社, 2010.

网络仿真软件与技术篇6

1 NAT技术简介

NAT是指为了实现内外网络之间的通信而将IP数据报中的一个IP地址转换为另一个IP地址的过程。NAT包括静态NAT和动态NAT两种。NPAT也被称为“多对一”的NAT, 或者叫PAT (Port Address Translation, 端口地址转换) 、NPAT (Network Address Port Translation, 网络端口地址转换) 、地址超载 (Address Overloading) 。使用PAT, 可以让多个内网设备使用一个IP地址同时访问外网。PAT设备通过对转换表中的TCP和UDP端口号进行映射来区分不同的会话。

1.1 静态NAT

静态NAT将一个特定的内部本地地址 (Inside Local Address) 静态映射到一个内部全局地址 (Inside Global Address) , 这意味着静态NAT中每一个被映射的内部本地地址, 一定对应着一个固定而且唯一的内部全局地址。在这种配置中, 内部本地地址和内部全局地址之间是一对一的关系, 这种方式不但可以让内网设备访问外网, 而且还可以让外网直接访问内网设备。在企业网的配置中, 一般来说, 从节约网络资源和安全的角度出发, 建议服务器配置静态NAT, 这样可以保障服务器的网速相对较快。

1.2 动态NAT

动态NAT又称为动态地址翻译 (Dynamic Address Translation) , 它是将内部本地地址与内部全局地址作一对一的替换。内部全局地址以地址池的形式供选择, 内部本地地址只要符合访问外网的条件, 在进行地址转换时, 就从地址池中动态地选取最小的还没分配的内部全局地址来替换, 在这种配置中, 内部本地地址和内部全局地址之间是多对多的关系, 这种方式可以让内网设备访问外网, 但外网不能直接访问内网设备, 因为不同时段同一台主机和外网设备间所建立的TCP连接会有所不同, 相对于静态NAT, 动态NAT不但节约成本, 而且在一定程度上提高了内网计算机的安全性。

1.3 NAPT或NPAT

NAPT是基于端口的动态NAT配置, 通常可以称为“多路复用技术”, 在这种配置中, 内部本地地址和内部全局地址之间是多对一的关系, 这种方式可以让内网设备访问外网, 但外网不能直接访问内网设备, NPAT可以用于地址伪装 (Address Masquerading) , 它可以让多个内网设备使用一个IP地址同时访问外网。在企业网的搭建中, 使用得最多的地址转换方式就是NPAT, 它不但节约网络资源和成本, 而且相对安全。

2 仿真模拟软件简介

本实验中为了教学方便及生动, 直接采用在仿真模拟设备Packet Tracer上进行实验设计与教学, 该模拟软件是思科公司研发的一款专门用于网络教学的软件, 深受广大网络教学者的喜爱, 可在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑, 支持大量的仿真模型, 如路由器、交换机、无线网络设备、服务器、各种连接线缆、终端等, 数据包传送采用实时模式和仿真模式, 仿真模式通过可视化模式显示数据包在网络中的传输过程, 使抽象的数据传输过程具体化[2]。

3 实验设计

本实验直接在模拟软件上搭建企业网络, 通过一个具体综合实例, 向学生讲解

NAT的配置, 拓扑图如图1所示:

3.1 网络基本概况

3.1.1 拓扑描述

本网络通过边界路由器模拟企业内网和外网, 在内网中, 主要有Web Server1服务器和两台PC机, 在外网中, 主要有一台服务器Web Server2, 路由器R2、R3。边界路由器R1上配置NAT功能, 允许授权的内网用户访问公网资源, 也允许公网用户访问内网资源。

3.1.2 IP地址分配

路由器R1作为企业出口路由器 (或边界路由器) , 一端配置静态内网IP, 一端配置公网IP地址, 企业内部采用私有地址, PC1、PC2、Web Server1服务器均配;路由器R2、R3、Web Server2服务器分配公网IP地址。

3.1.3 NAT功能描述

在边界路由器R1上配置NAT功能, 实现企业内外部通信。企业内部Web Server1服务器通过静态NAT转换, 实现对外网的访问;PC1、PC2使用动态NAT转换或NAPT端口多路复用技术, 实现对外网的访问。

3.2 NAT配置过程

在进行NAT配置之前, R1、R2、R3已分别进行了配置, 保证R1、R2、R3之间能够相互访问, R1上配置动态路由协议RIP协议, 但只公布外网网络地址, 不公布内网网络地址, 为了安全, 在进行NAT配置之前, 只让内网可以访问外网, 外网不能访问内网。

3.2.1 静态NAT配置

将Web Server1服务器的内网IP地址转换为外网地址, 即192.168.0.2/24转换为202.2.12.2/24, 使外部网络能访问内部网络中的服务器, 同时, 内部网络也能够访问外部网络服务器, 具体配置命令如下:

在以上配置中, “ip nat inside source static 192.168.0.2202.2.12.2”表示内网IP“192.168.0.2”对应到内部全局地址“202.2.12.2”, 配置完毕之后, Web Server1访问外网, NAT首先把其IP地址192.168.0.2转换为内部全局地址, 然后通过202.2.12.2来访问外网, 所以对于外网来说, Web Server1的IP地址犹如202.2.12.2, 而外网访问202.2.12.2时, 访问的就是Web Server1服务器。配置中, 从NAT的角度来分析, 内部全局地址202.2.12.2和内网IP地址192.168.0.2是一对一的关系。

3.2.2 动态NAT设置

企业内部IP地址192.168.0.0转换为公网地址, 使得PC2、PC3可以访问公网, 将192.168.0.0/24转换到202.2.12.5/24~202.2.12.10/24, 具体配置命令如下:

配置结束后, 能实现PC2、PC3对外网的访问, 但如果动态NAT地址池中没有足够的地址作为动态映射, 则提示NAT转换失败, 并丢弃数据包。可使用命令ip nat translation timeout来修改NAT的超时时间, 其中timeout值范围为0~2147 483秒。

3.2.3 动态NAPT (端口多路复用) 配置

可以取消动态NAT设置, 重新配置端口多路复用。

通过以上配置, 就可以实现企业内部网络和外部网路互访。在Cisco路由器上, NAT将首先复用地址池中的第一个地址, 直到达到能力极限, 然后再移至第二个地址, 并且依次类推。如果需要转换的主机数量不是很多, 可以直接使用outside接口地址配置NAT过载, 不必定义地址池, 即上述的第一种方式。当多个本地IP都被映射到同一个内部全局地址时, 使用端口号区分各个本地主机的数据信息。

3.3 NAT测试与验证

3.3.1 静态NAT的测试

在Web Server2服务器中使用命令ping 202.2.12.2或tracert 202.2.12.2可以观察到, Web Server2访问的是Web Server1, 而不是PC1或PC2, 且在测试的过程中, Web Server2服务器不能直接ping 192.168.0.2, 要通过202.2.12.2进行转换, 这是学生经常会出现的错误。

还可以使用命令debug ip nat或show ip nat translations查看地址转换情况, 还可以通过show ip nat statistics查看NAT转换的统计信息。

3.3.2 动态NAT的测试

动态NAT的测试方法和静态NAT的测试方法相同, 在测试的过程中, 还可以开启Debug IP NAT来监测IP地址的转换情况, 可以看出动态NAT中不同时刻同一台主机所转换的IP地址有所不同, 在动态NAPT中, 转换时主要是通过端口来区分。

4 结语

本文利用思科模拟仿真软件讲解了NAT技术, 给出了具体配置命令。在实际教学中, 采用此仿真软件, 学生不仅强化了理论知识的学习, 提高了学习兴趣, 培养了综合运用所学知识的能力, 老师也避免了实际设备配置的不确定性, 学校节省了设备投资, 达到了多赢的目的[3]。通过企业网综合配置实例, 使学生快速掌握了NAT技术, 为学习网络搭建相关课程奠定了一定的基础。

参考文献

[1]陈欣.NAT技术在企业网中的研究与应用[J].计算机光盘软件与应用, 2013 (17) :86.

[2]胡朝贵, 孟丽.浅析IPSec VPN及使用Packet Tracer仿真配置实现[J].电子制作, 2013 (9) :161.

网络仿真软件与技术篇7

关键词：仿真软件,网络设备,网络工程,GNS3,VLAN

0 引言

随着计算机与网络技术的不断发展,目前网络工程师成为实施国内信息化的巨大瓶颈,各大高校的计算机网络技术以及一些二级学科都开设了网络工程课程。网络工程课程是一门实践性极强的专业核心课程,实践教学的条件和内容直接关系到课程的教学效果[1]。但由于网络设备比较昂贵,一般高校的实验室很难配备完整的系列设备,使目前的网络工程教学存在一些问题:(1)学生专业知识的学习主要依赖于教科书和教师的讲解以及少量的实验,其中往往存在内容简单,直观性差;(2)课程中包含大量的工程实践内容,需要大量的网络设备作为支持,在实际操作中无法实现,使得网络知识的培训无法深入[2];(3)实验室的设备低端且数目有限,只能完成部分网络实验且不支持一个教学班的学生同时进行实验。为了能够解决理论与实践、教学与实验的问题,本文介绍一个既经济又效可行方法:借助仿真软件搭建网络工程课程的实验环境,来加深学生对课程内容的理解和掌握,提高了课堂效率和学生的实际动手能力,调动学生的学习积极性,创造了良好的教学效果[3]。

1 仿真软件介绍

目前,很多网络公司和网络学院都研发有自己的网络设备模拟器。较为出名的有:Cisco公司发布的一个辅助学习工具Packet Tracer、思科网络学院Flash版模拟实验器、Routersim和Bosonnetsim实验模拟器等。根据这些模拟器的设计功能大致可以分为:(1)基于web、flash的模拟器,这类模拟器实质上是一个Flash动画,主要用于课堂教学和考试,不适合于学生实验环境;(2)应用程序的模拟器,它们把实验环境固化在模拟器中,通过模拟其中的设备界面供用户使用,不支持用户自定义拓扑,也只能完成模拟器所内置的实验,并不能模拟真实的网络环境[4]。

Dynamips作为一款十分优秀的cisco路由器模拟软件,实验模拟效果远比Boson Net Sim更加真实可信。Boson NetSim是对IOS命令行的模拟,而Dynamips是通过在计算机中构建运行IOS的虚拟机来真正运行IOS实现对Cisco路由器的模拟。当前,如果对Dynamips非常熟悉,无须任何前端系统就可以很好地进行相关网络模拟,就像一个用户可以在命令行中实现在图形界面中完成的所有任务一样。但初学者使用Dynamips时总是感觉存在一定程度的不便和困难。

GNS3整合了4个软件:Dynamips(核心,思科的IOS模拟器)、Dynagen(Dynamips的文字显示前端)、Pemu(一个基于开源的QEMU模拟器的思科防火墙模拟器和虚拟机)、Winpcap(windows平台下一个免费公共的网络访问系统)[5]。功能上GNS3不仅可以可视化地设计实验网络拓扑外,还可以直接利用GNS3完成相关的模拟实验,为学生提供一个非常接近真实的实验环境。

2 网络工程课程实验平台的搭建

网络工程实验技术主要包括二层交换和三层路由等。二层交换技术在交换机上实现,主要有VLAN(Virtual Local Area Network:虚拟局域网)的配置;三层路由技术在路由器上实现,主要有路由协议的配置。

在这里以VLAN的划分为例,阐述在GNS3平台上VLAN创建与划分的实验过程。VLAN是把物理上直接相连的网络从逻辑上划分为多个子网[6]。通常VLAN的实现形式有三种[6]:即静态端口分配、动态虚拟网和多虚拟网端口配置。本文利用其中使用最广泛且最有效的静态端口分配方法进行实验研究。

图一展示了当前GNS3所支持的部分IOS镜像。针对VLAN的划分与配置实验,有如下要求:用两台交换机连接4台PC机组建一个局域网,将其划分成2个VLAN,同一个VLAN的PC机可以分布在不同的地理位置与不同的交换机相连,实现跨交换机、同一VLAN间主机的相互访问,实验拓扑如图二所示。在做该实验时,由于需配备4台PC,受PC数量的限制,用关闭了路由功能的路由器来模拟试验中的PC。具体操作如下:

2.1 IOS镜像的加载

选择4台c3725路由器,分别命名R1、R2、R3、R4,关闭其路由功能用来模拟PC。点击GNS3的Edit菜单,选择“IOS image and hypervisors”,如图三所示。在标签页“IOS images”中选择c3725路由器的IOS镜像文件,同时需要为选择的IOS确定一个idlepc值,这是非常重要的一步。当IOS运行时,它将消耗几乎100%的CPU处理能力,使得计算机的运行变得异常缓慢。但是,选择合适的idlepc值可以有效降低CPU利用率。

2.2 互联拓扑配置

用直通双绞线将R1、R2的G0/0端口与SW1的F0/1、F/2相连,将R3、R4的G0/1端口与SW2的F0/1、F/2相连;用交叉双绞线将SW1的F0/13端口与SW1的F0/13端口相连。

2.3. 虚拟网络设备配置

2.3.1 路由器的配置

R1的配置:

在命令行界面,进行如下操作:

Router>enable//使路由器从用户模式进入到特权模式

Router#configure terminal//进入全局配置模式

Router(config)#hostname R1//将路由器命名为R1

R1(config)#no ip domain-lookup//禁止路由器查找DNS服务器,防止输入错误命令时的长时间等待

R1(config)#line console 0

R1(config-line)#no exec-timeout//关闭超时,即使长时间不输入命令也不超时自动logout出来

R1(config-line)#logging synchronous//日志同步

R1(config-line)#exit//退出到全局配置模式

R1(config)#no ip routing//关闭路由器的路由功能,模拟PC

R1(config)#interface g0/0//进入G0/0接口模式

R1(config-if)#ip address 192.168.12.1255.255.255.0//配置G0/0端口的ip

R1(config-if)#no shutdown//开启G0/0接口

同样的方法,分别将其他三台路由器命名为R2、R3、R4,开启对应端口,关闭路由功能,IP分别配置为192.168.12.2/24、192.168.12.3/24、1921.168.12.424。

2.3.2 VLAN的创建及划分

交换机1上:在命令行界面进行如下操作:

(1)VLAN的创建

Switch>enable

Switch#configure terminal

Switch(config)#hostname S1//命名为S1

S1#vlan database//进入到VLAN配置模式

S1(vlan)#vlan 2 name VLAN2

S1(vlan)#vlan 3 name VLAN3//创建vlan,2/3就是vlan的编号,VLAN号的范围为1～1001,VLAN2、VLAN3是创建VLAN的名字

S1(vlan)#exit//退出VLAN模式,创建的VLAN立即生效,可在特权模式下使用show vlan命令进行验证

(2)把端口划分到VLAN中去

S1(config)#interface f0/1

S1(config-if)#switch mode access//以上把交换机端口的模式改为access模式,说明该端口是用于连接计算机的,而不是用trunk

S1(config-if)#switch access vlan 2//然后把该端口f0/1划分到VLAN 2中

S1(config)#interface f0/2

S1(config-if)#switch mode access

S1(config-if)#switch access vlan 3

2.3.3 配置trunk

S1(config)#interface f0/13

S1(config-if)#switchport trunk encanpsulation dot1q//配置trunk链路的封装类型,同一链路的两端封装要相同。有的交换机,例如2950只能封装dot1q,因此无需执行该命令

S1(config-if)#switch mode trunk//把接口配置为trunk,当一个VLAN跨过不同的交换机时,在同一VLAN上但是却是在不同的交换机上的计算机进行通信时需要使用Trunk

在交换机2上使用同样的方法,分别进行VLAN的创建、将端口划分到VLAN中和trunk接口的配置。

2.4 网络连通性测试

(1)检测trunk链路的状态

在特权模式下使用命令:show interface f0/13trunk即可查看交换机端口的trunk状态,如图四所示,fa0/13已经为trunk链路,封装为802.1q。

需要在两台交换机之间链路的两端都确认trunk的形成,才能实现跨交换机、同一VLAN间主机的相互访问。

(2)测试跨交换机、同一VLAN主机间的通信

使用ping命令分别在R1、R2上测试R1与R3、R1与R4、R2与R3、R2与R4的连通性。由于R1和R3、R2和R4在同一个VLAN,所以R1和R3、R2和R4可以相互ping通,R1与R4、R2与R3无法ping通。

3 结束语

思科网络设备和组网技术是高等院校网络工程专业的重要教学和实验内容[4]。但由于这样或那样的客观原因,目前高校网络工程实验室的网络设备配置难以实现一些网络实验,利用仿真软件的网络仿真能力能构建造价低廉、通用性强、易用性高的虚拟网络实验平台。将GNS3等仿真软件应用于网络工程课程的教学中,通过其可视化的配置界面窗口,不仅可增强学生们的动手操作能力,为学生今后组建和使用计算机网络打下坚实基础,而且可取得良好的教学效果。

参考文献

[1]黄金波,郭丽春.虚拟实验室在网络工程教学中的应用[J].内江科技,2007,(12):136.

[2]温卫.基于仿真实验平台的网络工程专业教学模式的研究及实践[J].江西理工大学学报,2009,(08):89-91.

[3]邢敏,黄岚.计算机模拟仿真教学的研究与实践[J].现代教育科学:高教研究,2007,(1):152-153.

[4]张钢,黄小波.思科虚拟实验平台的构建[J].实验室研究与探索,2010,(8):216-218.

[5]王煜林,王金恒.使用GNS3模拟网络实验室[J].电脑编程技巧与维护,2010(,12):113-114.

无线网络教学中的仿真软件应用研究篇8

以WLAN技术为代表的无线网络技术逐渐成为计算机网络教学和研究的热点。据思科公司报告, Wi Fi将于2016年占据一半以上的互联网总流量。无线网络教学在网络工程专业课程中所占的比例和重要性也逐渐提高。无线网络由于采用了无线电波作为传输介质, 没有直观的有线链路, 相对抽象, 学生难以直观地理解无线网络的拓扑结构, 造成了学习上的障碍。为克服这一问题, 本文研究将OMNe T++在无线网络教学中的应用。特别地, 为了阐述的方便, 本文将着重讨论OMNe T++在无线局域网WLAN教学环境下的应用, 以展示OMNe T++在教学上的优势和普适性。

二、OMNe T++在WLAN教学中的应用

OMNe T++是开源的、基于组件的模块化开放网络仿真平台, 同NS-3, OPNET和Java Sim等仿真平台相比, OMNe T++可运行于多个操作系统平台, 可以简便定义网络拓扑结构, 具备编程、调试和跟踪支持等功能。本节将以WLAN教学中的一个重点问题———隐藏节点问题为案例, 结合笔者在实际教学中设计的实验, 阐述OMNe T++在WLAN教学中的应用。本实验的目的为:在包含隐藏节点的WLAN内, 分别使用CS-MA/CA和RTS/CTS协议, 理解RTS/CTS解决隐藏节点问题的原理。限于篇幅, 并为了阐述的方便, 本节仅涉及在隐藏节点情况下使用CSMA/CA, 且与实际教学中的实验相比有所简化。在实践教学过程中, 要求学生在理解理论的基础上利用OMNe T++进行仿真实验, 并形成实验报告, 具体步骤如下:

1. 完成网络拓扑结构的设计:

大部分仿真实验的网络拓扑结构均可使用OMNe T++的标准模型库inet库提供的模型通过拖拽的方式搭建。本案例是验证性实验, 拓扑结构相对简单, 如图1所示。其中h1和h2为WLAN的客户站, 使用inet的Wireless Host模型;ap为WLAN的无线接入点, 使用Access Point模型;channelControl为信道控制模块, 用于定义WLAN使用的频段、节点的无线发射功率等物理层参数, 使用Channel Control模型;configurator为IP地址配置模块, 使用IPv4Network Configurator模型。

2. 编写INI文件:

用于配置网络业务和仿真参数。INI文件配置的主要业务为:h1和h2相互发送ping数据报, 接入点ap将收到的ping数据报根据IP地址转发给目的节点。从拓扑结构可以看出, 蓝色的圆圈标示了节点的无线信号覆盖范围, h1和h2相互不在对方的覆盖范围, 互为隐藏节点;ap均在h1和h2的覆盖范围, 因此可以收到并转发来自h1和h2的帧。当使用CSMA/CA协议的时候, h1和h2由于监听不到对方, 在接入网络信道的时候, 可能产生冲突, 这时ap收到的来自h1和h2的帧可能发生碰撞, 造成帧接收失败。

3. 开始仿真:

在完成上述两个步骤之后即可开始实际仿真了。仿真中包含两个重要的窗口:动画窗口和事件日志窗口。动画窗口以动画的形式直观地展示了数据帧的发送过程, 从宏观上体现了协议的工作流程。如图1所示为动画窗口, 节点ap正在向h1和h2发送ACK帧。从动画窗口中, 可清楚地看到数据帧的流向及当前正在发送数据的节点 (图中红色方框所示) 。在仿真的过程中还有以文本方式记录仿真流程的事件日志窗口。动画窗口提供了一个协议流程的直观界面, 而事件日志窗口则为理解和分析协议提供了有力的工具 (限于篇幅, 这里没有给出) 。事件日志窗口中主窗口蓝色字体为事件名 (包括事件编号和发生时间) , 接续的黑色文字是对事件的详细阐述。在教学过程中, 笔者会从事件日志中提取关键事件的编号, 要求学生配合观察动画窗口, 对关键事件进行整理和分析, 形成关键事件表, 作为实验报告的一部分, 以加深对协议原理和流程的理解。如在隐藏节点情况下使用CSMA/CA, 在本案例的关键事件表中, 学生可清楚地看到在Event#32发生了冲突, 从而理解CSMA/CA协议并不能处理隐藏节点问题。

4. 根据关键事件表, 完成简答题, 理解协议原理:

上述步骤 (3) 使学生明白了发生了什么事件, 如Event#32发生了数据帧的碰撞, 至于为什么会发生这些事件, 还需要学生根据课本的理论知识, 回答简答题, 深入理解协议原理。本案例可设计的问题如下所示: (a) 请阐述Event#32发生碰撞的原因。请根据Event#33说明, 冲突的发生对下次发送数据帧的帧间间隔有何影响 (提示:根据课本理论知识, 变成了那种帧间间隔) ? (b) 请阐述Event#35中Timeout事件的含义。根据你的理解, 为什么会发生Timeout时间?

三、结束语

综上所述, 案例分析表明OMNe T++可直观、深入地帮助理解无线网络协议的宏观流程和工作原理。笔者在无线网络相关教学中使用OMNe T++网络仿真软件, 取得了较好的教学效果。

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络[M].第六版.北京:电子工业出版社, 2013:336-349.

[2]Matthew S.Gast.802.11 Wireless Networks:The Definitive Guide, Second Edition[M].Sebastopol, CA:O'Reilly, 2005:29-30.

[3]András Varga.The Omnet++Discrete Event Simulation System[C].European Simulation Multiconference.Prague, Czech Republic:ESM, 2001:1-8.

[4]Klaus Wehrle, Mesut Günes, James Gross.Modeling and Tools for Network Simulation[M].Berlin Heidelberg:Springer-Verlag, 2010:15-34.

[5]陈敏.OPNET网络仿真[M].北京:清华大学出版社, 2004:1-8.

网络仿真软件与技术篇9

关键词 Multisim；动态仿真；数字电子技术

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）06-0017-03

在数字电子技术课堂教学中，教师经常需要讲解一些电路图、波形图、时序图等图形，传统的方法无非就是黑板、多媒体投影等形式，以便增强学生对知识要点的理解。但这里有个明显的问题，对大部分教师而言，要花大量的时间在黑板上或者PPT上把各种电路图、波形图或者时序图等精准地画出来，往往是事倍功半，因为画那些图形既费时又费力。从学生角度，也无法正确理解这些图的变化与参数之间的对应关系，与实际明显脱节。这样的学习很难引起学生的充分注意，因而也就不容易建立学习兴趣，所以学习效率也往往较低。结合现代职业教育的理念，这种教学模式和教学过程理论联系实际明显不够，学生的学习积极性不高也在所难免。

Multisim仿真软件中有强大的元器件库和仪表库，可以充分利用软件中这些强大库功能，同时针对学生的知识结构梳理出数字电子技术知识重难点，根据重难点绘制好电路图并将电路图进行动态仿真演示。Multisim仿真软件运行时的波形图、时序图等是动态效果图，很容易集中学生的注意力。在浅化知识点的同时，内容讲授过程变得更生动有形，课堂氛围既严谨又活泼，学生在潜移默化中提高了兴趣，从而增强教学效果。

1 Multisim软件简介

Electronics Workbench（EWB）也称为“虚拟电子工作平台”，是加拿大IIT公司在20世纪八九十年代推出的用来进行电路仿真与设计的EDA软件。美国国家仪器仪表公司（National Instruments）在2005年将IIT公司兼并，MultiSim成为NI公司的电路设计软件的套件之一。2007年初，NI公司推出NI Multisim10。NI Multisim10具有丰富而强大的仿真分析能力，各种虚拟仪器设备，可以完成各种电路分析方法，以便帮助设计人员深入分析电路性能，提高设计效率，优化电路设计。

2 在数字电路教学上的应用

以JK触发器为例数字电路教学中，JK触发器属于比较难进行阐述和表达清楚的，学生也难于理解其中的原理的知识点。运用传统的教学方法来阐述JK触发器原理的时候，通常是通过布尔代数表达式来进行推导，通过推导得出JK触发器真值表；然后以真值表为基础，进一步画出JK触发器的时序图。现在看来，这种教学过程往往教师是主体，因为自始至终都是教师在推导演算JK触发器的真值表和表达式。整个过程中大部分学生无法得知教师所讲的JK触发器的硬件电路连接过程、输出波形变化与JK输入端高低电平的对应关系。

但是如果使用Multisim软件，通过软件把电路按图1连接好，同时将电路输出端与状态指示灯也连接好，那么时序图将用实时的示波器或逻辑分析仪来替代。通过两个开关A、B的组合，产生00、01、10、11四种状态的输入信号，然后在触发器的J端、K端分别接入00、01、10、11四种状态的输入信号，JK触发器的输出端Q和-Q的两个状态指示灯就会做出相应的亮灭变化。显而易见，这样的教学设计更加直观、明了，符合中职学生的认知规律，更能激发起学生的兴趣。教师引导学生分组做演示、讲解；学生提问、答疑；学生填表并汇报演示结果，小结。学生得到表1所示真值表。Multisim中电路原理图如图1所示。

通过仿真软件仿真完成JK触发器真值表的推导以后，接下来进一步学习JK触发器的功能。打开逻辑分析仪或者四踪示波器，然后对照真值表对JK触发器的功能做进一步分析。图1是一个波形图，图中示波器界面上同时显示了信号发生器的输入波形、JK触发器JK=11时的两个互补输出端Q和-Q波形。开关AB分别有四种不同输入组合状态，输出结果往往就不同。一方面指示灯表达了输出状态，另一方面输出又有波形显示，这样JK触发器的输入与输出结果之间到底是怎样的关系，通过图形动态演示很容易引人入胜并深入理解。由于该仿真软件提供了同时具备4个输入通道的示波器，同时显示16路信号的逻辑分析仪，这极大地方便了电路的仿真效果，也为课堂教学提供了极大便利。

总之，通过该软件的波形演示，能非常方便地将好几路信号同时显示在一个屏幕上，这样一来，学生和教师就能很方便地比较各信号之间复杂的对应关系，极大地增强了教学效果。

以计数器为例在讲解计数器过程中，很多教师会根据以往经验积累，在讲解完计数器电路原理后，就直接根据计数器原理中的结论展示出计数器输出的时序图。然而在这个过程中，学生同样不知道电路的硬件连接、设置方法和计数器计数原理。有了Multisim软件的参与，相当于现场进行实验演示，教师可以很方便地利用软件搭建好所要讲解的电路，现场进行演示，然后让学生直接观察运行过程和结果（如图2所示）。可以确定的是，当学生一看到数码管上变化跳动的数字时，他的注意力更容易集中，同时兴趣倍增。电路理论的分析正确是否，都可以通过仿真软件对所搭建的电路进行仿真，查看运行结果。这样学生也会更愿意通过自己对电路的逻辑分析，把逻辑分析结果与软件仿真结果进行对比，验证自己分析是否正确，极大增强学习主动性。

随着教学过程的进一步深入，最后教师得出的时序图（图3），以动态的形式与学生讨论分析，相对于书本上静态图形而言，这种现场实时的、动态的图形不仅直观明了、简单易学，而且更有吸引力、说服力，教学效果更好。

3 结论

网络仿真软件与技术篇10

关键词：网络专业,实践教学,VMware,Boson NetSim,Packet Tracer

实践教学在计算机网络专业的教学中占有非常重要的地位,是教学活动的重要环节。实践教学和理论教学相辅相成,对培养学生的观察和分析问题的能力,实事求是的科学态度,引发学习兴趣都有不可替代的作用。但是许多高职院校网络实训环境差,路由器和交换机等高端网络设备少,学生无法亲自动手实践操作。如何提高网络专业实践教学质量,培养出合格的技能型人才,已成为高职院校面临的一个严峻课题。

一、计算机网络专业实践教学存在的突出困难

1. 实验设备不足、实验场地缺乏

一是资金短缺,仪器设备台套数严重不足,很难达到实践教学的要求。二是专业网络设备是难于恢复的实体系统,不可能让学生在解剖和拆装过程中学习故障维修技术。三是网络技术的发展很快,产品种类繁多,更新换代频率高,几年以后实验设备就被淘汰。

2. 教师准备实验的工作量大,实验指导得不到保障

教师在实验课前要做大量的准备工作,建立实验环境。学生在实验过程中总会遇到各种各样的问题,然而,由于实验指导教师的数量远远少于同时实验学生的数量,所以学生实验中遇到的问题往往得不到及时指导,学生实验过后离开了实验环境,有些问题又无法解决了。

3. 实验室运行成本高

计算机网络专业实践教学需要使用耗材,设备运转也需要各种能源,每个实验室管理还需要配备专门的实验指导教师,导致实验室运行成本高。

二、实践教学环节仿真软件应用研究

计算机仿真是一种强有力的辅助教学工具,引入计算机仿真技术可以优化实践过程,改善实践教学的环境。把仿真软件运用到网络专业实践教学中,体现了实践教学环境虚拟化、系统开放化的特点,提高了学生自主学习的能力。实践过程中不用担心学生破坏原有的操作系统,明显减少了实验室管理的工作难度。同时仿真软件具有图形化用户界面,交互性好,学生可以享受到丰富和高度互动参与的学习体验,从而使学生更加容易理解理论知识,达到事半功倍的教学效果。最常使用的仿真软件有以下几种:

1. VMware Workstation虚拟机软件

VMware是用于PC机和笔记本电脑的虚拟化软件,具有执行效率高、网络功能强大、显示界面友好以及跨平台支持等优点而被广泛运用。可以让用户在一台PC机上运行多个操作系统。通过单击鼠标在不同的计算机环境之间快速切换。由于虚拟的多系统实验环境与主系统有良好的隔离性,不用顾虑学生对主系统的破坏,实验教学效果明显。主要实践教学有以下几方面:

(1)学习设置B I O S S E T U P参数。在刚启动虚拟机操作系统时,按键盘上的功能键F2可以进入B I O S SETUP界面。VMware虚拟的是Phoenix的BIOS的界面。学生可以了解CMOS的相关参数,并方便快捷地进行设置练习,不受系统还原影响,而且不会影响到主机的性能。在练习的过程中教师可以用多媒体教学软件随时监督和指导学生的练习。

(2)硬盘分区。利用VMware Workstation建立虚拟机,配合计算机维护光盘I S O镜像,可以充分学习、使用、测试各种分区工具软件,模拟解决在日常生活中硬盘操作的各种问题,而不会影响到真实操作系统的正常使用。同样还可以学习其它常用的底层操作软件,既节约了教学成本,又开阔了学生知识面。

(3)安装各类操作系统。VMware Workstation可以在已有的操作系统平台基础上安装多个操作系统,它支持所有Windows系列操作系统以及Linux、FreeBSD、NetWare、Solaris等操作系统的安装。通过对操作系统的安装,学生可以掌握各类操作系统的安装过程,掌握各种操作系统不同的安装方法。既不影响真实操作系统的使用,又可以提高学生的实际动手能力。

(4)配置网络服务器。学生可以在虚拟机上对操作系统进行配置和管理,比如:组建对等网、虚拟局域网,子网划分;搭建VPN、WEB、FTP、DHCP、DNS、WINS、邮件、流媒体和无盘服务器;组建域及管理域对象,网络协议配置等等实验都可以在虚拟机环境中实现。

2. Boson NetSim模拟器

Boson NetSim是著名的Boson公司开发的一款路由器、交换机仿真软件。Boson NetSim由两部分组成:Boson Network Designer(网络拓扑图设计软件)和Boson NetSim(网络实验模拟器)。首先利用Boson Network Designer这个软件设计出一个网络拓扑结构图,在这个拓扑结构图里面可以包含如下设备:Cisco路由器、Cisco交换机、用户机或终端,它们通过网络传输介质连接起来,设计好之后把这个拓扑结构图保存到一个扩展名为.top的文件中。然后用Boson NetSim这个模拟器软件打开以前做好的网络拓扑结构图(.top文件),可以对拓扑图里的路由器、交换机、终端等网络设备进行配置,如在路由器上配置网络路由协议,在交换机上划分VLAN,在终端上配置IP地址和网关等。所有设备都配置好以后,可以通过网络诊断工具(如P i n等)来测试网络的连通性。如果网络畅通,则表示配置正确,实验成功。

学生可以在模拟器环境下熟练掌握对路由器、交换机的物理连线和设备配置操作之后,再对真实物理的设备进行操作,可以减少一些因学生误操作造成的设备损失。

3. Packet Tracer模拟器

Packet Tracer是思科网络学院仿真教学软件,可以为网络初学者提供一个网络设计、模拟配置和网络故障排除的仿真学习平台。支持学生和教师建立仿真、虚拟和活动网络模型。学生可在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑结构图,允许学生配置仿真设备;并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程,观察网络实时运行情况。软件具有下列特点:

(1)支持多协议模型:支持常用协议HTTP、DNS、TFTP、Telnet、TCP、UDP、Single Area OSPF、DTP、VTP和STP,同时支持IP、Ethernet、ARP、wireless、CDP、Frame Relay、PPP、HDLC、ICMP等协议模型。

(2)支持大量的设备仿真模型:路由器、交换机、无线网络设备、服务器、各种连接电缆、终端等,这些设备是基于CISCO公司的。还能仿真各种模块,提供图形化和终端两种配置方法,各设备模型有可视化的外观仿真。

(3)支持逻辑空间和物理空间的设计模式:逻辑空间模式用于进行逻辑拓扑结构的实现;物理空间模式支持构建城市、楼宇、办公室、配线间等虚拟设置。

(4)可视化的数据包工具:配置有一个全局网络探测器,可以显示仿真数据包的传送路线,并显示各种模式,前进后退或一步步执行。

(5)数据包传输采用实时模式和仿真模式,实时模式与实际传输过程一样,仿真模式通过可视化模式显示数据包的传输过程,使用户能对抽象数据的传送具体化。

在教学过程中采用“任务驱动”的教学方法,教师用Packet Tracer模拟器仿真出网络环境,从而完成教学中设定的“任务”。学生带着真实的任务在探索中学习。在这个过程中,学生还会不断地获得成就感,可以更大地激发他们的求知欲望,从而培养出独立探索、勇于开拓进取的自学能力。下面是实际教学中的一个案例,实验目的是构建学生熟悉的校园网,拓扑结构图(如图1)和实验要求如下:

第一,校本部各大楼与网络中心的网络带宽为千兆,用户主机到桌面交换机的网络带宽为百兆,校园网到Internet的出口带宽为10兆。

第二,校园网的W e b S e r v e r使用内网地址,要求内网用户和互联网中的用户都能访问该单位的Web Server。在DNS Server服务器中配置DNS域名解析,将该校园网的域名(www.myschool.com)解析为192.168.3.2。

第三,办公大楼中有财务处、招生办公室、党委办公室等机构。要求这些机构必须处在一个独立的局域网内,以保证网络的安全。

第四,对学生宿舍的计算机只提供W W W、E-Mail、FTP等常用的服务,除非有特别的需要不开通其他服务。工作日只能在上午8:00到晚上11:00间开通Internet网络,周末可以全天开通网络。

第五,校园中的计算机大部分使用Windows操作系统,要求对经常出现漏洞的135~139端口进行过滤,并且对一些木马,病毒使用的常见端口进行过滤。

学生首先在Packet Tracer中画出拓扑结构图,然后按照实验要求对路由器和交换机进行配置,利用仿真环境测试配置是否成功,最后写出实验报告提交给教师检查。关键网络设备的主要配置如下:

第一,ISP路由器。

(1)配置接口地址:

(2)配置默认路由:

第二,边界路由器。

(1)子网划分:

备注:已划分2个子网,其它配置同理。