CN111599242A - 一种计算机网络教学虚拟仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种计算机网络教学虚拟仿真系统，包括课程管理中心，所述课程管理中心包括账号管理模块、课程配置模块、学习课程项目模块；所述课程配置模块分别连接网络设备三维模型库和网络设备数据库；所述学习课程项目模块连接课程配置模块；网络设备三维模型库，用于存储若干种网络设备三维模型；网络设备数据库；学习课程项目管理中心；设备演示模块，连接学习课程项目管理中心；网络拓扑建设模块，连接学习课程项目管理中心；结果分析输出模块，连接网络拓扑建设模块；文件管理模块。本发明代替计算机网络教学综合试验室进行设备和测试仪进行虚拟仿真教学，解决教学演示不便、教学设备成本昂贵、占用空间大的技术问题。

Description

一种计算机网络教学虚拟仿真系统

技术领域

本发明涉及计算机网络教学领域，更具体地，涉及一种计算机网络教学虚拟仿真系统。

背景技术

计算机俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能，是能够按照程序运行，自动和高速处理海量数据的现代化智能电子设备。计算机由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机，计算机可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机和嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机和量子计算机等。

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

在计算机网络教学中，需要学生掌握网络设备的基本配置和简单网络组建的基本技术；掌握数据链路层、网络层、传输层和应用层中重要协议的分析和应用；掌握RIP、OSPF和BGP协议的基本配置、协议的验证与分析、应用协议进行网络组建设计；学习组建网络过程中的总体规划、设计方法、网络可靠性、安全性、路由协议、网络管理和网络应用的设计和实现，以及网络中一些常用的故障排查的方法。而针对网络规划设计师、网络工程师则需要的计算机网络培训教学则需要更多的实践和实验才能掌握方法。

目前计算机网络培训教学的设备，如各种服务器、路由器、交换机等，教学演示不便，学生兴致不高，占用空间大，成本昂贵。

发明内容

本发明提出一种能够代替计算机网络教学综合试验室进行设备和测试仪进行虚拟仿真教学，解决教学演示不便、教学设备成本昂贵、占用空间大等技术问题的计算机网络教学虚拟仿真系统。

为达到上述目的，提出一种计算机网络教学虚拟仿真系统，包括：

课程管理中心，所述课程管理中心包括用于维护管理员和普通用户的账号信息的账号管理模块、用于配置普通用户的学习课程项目的内容的课程配置模块、用于存储或指定普通用户不同时间阶段使用的学习课程项目的学习课程项目模块；所述课程管理中心的仅限于管理员；所述课程配置模块分别连接网络设备三维模型库和网络设备数据库；所述学习课程项目模块连接课程配置模块；

网络设备三维模型库，用于存储若干种网络设备三维模型；

网络设备数据库，用于存储并记录网络设备数据，所述每个记录的网络设备数据一一映射完全不同的网络设备三维模型；所述网络设备数据包括默认数据和网络配置数据；

学习课程项目管理中心，用于使用管理员指定的学习课程项目，并调用学习课程项目所需要的网络设备三维模型库的网络设备三维模型和网络设备数据；

设备演示模块，连接学习课程项目管理中心，用于从学习课程项目管理中心导入网络设备三维模型进行渲染处理获得能够随意进行几何变换的三维模型；

网络拓扑建设模块，连接学习课程项目管理中心，用于从学习课程项目管理中心导入网络设备三维模型，从网络设备数据库导入网络设备三维模型对应的网络设备数据，并能够构建出虚拟仿真的三维网络布线图；

结果分析输出模块，连接网络拓扑建设模块，所述结果分析输出模块设有若干种网络算法，用于输出三维网络布线图，并利用网络设备数据制成网络拓扑图，获得计算机网络学习报告；

文件管理模块，分别连接结果分析输出模块、网络拓扑建设模块和学习课程项目管理中心，用于归档结果分析输出模块的输出结果。

特别的，所述默认数据包括设备ID、设备名称、设备类型、设备类型ID、接口名称、接口类型、接口类型ID、接口序号、接口热区域、MAC地址；所述网络配置数据包括IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器、使用设备ID组、使用接口序号、使用接口类型ID组。

特别的，所述设备演示模块包括查询模块和三维显示模块；所述查询模块用于查询并提取学习课程项目的一个或多个网络设备三维模型；所述三维显示模块用于实现网络设备三维模型的三维动态漫游显示功能。

特别的，所述网络拓扑建设模块包括参数设定模块和线路连接模块：

参数设定模块，连接网络拓扑建设模块，用于修改或记录网络设备数据的网络配置数据；

线路连接模块，连接网络拓扑建设模块，用于通过虚拟线路将网络设备三维模型连接。

特别的，所述线路连接模块包括连接模块和数据生成模块；所述连接模块包括存储若干种网络线路三维模型的网络线路三维模型库，所述网络线路三维模型的两端能够用于连接网络设备三维模型；所述数据生成模块用于将网络线路三维模型连接网络设备三维模型的具体数据记录至网络配置数据。

特别的，所述网络设备三维模型库为开放式，用于新增网络设备三维模型。

特别的，所述网络设备三维模型包括PC机、服务器、路由器、交换机。

特别的，所述网络线路三维模型包括光纤和网线。

本发明的有益效果：

本发明计算机网络教学虚拟仿真系统利用三维可视化技术模拟实际计算机网络，将二维的网络拓扑图形成三维的动态展示，生动直观，不需要购买大量网络设备，能够代替计算机网络教学综合试验室进行设备和测试仪进行虚拟仿真教学，解决计算机网络教学演示不便、教学设备成本昂贵、占用空间大的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，为本实施例一种计算机网络教学虚拟仿真系统，包括课程管理中心、网络设备三维模型库、网络设备数据库、学习课程项目管理中心、设备演示模块、网络拓扑建设模块、结果分析输出模块和文件管理模块。

课程管理中心包括用于维护管理员和普通用户的账号信息的账号管理模块、用于配置普通用户的学习课程项目的内容的课程配置模块、用于存储或指定普通用户不同时间阶段使用的学习课程项目的学习课程项目模块。课程管理中心的仅限于管理员。课程配置模块分别连接网络设备三维模型库和网络设备数据库。学习课程项目模块连接课程配置模块。本实施例的学习课程项目包括RIP协议下计算机网络的配置、OSPF协议下计算机网络的配置、BGP协议下计算机网络的配置、VLAN划分实验等。

网络设备三维模型库，用于存储若干种网络设备三维模型。网络设备三维模型包括不同品牌和类型的PC机、服务器、路由器、交换机。

网络设备数据库，用于存储并记录网络设备数据。每个记录的网络设备数据一一映射完全不同的网络设备三维模型。网络设备数据包括默认数据和网络配置数据。默认数据包括设备ID、设备名称、设备类型、设备类型ID、接口名称、接口类型、接口类型ID、接口序号、接口热区域、MAC地址。本实施例采用Orical数据库的多个表来存储默认数据和网络配置数据，例如设备表、设备类型表和接口表。设备表的字段包括设备ID、设备名称、设备类型ID、接口类型ID、接口序号和MAC地址。设备类型表的字段包括设备类型ID和设备类型。接口表的字段包括接口序号、接口名称、接口类型和接口热区域。网络配置数据所在表的数据可清除可修改，包括IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器、使用设备ID组、使用接口序号、使用接口类型ID组。本实施例的网络设备三维模型库为开放式，用于新增网络设备三维模型。

学习课程项目管理中心，用于使用管理员指定的学习课程项目，并调用学习课程项目所需要的网络设备三维模型库的网络设备三维模型和网络设备数据。

设备演示模块，连接学习课程项目管理中心。设备演示模块包括查询模块和三维显示模块。查询模块用于查询并提取学习课程项目的一个或多个网络设备三维模型。三维显示模块用于实现网络设备三维模型的三维动态漫游显示功能。设备演示模块从学习课程项目管理中心导入网络设备三维模型进行渲染处理获得能够随意进行几何变换的三维模型，包括“整体放大”、“整体缩小”、“局部放大”、“局部缩小”、“向上移动”、“向下移动”、“向左移动”、“向右移动”、“旋转”等操作。当教师和学生需要对某个部位进行讲解或学习时，可以打开设备演示模块，再通过查询模块搜索需要讲解的网络设备三维模型，对该网络设备三维模型进行所需的几何变换，便于学生了解真实网络设备的结构和功能。

网络拓扑建设模块，连接学习课程项目管理中心，用于从学习课程项目管理中心导入网络设备三维模型，从网络设备数据库导入网络设备三维模型对应的网络设备数据，并能够构建出虚拟仿真的三维网络布线图。网络拓扑建设模块主要用于学生自主实践。网络拓扑建设模块包括参数设定模块和线路连接模块：

参数设定模块，连接网络拓扑建设模块，用于修改或记录网络设备数据的网络配置数据。本实施例设置在网络拓扑建设模块时，双击所需修改或记录的网络设备模型并输入数据，保存后即可对网络设备数据的网络配置数据进行修改或记录。

线路连接模块，连接网络拓扑建设模块，用于通过虚拟线路将网络设备三维模型连接。线路连接模块包括连接模块和数据生成模块。连接模块包括存储若干种网络线路三维模型的网络线路三维模型库。网络线路三维模型包括光纤和网线。网络线路三维模型的两端能够用于连接网络设备三维模型。数据生成模块用于将网络线路三维模型连接网络设备三维模型的具体数据记录至网络配置数据。实现的具体使用方法和原理为：首先，调用连接模块的网络线路三维模型，再选择所需要使用的网络线路三维模型，如光纤；点击光纤的一端，再点击所要连接网络设备三维模型的接口，数据生成模块能够通过匹配接口热区域找到设备ID、接口类型ID和接口序号并编辑网络配置数据中的使用设备ID组、使用接口序号、使用接口类型ID组，使得设备ID为使用设备ID组的数组的其中一个元素，使得接口序号为使用接口序号的数组的其中一个元素，使得接口类型ID为使用接口类型ID组的数组的其中一个元素；最后，点击确认连接的窗口的确认按键，即能完成网络线路三维模型的一端连接网络设备三维模型的操作，如需要网络线路三维模型的另一端连接网络设备三维模型的方法同上。

结果分析输出模块，连接网络拓扑建设模块，结果分析输出模块设有若干种网络算法，用于输出三维网络布线图、网络拓扑图和计算机网络学习报告。输出的三维网络布线图，可直接由网络拓扑建设模块获得；输出的网络拓扑图,利用网络设备数据中的传达的网络设备三维模型和线路连接信息制成；输出的计算机网络学习报告，则通过输出的网络拓扑图。计算机对网络协议、网络可靠性和安全性进行故障排查和判断，指出网络拓扑图存在的所有问题。

文件管理模块，分别连接结果分析输出模块、网络拓扑建设模块和学习课程项目管理中心，用于归档结果分析输出模块的输出结果，包括“新建”、“打开”、“保存”、“另存为”、“导入文件”、“输出文件”、“另存为”等操作。

下面通过两个实施例对本发明的计算机网络教学虚拟仿真系统进行说明。

通过实施例一，说明教师通过课程管理中心进行课程项目配置等操作。

教师通过管理用户登陆课程管理中心，点击“新建课程项目”，即可进入课程配置模块。点击“打开网络设备三维模型库”，即可在网络设备三维模型库勾选所需要的网络设备三维模型，选择完毕后，可通过双击该网络设备三维模型来查看该网络设备三维模型映射的网络设备数据，如设备ID、设备名称、设备类型、设备类型ID、接口名称、接口类型、接口类型ID、接口序号、接口热区域、MAC地址等，若需要调整，老师可直接进行修改；若不需要修改，点击操作页面的“确认按钮”即可完成课程项目配置。教师还可以利用账号管理模块增加学生的普通用户ID，进入学习课程项目管理中心。

通过实施例二，说明学生通过学习课程项目管理中心进行练习的操作。

学生通过普通用户登陆学习课程模块，点击“课程学习”进入学习课程项目模块，要进行网络设备的学习可点击“设备演示”，即可通过鼠标选择或搜索需要查看的网络设备三维模型；要进行网络拓扑实验，则点击“网络拓扑学习”进入网络拓扑建设模块，首先通过鼠标选择或搜索所需要的网络设备三维模型，拖动网络设备三维模型进行布局，再点击“线路连接”，增加或修改网络线路；如需要修改网络设备数据，先点击所需修改的网络设备三维模型，再点击“参数设定”，即可对网络设备数据进行修改；完成所有网络拓扑的设定后，点击“结果输出”，即可进入结果分析输出模块输出三维网络布线图、网络拓扑图和计算机网络学习报告，即可结束。网络拓扑建设过程的中途和结束都可通过文件管理模块对三维网络布线图、网络拓扑图和计算机网络学习报告进行一项或多项保存。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：包括：

课程管理中心，所述课程管理中心包括用于维护管理员和普通用户的账号信息的账号管理模块、用于配置普通用户的学习课程项目的内容的课程配置模块、用于存储或指定普通用户不同时间阶段使用的学习课程项目的学习课程项目模块；所述课程管理中心的仅限于管理员；所述课程配置模块分别连接网络设备三维模型库和网络设备数据库；所述学习课程项目模块连接课程配置模块；

网络设备三维模型库，用于存储若干种网络设备三维模型；

网络设备数据库，用于存储并记录网络设备数据，所述每个记录的网络设备数据一一映射完全不同的网络设备三维模型；所述网络设备数据包括默认数据和网络配置数据；

学习课程项目管理中心，用于使用管理员指定的学习课程项目，并调用学习课程项目所需要的网络设备三维模型库的网络设备三维模型和网络设备数据；

设备演示模块，连接学习课程项目管理中心，用于从学习课程项目管理中心导入网络设备三维模型进行渲染处理获得能够随意进行几何变换的三维模型；

网络拓扑建设模块，连接学习课程项目管理中心，用于从学习课程项目管理中心导入网络设备三维模型，从网络设备数据库导入网络设备三维模型对应的网络设备数据，并能够构建出虚拟仿真的三维网络布线图；

结果分析输出模块，连接网络拓扑建设模块，所述结果分析输出模块设有若干种网络算法，用于输出三维网络布线图，并利用网络设备数据制成网络拓扑图，获得计算机网络学习报告；

文件管理模块，分别连接结果分析输出模块、网络拓扑建设模块和学习课程项目管理中心，用于归档结果分析输出模块的输出结果。

2.根据权利要求1所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述默认数据包括设备ID、设备名称、设备类型、设备类型ID、接口名称、接口类型、接口类型ID、接口序号、接口热区域、MAC地址；所述网络配置数据包括IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器、使用设备ID组、使用接口序号、使用接口类型ID组。

3.根据权利要求1所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述设备演示模块包括查询模块和三维显示模块；所述查询模块用于查询并提取学习课程项目的一个或多个网络设备三维模型；所述三维显示模块用于实现网络设备三维模型的三维动态漫游显示功能。

4.根据权利要求1所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述网络拓扑建设模块包括参数设定模块和线路连接模块：

参数设定模块，连接网络拓扑建设模块，用于修改或记录网络设备数据的网络配置数据；

线路连接模块，连接网络拓扑建设模块，用于通过虚拟线路将网络设备三维模型连接。

5.根据权利要求4所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述线路连接模块包括连接模块和数据生成模块；所述连接模块包括存储若干种网络线路三维模型的网络线路三维模型库，所述网络线路三维模型的两端能够用于连接网络设备三维模型；所述数据生成模块用于将网络线路三维模型连接网络设备三维模型的具体数据记录至网络配置数据。

6.根据权利要求1所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述网络设备三维模型库为开放式，用于新增网络设备三维模型。

7.根据权利要求1所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述网络设备三维模型包括PC机、服务器、路由器、交换机。

8.根据权利要求5所述的一种计算机网络教学虚拟仿真系统，其特征在于：所述网络线路三维模型包括光纤和网线。

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