Partov仿真引擎在《计算机网络》课程教学中的应用
Partov 仿真引擎在《计算机网络》课程教学中
的应用
在《计算机网络》课程教学中，让学生理解基本理论的重要性以及如何应用到现实中是一项难
题。当前有两种方法可以缓解这个问题，并帮助学生更进一步的了解网络概念。一种极端情况
即纯硬件方案：给学生提供实际的网络设备（例如，路由器，交换机等）并要求他们在不同的
网络布局中运用这些设备做实验。这种情况下，每个学生或每组学生必须有专门的设备，这就
需要装载硬件的实验室。虽然这对于学习网络管理课程的学生是一个理想的方案，但它并没有
为学生提供所需的更深入的网络概念知识。例如，在实验室中学生可以学习如何在网络中的交
换机之间配置生成树协议（STP），或是由硬件厂商接口偏向交换机之间部署 STP 协议，但他
们对 STP 的操作知识将保持抽象且只在一个算法的水平。
另一种极端情况是纯软件模拟：学生用仿真软件来模拟不同的场景[1-3],不同于基于硬件的方
法，它不要求专用的网络设备，并且允许学生在课余时间在他们的个人计算机上通过运行模拟
器来做他们的任务。仿真软件能促进对协议的分析，并且它对网络研究者在推进实验之前验证
提出的想法的正确性也是很有用的。但是，这种方法不能让学生超越仿真软件预测的场景和功
能，限制他们获得从编程到现实世界的设备体验，缺乏一种固有的真实性。
可见，在《计算机网络》课程实践教学中，纯硬件和纯软件方式均有其弊端和优势，本文提供
了将虚拟化工具 Partov 的作为一种新的混合型教育工具的应用在《计算机网络》课程教学中，
以改善教学效果。引入 Partov 后，仿真器连接到物理网络的拓扑结构中，允许学生在一个虚拟
节点上设计，实施和执行他们的代码，同时允许该节点在真实的网络拓扑结构中进行交互。例
如，学生可以实现一个虚拟节点上的路由器，然后观察他们的路由器是怎样和与它直接指向的
互联网进行交互的。
1 Partov 简介
Partov 提供了一组仿真模型和建立模拟拓扑的 语 言。Partov 系 统 是由网络仿真服务 器
（NSS ）和 客 户 端框 架 （CF ）两 个 主要部分组成[4-7].NSS 是Partov 系统的中心组成部
分，它包含创建虚拟拓扑结构及进行仿真的 Partov 内核，以及扩展内核功能的插件基础设
施。NSS 负责通过 libpcap[4]与外网进行所有的互动，并与 CF 合作。NSS 依次由三部分组成：
模拟服务器，虚拟化引擎以及插件基础设施。这些组件及它们之间的关系如图1所示。模拟服
务器组件负责将虚拟化框架连接到由 CF 所提供的分布式框架。每当 CF 实例请求与 Partov 服务
器进行连接时，模拟服务器组件将通过用户名/密码进行身份验证，然后列举一个新的拓扑图
或找到先前实例拓扑图，并将其分配给 CF.CF 允许学生在他们的个人计算机上执行程序来连接
到Partov 中央服务器并参与计划模拟。
CF 可以在连接的虚拟节点上发送/接收数据包。每当连接的虚拟节点接收到数据包，它会通过
模拟服务器决定该数据包是否要被转发到另一个 NSS 组件或转发到CF,进而对学生的程序进行
检查。例如，学生可以实现网桥，路由器或网络地址转化（NAT）功能。这个逻辑可以检查数
据包，并决定是应该忽略他们，还是发送回复或发送另一组所需的数据包到网络。这让学生实
现了与真实的网络环境进行交互的算法。Partov 拓扑语言 （PTL）是基于 XML 的语言，它对
Partov “拓扑结构进行声明。每种拓扑是以 MAP”为后缀定义的单独的文件，由三部分组成，用
于定义节点，列表（用于资源分配到节点）和链接。
插件基础设施提供了实现插件的基础设施。每个插件可以使用所有由 Partov 提供的用于处理数
据包的实用程序，并且可进行配置。目前，已有四种插件。模拟节点是一个重要的插件，通过
它的数据包被转发到CF（即学生的程序），数据包从CF 恢复被重新注入了虚拟环境。IPv4 路
由器接受静态路由表。它可使拓扑可扩展（通过创建分离的网络的广播域）和可扩展（通过分
层的网络拓扑）。因特网网关节点是用于将虚拟映射连接到可以用来无缝集成虚拟映射和互联
网的真实网络的专用路由器。通用的传输控制协议（TCP）反向代理服务器通过提供所有的
TCP 数据包及其响应给/从网络中运行的真实服务器，来模拟虚拟网络中没有服务器时的一种
手段。
标签： #仿真
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Partov仿真引擎在《计算机网络》课程教学中的应用在《计算机网络》课程教学中，让学生理解基本理论的重要性以及如何应用到现实中是一项难题。当前有两种方法可以缓解这个问题，并帮助学生更进一步的了解网络概念。一种极端情况即纯硬件方案：给学生提供实际的网络设备（例如，路由器，交换机等）并要求他们在不同的网络布局中运用这些设备做实验。这种情况下，每个学生或每组学生必须有专门的设备，这就需要装载硬件的实验室。虽然这对于学习网络管理课程的学生是一个理想的方案，但它并没有为学生提供所需的更深入的网络概念知识。例如，在实验室中学生可以学习如何在网络中的交换机之间配置生成树协议（STP），或是由硬件厂商接口偏向...
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作者：闻远设计
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