略說計算機的實驗教學設計與實踐

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1IPv6下一代網絡技術實驗教學環境選擇

比如設備的數量和型號較少，設備更新慢，難以滿足學生一人一套設備的需求，對IPv6相關新技術支持不足等。為了克服這些不足以取得良好的教學效果，不少高校開始探索通過使用虛擬仿真軟件來構造虛擬實驗室。虛擬網絡實驗平臺的引入從根本上突破了傳統實驗教學實驗設備數量少、實驗時間緊張、實驗地點單一的弊端，還具有人機交互能力和可視化程度高等優勢，提高了實驗教學效果。PacketTracer和Dynamips是目前比較流行的兩款網絡實驗仿真軟件。PacketTracer具有逼真的操作界面，操作簡單，初學者很容易上手，它提供各種不同型號的交換機、路由器以及各種類型的傳輸介質，學生可根據實驗自己繪制拓撲圖，進行網絡實驗。但它是基于軟件的虛擬器，很真實的設備相比，差距較大。Dynamips通過模擬CISCO路由器的硬件平臺，直接運行真實設備對應的IOS軟件，因此，Dynamips模擬出的是真實的設備，具有和真實設備一樣的配置界面和功能。和PacketTracer相比，Dy-namips操作較為復雜，為了解決這個問題，國外的專家開發出了GNS3，它是Dynamips的圖形化網絡模擬工具，它的核心就是Dynamips，他不僅可以模擬Dynamips的所有組網實驗，還具有可視化和拓撲修改簡便等特點，最吸引人的是它可以方便的讓虛擬網絡接入真實網絡，相比其他網絡模擬器具有更好的實驗教學價值。Scapy是一款強大的交互式數據包處理工具、數據包生成器、網絡掃描器、網絡發現工具和數據包嗅探工具。它提供多種類別的交互式生成數據包或數據包集合、對數據包進行操作、發送數據包、包嗅探、應答和反饋匹配等等功能，利用它可以很方便的構造各種數據包用于各種網絡測試。為了滿足IPv6相關知識點的實踐教學需要，我們采用GNS3來模擬路由交換設備，采用vmwarworkstation安裝虛擬機的方式來模擬復雜功能網絡終端或網絡服務器，采用VPCS軟件來模擬簡單網絡終端，采用Wireshark來捕獲和分析網絡數據包，采用Scapy來生成各類IPv6測試數據包。實踐證明，利用上述軟件，學生在普通機房就能一人一機輕松完成各類實驗，同時，教師可以把設計好的各種實驗方案、拓撲分發給學生，讓學生課后在自己的電腦上做進一步的練習。

2IPv6網絡技術實驗方案設計

為了取得理想的實驗教學效果，在實驗內容的選取上，一是要較好的覆蓋相關知識點，二是要設計好實驗方案，使實驗可操作性強，讓學生在上機實驗時目標明確。實驗項目的設計要在已有實驗環境條件下結合學生實際情況來進行，好的實驗項目能夠幫助學生較好的理解知識，達到理想的教學效果，在確定實驗項目時宜遵循以下原則:實驗項目的內容從簡到難，先從基本設置開始，解決連通性和基本應用問題，再逐步深入到具體協議的分析，在此基礎上，貼近業界當前實際網絡環境的需求，設計一些有實用價值的實驗，讓學生所學能派上用途。

2．1IPv6網絡實驗內容

選取在實驗內容的選取上，遵循由淺入深，循序漸進的原則，把實驗內容劃分為基礎性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗和探索性實驗四大類。有比較直觀的認識，掌握使用IPv6網絡的基本方法，結合掌握的IPv4相關知識，對比認識IPv6數據包格式，使學生對網絡協議內部的實現機制和在網絡中的實際傳輸情況有感性的認識，為后續的實驗打下基礎。

(1) 拓撲既可以作為整體進行復雜的網絡實驗，也可以只使用局部設備進行單一實驗。

(2)驗證性實驗:通過這幾個實驗，除了讓學生掌握網絡設備上IPv6相關基礎配置方法外，深入了解IPv6路由器請求(RS)、路由器宣告(RA)、鄰居請求(NS)和鄰居宣告(NA)的工作機制與工作細節。掌握IPv6網絡無服務器自動配置、路由器發現、前綴發現、地址解析、鄰居不可達檢測、鏈路MTU發現、下一跳決定和重復地址檢測等知識點。同時讓學生理解IPv6全局地址、鏈路本地地址和站點本地地址的功能，它們的作用范圍。

(3)綜合性實驗:通過這部分的實驗，讓學生掌握小規模網絡路由協議的配置方法，能根據網絡環境選擇合適的路由協議，深入理解RIPng和OSPFv3路由協議的工作原理。根據需要，能熟練進行OS-PFv3路由聚合，路由重分布配置。使學生掌握IPv6手工隧道、IPv6自動隧道、IPv6toIPv4隧道和IPv6ISATAP隧道的配置，了解這幾種隧道協議的功能，各自的適用場合。掌握IPv6環境下網絡訪問控制列表的配置方法，能根據訪問控制和網絡安全的需求，定義和部署合適的訪問控制列表。

(4)提高性實驗:這部分實驗可以讓學有余力的學生進行。通過這類實驗，使學生具備大規模復雜IPv6網絡的組網和配置能力。

2．2IPv6網絡實驗拓撲設計

(1)拓撲既可以作為整體進行復雜的網絡實驗，也可以只使用局部設備進行單一實驗。

(2)PC1為vmwareworkstation安裝的虛擬機系統，采用PC1和R6可以進行四個基礎性實驗。

(3)由R1、R2和R3設備組可以組成純IPv6網絡，完成IPv6靜態路由協議、RIPng路由協議、OS-PFv3路由協議和IPv6訪問控制列表等實驗，也可以完成幾個探索性實驗。

(4)R4和R5扮演雙協議棧路由器角色，R4和R5通過IPv4網絡互聯，在R4和R5設備上可以進行各類隧道協議的實驗，通過配置隧道協議，讓IPv6網絡孤島互相連接在一起。

(5)R5和R7也可以構成設備組，通過在R5上配置ISATAP隧道協議，讓R7下的主機接入IPv6網絡。

(6)在各類單一實驗完成后，可以讓學生進行綜合性的實驗，或者讓學生自己設計網絡拓撲進行各類實驗。

3實驗教學方案實踐

只有經過實踐，才能證明設計的實驗方案科學與否，能不能達到預期的目的，能不能得到學生的認可;也只有經過實踐，才能發現其中的不足之處，才能對方案進行改進與完善。實驗教學除了向學生傳授相關知識外，更重要的是培養學生獨立思考，操控網絡設備的技能及解決網絡工程問題的能力。要達到這些目的，除了因人施教和因材施教，還有很多有效的方法。

3．1基于以小組為實驗單位的網絡實驗團隊

作為一種正常現象，在一個班級中學生之間在學習能力、掌握知識能力等方面存在差異，容易讓我們忽視的是，能力強，學習好的同學往往喜歡就不清楚的問題向老師提問，學得差的同學反而比較“悶”，這些同學要么是還沒有發現實驗課程中的樂趣，要么是不習慣和教師交流。要解決這個問題，比較好的辦法是進行分組實驗，教師在劃分小組時應注意強弱合理搭配，以強幫弱。實驗過程中鼓勵弱勢學生積極參與，讓能力強、表現欲強的學生擔任組長，輔導同組同學，這樣做可以調動學生參加實驗的積極性，讓他們在實驗過程中獲得樂趣和別人的認可，同時也增強了學生的協調能力和團隊合作精神。在實踐過程中要注意和傳統分組實驗的差別，傳統分組實驗要么是因為實驗設備的限制，要么是因為實驗內容比較多，需要多人的協作而不得不分組。在我們的實驗方案中采用了虛擬實驗平臺，不存在這些限制，采用分組的目的是讓弱者變強，強者更強。在實驗過程中要靈活動態的進行考核，避免分組流于形式。

3．2增加實驗趣味，提高學生興趣

增加實驗趣味是實驗過程中的重要一環，要在實驗講解過程中引入真實網絡中的各類問題，讓這些問題與實驗結合在一起，要讓學生覺得他們所學內容能有實際用途。在教學過程中，利用學校已經部分接入CER-NET2的優勢，向學生展示了IPv6網絡的各種強大功能。比如學生看到我們能在線流暢的觀看高清電影、電視頻道，能以極高的網速在2分鐘內下載一部高清電影，他們的熱情和興趣立即被激發出來了。我們順勢向學生介紹下一代IPv6網絡發展的情況，在發展過程中碰到的一些問題，解決的方法，涉及到的一些技術，實驗中學習到的知識能派上什么用途，這樣做讓學生對學習充滿了期待。

3．3理論教學與實驗教學

要緊密結合在課程的教學中，理論是基礎，是源泉;實驗是理論的應用，是驗證，是理解。兩者雖有不同處，但又相輔相成，兩者都是能力的培養。教師必須讓讓學生明白理論教學和實驗教學的目的和關系，即理論學習理解實驗驗證再理解綜合性實驗思考設計性(提高性)實驗再學習的過程，完成對理論知識學習和實踐技能的培養。在實驗項目的次序安排上，應該把簡單的、趣味性高的項目安排在前面，讓學生能容易的進入狀態每個實驗項目都要提前做好相關指導手冊，要讓學生明確做什么，怎么做，結果是什么，怎么驗證結果的正確與否。關注學生在實驗過程中出現的一些共性問題，要及時的解決這些問題。

4結語

本文對實驗環境搭建、實驗內容的選擇、實驗拓撲的設計和實驗教學實踐幾個方面的內容進行了闡述。所設計的實驗教學方案在多個網絡工程專業的班級里進行了實踐。通過實驗，學生加深了對IPv6相關知識的理解，掌握了必要的技能，可以熟練對IPv6網絡進行配置。考核成績表明，本方案達到了預期的目標。實踐表明，在計算機網絡類課程的實驗教學中，如果實驗硬件條件缺乏，可以通過充分利用各種網絡仿真軟件、模擬軟件來突破實驗條件的限制，以達到相同的或更好的教學效果。

作者：李樹軍 單位：鹽城師范學院