網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)室改造

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【摘要】高校創(chuàng)新體系建設(shè)中一個(gè)重要的組成部分是實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，尤其是網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率低，實(shí)驗(yàn)效率差，根據(jù)作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)增加一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件，改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)室改造建設(shè)方案。經(jīng)實(shí)踐證明，改造建設(shè)之后的實(shí)驗(yàn)室解決了之前實(shí)驗(yàn)室的問(wèn)題，教學(xué)效果良好。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；網(wǎng)絡(luò)工程；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)室改造建設(shè)的重要性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是整個(gè)高等教育創(chuàng)新體系中的重要組成部分[1]。建立一流的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室是產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的一種重要形式，對(duì)教學(xué)、科研有很好的促進(jìn)作用，不僅有利于提高教師的工作積極性，同時(shí)還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐操作能力，使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上有針對(duì)性地實(shí)踐操作，使學(xué)生就業(yè)時(shí)能多增加一種技能，提高就業(yè)率[2]。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為12組，每組6人。每組為一個(gè)子網(wǎng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室做為一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)學(xué)生在子網(wǎng)內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，也可以訪問(wèn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。組內(nèi)有三層交換機(jī)、二層交換機(jī)、路由器等設(shè)備。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)用到不同的交換機(jī)、路有器等設(shè)備。通過(guò)對(duì)不同的設(shè)備設(shè)置時(shí)，現(xiàn)在采用的方法是通過(guò)RJ45水晶頭與不同的交換機(jī)連接，這大大影響了設(shè)備的使用壽命。另外連接這些設(shè)備的網(wǎng)線連接方法（線序）也不一樣。因此在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生互相亂拿網(wǎng)線張冠李戴，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)很混亂，做實(shí)驗(yàn)的效率很低。本文通過(guò)增加一些設(shè)備和軟件，改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使對(duì)交換機(jī)、路由器等設(shè)備的設(shè)置不需要在設(shè)備端設(shè)置，而可以直接在組內(nèi)的終端上對(duì)每臺(tái)設(shè)備設(shè)置，從而提高實(shí)驗(yàn)的效率、設(shè)備的利用率和設(shè)備的壽命。根據(jù)本文的方法改造建設(shè)之后的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室可以滿足72人的實(shí)驗(yàn)規(guī)模。

2網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)思想

改造之后的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室為每個(gè)實(shí)驗(yàn)組配置一個(gè)控制中心，該控制中心采用串行通信設(shè)備-串口服務(wù)器CCM-16。CCM（ConfigureControlModule）即調(diào)試控制模塊，該控制模塊作為每個(gè)實(shí)驗(yàn)組的核心設(shè)備，控制實(shí)驗(yàn)組中的其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)可以通過(guò)該控制模塊上的網(wǎng)絡(luò)接口連接到實(shí)驗(yàn)室中心的總的交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)所有的實(shí)驗(yàn)組互聯(lián)，從而形成一個(gè)整體實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)組中的每臺(tái)學(xué)生機(jī)經(jīng)改造后都配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口：一個(gè)接口用于和中心交換機(jī)相連，由于此網(wǎng)線不可以拔掉，設(shè)置使用紅色的網(wǎng)線，如下圖中紅線所示；另一個(gè)可用于設(shè)備調(diào)試，通過(guò)連接到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞M(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，用于驗(yàn)證結(jié)果的網(wǎng)線可隨時(shí)拔掉，或插在別的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，設(shè)置為使用綠色網(wǎng)線。

3統(tǒng)一控制管理功能

改造后的實(shí)驗(yàn)室配合專為實(shí)驗(yàn)室用戶研制開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)LinkManagerNetCollege使用。該管理系統(tǒng)在web上進(jìn)行操作，可以在不同時(shí)間不同地點(diǎn)統(tǒng)一控制管理設(shè)備，為管理員、學(xué)生、教師等不同的用戶設(shè)置對(duì)應(yīng)的權(quán)限，方便教學(xué)。所有用戶只需在各自的瀏覽器中輸入服務(wù)器的IP地址，通過(guò)用戶名和密碼進(jìn)入系統(tǒng)中獲取對(duì)應(yīng)的權(quán)限，在不同終端下對(duì)設(shè)備的調(diào)試操作都會(huì)統(tǒng)一到該實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)LinkManagerNetCollege上。實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)軟件LinkManagerNetCollege除了可以統(tǒng)一控制管理之外，還提供了以下功能，方便教學(xué)和管理設(shè)備。

3.1一目了然的UI界面

通過(guò)該軟件可以一目了然地看到實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備及其拓?fù)鋱D，如圖5所示。同時(shí)除了出廠設(shè)置之后，管理員可以提前在系統(tǒng)中為不同設(shè)備設(shè)置不同的配置，教師用戶登錄之后，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的任何設(shè)備進(jìn)行“一鍵恢復(fù)”操作，恢復(fù)到出廠設(shè)置或者提前設(shè)置好的不同配置，用于不同的教學(xué)。例如進(jìn)行排錯(cuò)課程的教授時(shí)，可使用該功能預(yù)先將錯(cuò)誤的配置分發(fā)到學(xué)生設(shè)備上，讓學(xué)生來(lái)更正。

3.2多人共享，分組教學(xué)，團(tuán)隊(duì)合作

多個(gè)用戶可以同時(shí)訪問(wèn)同一設(shè)備，基于此為每個(gè)實(shí)驗(yàn)組分配6臺(tái)終端供6個(gè)學(xué)生用戶使用，每個(gè)學(xué)生都可以訪問(wèn)該實(shí)驗(yàn)組內(nèi)通過(guò)CMM連接的每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，第一個(gè)訪問(wèn)設(shè)備的學(xué)生用戶對(duì)該設(shè)備有寫權(quán)限，之后進(jìn)入的其他學(xué)生只有讀權(quán)限。教師用戶可以隨時(shí)查看每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置情況，做到實(shí)時(shí)屏幕監(jiān)控，隨時(shí)收回寫權(quán)限，協(xié)作指導(dǎo)教學(xué)。多人共享同一臺(tái)設(shè)備，以6人一組的方式來(lái)學(xué)習(xí)，通過(guò)這種獨(dú)立的分組設(shè)計(jì)，組與組之間的用戶相互對(duì)立，避免了組與組之間的成員誤操作或者惡意操作帶來(lái)的危害。獨(dú)立分組設(shè)計(jì)如圖6所示。但是這種獨(dú)立是相對(duì)的，管理員可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中心交換機(jī)來(lái)解除訪問(wèn)控制，讓組與組的成員能夠訪問(wèn)到對(duì)方的CCM，組成更大的實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)。

3.3易用性，可擴(kuò)展性，安全性

經(jīng)改造之后的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室具有很好的易用性，可擴(kuò)展性和安全性：（1）易用性：每個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)設(shè)備可以自由組合，無(wú)需反復(fù)拔插配置口就能訪問(wèn)到組內(nèi)所有設(shè)備。采用這種設(shè)計(jì)，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)可以通過(guò)訪問(wèn)控制服務(wù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置操作，而不需要反復(fù)插拔配置線，不僅可以方便學(xué)生操作，節(jié)約時(shí)間集中精力做實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和秩序，方便教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行管理、監(jiān)督、檢驗(yàn)；同時(shí)也大大降低了由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)形式下插拔配置線帶來(lái)過(guò)高的硬件端口損壞率。（2）可擴(kuò)展性：模塊化的實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì)給實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)擴(kuò)展上的極大方便，由于場(chǎng)地問(wèn)題物理實(shí)驗(yàn)組不能無(wú)限制增加，但是多個(gè)邏輯組可以組成綜合實(shí)驗(yàn)組，公用1臺(tái)CCM。另外，CCM具有16口、24口、32口不同規(guī)格的產(chǎn)品形態(tài)，可以滿足不同規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室需求。（3）安全性：所有人無(wú)法直接訪問(wèn)CCM，必須經(jīng)過(guò)管理控制中心做映射和數(shù)據(jù)安全轉(zhuǎn)換；所有用戶必須經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證才可進(jìn)行系統(tǒng)；通過(guò)https加密訪問(wèn)。同時(shí)該系統(tǒng)可以提供危險(xiǎn)命令過(guò)濾功能，還支持對(duì)危險(xiǎn)命令的特殊參數(shù)不阻塞的功能。管理員可以任意配置危險(xiǎn)命令，保護(hù)設(shè)備防止學(xué)生對(duì)設(shè)備進(jìn)行了不可逆轉(zhuǎn)的操作，提高設(shè)備安全性。

3.4全真實(shí)現(xiàn)串口訪問(wèn)功能，模擬現(xiàn)實(shí)配置環(huán)境

系統(tǒng)全真實(shí)現(xiàn)串口訪問(wèn)功能，不會(huì)出現(xiàn)因設(shè)備的IP地址被改錯(cuò)而遠(yuǎn)程無(wú)法訪問(wèn)的情況。通過(guò)CCM，即使設(shè)備的IP地址被修改錯(cuò)誤，也不影響通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)設(shè)備。全真模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，學(xué)生用戶登錄系統(tǒng)后，單擊設(shè)備，可以選擇不同的配置環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)：（1）可選擇真實(shí)的超級(jí)終端的配置功能，輕松實(shí)現(xiàn)真實(shí)的超級(jí)終端串口配置練習(xí)環(huán)境；（2）選擇telnet方式模擬超級(jí)終端的配置功能；（3）選擇設(shè)備本身的web配置功能。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)增加一些設(shè)備和軟件，改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了改造建設(shè)。改造之后的實(shí)驗(yàn)室可以滿足更多學(xué)生的實(shí)驗(yàn)規(guī)模，同時(shí)可以更方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，提高了實(shí)驗(yàn)的效率、設(shè)備的利用率和壽命，對(duì)設(shè)備管理和實(shí)踐教學(xué)提供了很大便利。本方案已實(shí)際應(yīng)用于本校好幾屆的學(xué)生，提高了學(xué)生的積極性和動(dòng)手能力，教學(xué)效果良好，學(xué)生普遍好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者：陸維 原鑫鑫 呂占陸 徐琛 單位：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院