網(wǎng)絡工程實驗室建設及實驗教學研究

陳俊健

［摘要］在高校計算機網(wǎng)絡教學中，網(wǎng)絡工程課程既是高等院校教學體系中的基礎課和主干課程之一，也是一門強調實踐性和應用性的專業(yè)課程。該課程的實驗教學環(huán)節(jié)不僅是課堂理論教學的深化，而且對于提高學生綜合素質和培養(yǎng)實際動手能力也起著決定性的作用。根據(jù)計算機網(wǎng)絡實驗教學的現(xiàn)狀和特點，本文結合學校實際情況，在實驗室建設、實驗教學體系和教學方式等方面進行了一些探討。

［關鍵詞］網(wǎng)絡工程；實驗室建設；實驗教學

［中圖分類號］TB-01 ［文獻標識碼］ Ａ ［文章編號］ １００９ — ２２３４（２０１２）０４ — ０194 — ０2

1 引言

網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展已成為承載信息經(jīng)濟運轉的高效平臺, 從而也帶來了對網(wǎng)絡技術人才需求量的不斷增長。然而，網(wǎng)絡技術人才的培養(yǎng)依賴于一定的辦學環(huán)境和優(yōu)良的師資條件〔1〕。嚴格的課程管理、優(yōu)質的課程資源和合理的人才培養(yǎng)方案固然是辦好網(wǎng)絡工程專業(yè)的前提條件, 但網(wǎng)絡工程實驗室的建設也非常緊迫和重要〔2〕。

我校網(wǎng)絡工程專業(yè)自開辦以來取得了一些成績，但網(wǎng)絡工程實驗室的建設跟經(jīng)濟發(fā)展的速度相比還比較滯后。一個完善的網(wǎng)絡工程實驗室建設要考慮到許多方面，其中，實驗室建設規(guī)劃和軟性教學服務為最重要的環(huán)節(jié)。

學校結合本專業(yè)的實際情況和其它學科的發(fā)展狀況，將特色和創(chuàng)新作為網(wǎng)絡工程實驗室建設的目標。于2011年建立了全新的網(wǎng)絡工程實驗室，希望它不僅成為人才培養(yǎng)的搖籃，而且成為任課教師專業(yè)發(fā)展及科研工作的重要基地。

2 網(wǎng)絡工程實驗室建設目標

網(wǎng)絡工程實驗室的建設整體框架分4橫1縱。4個橫向層次相互關聯(lián)，分別為上層提供服務，形成橫向層次關聯(lián)，為整個計算機網(wǎng)絡工程專業(yè)示范性學科建設的整體部份。1縱關聯(lián)4個橫向層次建設，為實驗室日常運維管理，它是保證整個實驗室順利開展、高效利用的基礎。網(wǎng)絡工程實驗室建設的主要目標是：

（1）滿足學校人才輸出的需要。基于學生個性、能力區(qū)別，高等院校計算機網(wǎng)絡人才輸出基本為設計咨詢人員、項目實施人員、網(wǎng)絡管理人員、業(yè)務銷售、商務助理等幾類〔3〕。實驗室建成后整體上可為以上幾類輸出人才提供教學、設備實操、項目演練、技能訓練，以及為學生提供專業(yè)的培訓服務，以增強個人專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力。

（2）滿足學校建立多樣化實驗環(huán)境的需要?？紤]到IT行業(yè)正按行業(yè)細分性發(fā)展，各行業(yè)對人才的行業(yè)理解能力日益突出。實驗室的建設要滿足學校相關學科的需要，從教學體系到硬件設備可模擬行業(yè)進行實驗〔4〕。如金融、政務、電子商務、企業(yè)信息化等行業(yè)實驗，打造行業(yè)技術突出的專業(yè)化精細人才。同時，提供標準的技術接口，學科可引入配套的實驗應用系統(tǒng)，進行整體信息化的設計與項目演練，打造應用細分化實驗，突破傳統(tǒng)實驗僅限于網(wǎng)絡層和系統(tǒng)層的應用局限〔5〕。

（3）滿足專業(yè)教師學習網(wǎng)絡、從事網(wǎng)絡技術研究和應用系統(tǒng)開發(fā)的需要。除了引入傳統(tǒng)網(wǎng)絡實驗的交換、路由、安全等技術外，網(wǎng)絡工程實驗室還引入3G、數(shù)據(jù)中心、云虛擬化等前沿技術實驗。一方面可以為精英式學生、學校教師提供前沿技術學習了解、專研的平臺條件，同時，也為引入完善的行業(yè)項目實驗提供了如3G接入，數(shù)據(jù)中心、信息安全設計等實驗支撐平臺，使實驗中心有條件模擬全面的綜合實驗項目。

（4）滿足實習基地建設的需要。為了使網(wǎng)絡工程學科能正常高效開展起來，學校學科建設和人才培養(yǎng)中，提供認證、雙師培訓、置換教材、技能競賽、行業(yè)實驗等服務，配合學校進行精英式教學課程、人才培養(yǎng)建設。同時提升建設效率，在短時間內即有明顯、創(chuàng)新的發(fā)展提升。同時加緊建設底層的硬件實驗設備，完全采用行業(yè)標準設備，技術全面、產(chǎn)品質量穩(wěn)定。

3 網(wǎng)絡工程實驗室建設規(guī)劃

如圖1所示，本實驗室共分為5個部份：連接區(qū)、教學管理區(qū)、學生區(qū)、教學實驗區(qū)、出口區(qū)。

（1）連接區(qū)。負責將整個實驗室各區(qū)域互聯(lián)，融合成有機的一體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，遠程操作管理。

（2）教學管理區(qū)。教師及管理員對整個實驗室資源、實驗課程進行統(tǒng)一分配、管理。

（3）學生區(qū)。參加實驗課程的學生區(qū)域。

（4）教學實驗區(qū)。實驗室實驗設備放置、連接、仿真區(qū)域。

（5）出口區(qū)。實驗室可通過出口區(qū)互聯(lián)到校園網(wǎng)，實驗室內學生可訪問教育網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)資源，同時將實驗室資源對外開放，進行遠程實驗。

學校網(wǎng)絡實驗室建設中，網(wǎng)絡實驗室的基本配置為7組標準實驗臺，可完成網(wǎng)絡交換及路由方面的全部實驗。在每個標準實驗為基礎構架，擴展功能實驗設備，建立細分型功能實驗組，進行相關內容實驗。

學校網(wǎng)絡工程實驗室建成后，應當滿足以下幾點要求：

（1）能夠與行業(yè)網(wǎng)絡設備、安全設備在統(tǒng)一管理下聯(lián)動進行實驗，可以通過拓撲管理功能靈活搭建網(wǎng)絡拓撲環(huán)境；

（2）可以提供多種網(wǎng)絡攻防實驗環(huán)境、行業(yè)特色業(yè)務實驗環(huán)境，能夠與其他設備配合模擬真實行業(yè)應用業(yè)務系統(tǒng)及其網(wǎng)絡環(huán)境；

（3）提供靈活可靠的管理方式，所有設備管理信息、拓撲信息可以快捷高效的統(tǒng)一進行配置管理；

（4）完善的遠程實驗功能，全部實驗室本地進行的實驗均可通過遠程實驗完成，提高實驗室利用效率。

4 網(wǎng)絡工程實驗室教學規(guī)劃

網(wǎng)絡工程實驗室采用RG-CVM1000銳捷云虛擬實驗平臺，云虛擬實驗平臺獨特的虛擬化技術能使設備將硬件性能發(fā)揮到最佳，并能夠完善的支持各種信息安全、應用系統(tǒng)的環(huán)境。它為高校的網(wǎng)絡工程實驗室提供了高性能、易使用、豐富實驗擴展的解決方案。

RG-CVM1000具有10個千兆以太網(wǎng)接口，其中8個以太網(wǎng)接口可以同時獨立進行實驗、外加1個CONSOLE口和1個MGT帶外管理口。由于采用先進的高性能多核處理器及大容量高速內存，可確保產(chǎn)品能夠滿足高性能要求。配置1塊液晶屏、2個USB口，設備運行信息、設備配置保存等功能都可以通過豐富的硬件配置來完成。

RG-CVM1000銳捷云虛擬實驗平臺能完成的實驗主要包括以下幾個部分：

（1）網(wǎng)絡工程基礎實驗

在網(wǎng)絡工程實驗室內，學生可以進行局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的組網(wǎng)、網(wǎng)絡通信編程實現(xiàn)、網(wǎng)絡七層協(xié)議的測試、lnternet技術的運用及各類服務器的配置等實驗。同時，也使學生在畢業(yè)時擴大了擇業(yè)的范圍，可以從事網(wǎng)絡技術工程師、網(wǎng)絡管理員等網(wǎng)絡技術類職業(yè)，就職于各網(wǎng)絡系統(tǒng)集成公司，或成為各種類型單位或公司的網(wǎng)絡管理員，這些對于學生來說都是具有現(xiàn)實意義的〔6〕。

根據(jù)學校的教學和課程安排需要，此次學校建設的網(wǎng)絡工程實驗臺能夠提供以下基本實驗內容：路由器、RIP路由協(xié)議、OSPF路由協(xié)議、廣域網(wǎng)技術、交換機接入及安全技術、無線網(wǎng)絡組建與配置、網(wǎng)管軟件RG-SNC等。

（2）網(wǎng)絡安全保障實驗

網(wǎng)絡安全領域已經(jīng)成為一個綜合、交叉的學科領域。網(wǎng)絡安全涉及到網(wǎng)絡通信、信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)等各個層面，它需要綜合利用計算機技術、網(wǎng)絡通信、電子電路技術、數(shù)學、物理等諸多學科的長期知識積累和最新研究成果〔7〕。網(wǎng)絡安全也是一個復雜的系統(tǒng)工程，它涉及到信息基礎建設、網(wǎng)絡與系統(tǒng)的構造、信息系統(tǒng)與業(yè)務應用系統(tǒng)的開發(fā)、信息安全的法律法規(guī)、安全管理體系等〔7〕。因此網(wǎng)絡安全是網(wǎng)絡通信應用領域安全防護問題的一門新興的應用學科。該學科交叉性多、邊緣性強、應用面寬，是一個龐大的學科群體系。

根據(jù)學校的教學和課程安排需要，可為學校開展的網(wǎng)絡安全實驗提供以下實驗內容：網(wǎng)絡訪問控制、網(wǎng)絡身份識別、網(wǎng)絡的攻防、VPN虛擬專網(wǎng)的搭建、網(wǎng)絡的綜合安全規(guī)劃等。

（3）IT運維實驗

IT運維實驗首先要解決網(wǎng)絡拓撲的問題，它展示了被管理網(wǎng)絡的真實情況，直觀的為網(wǎng)管人員提供了全網(wǎng)布局情況和設備運行情況〔8〕。學生可直接查看通過設備接入的在線學生狀態(tài)和信息,包括學生姓名、學生IP、交換機接口、在線時長等信息，更加清晰的呈現(xiàn)網(wǎng)內在線學生狀態(tài)。同時可分別從設備角度和軟件的角度對網(wǎng)內設備使用的軟件及版本情況進行分析，清晰展示當前網(wǎng)內設備軟件版本、設備型號和安裝數(shù)量，為學生整體的網(wǎng)絡規(guī)劃提供依據(jù)。

5 系統(tǒng)特點及創(chuàng)新之處

（1）支持復雜多樣的實驗環(huán)境

支持Windows2000、Windows xp、Windows 2003、Ubuntu、FreeBSD、Redhat Linux等豐富的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)內置木馬檢測、系統(tǒng)安全評估、弱口令破解、數(shù)據(jù)庫安全、信息安全風險評估等豐富的實驗環(huán)境。

（2）支持學生根據(jù)需求自定義并快速搭建、創(chuàng)造新的實驗環(huán)境

目前內置系統(tǒng)安全、木馬攻防、DDOS攻防、信息安全風險評估等多種網(wǎng)絡攻防實驗，后續(xù)可通過實驗擴展包擴展支持信息安全實驗、服務器實驗、行業(yè)特色應用系統(tǒng)實驗等更多實驗內容。實驗提供環(huán)境設計器、應用生成器、實驗設計器，幫助學生快速高效的完成不同應用環(huán)境下的實驗課件生成。

（3）支持搭建真實行業(yè)特色應用實驗環(huán)境

能夠提供多種真實行業(yè)特色應用系統(tǒng)實驗升級包，提供不同行業(yè)真實業(yè)務系統(tǒng)實驗環(huán)境。結合實驗室網(wǎng)絡、安全設備，完整模擬真實行業(yè)學生業(yè)務系統(tǒng)應用環(huán)境。

（4）簡便、可靠的管理方式

通過LIMP進行統(tǒng)一管理，靈活管理學生信息及使用權限，多樣化的課程、實驗管理，滿足學生不同的管理需要。設備支持帶外管理的管理方式，管理線路、實驗環(huán)境圖像傳輸線路與實驗線路分開，確保在復雜攻擊環(huán)境條件下不會對設備管理信息的通暢造成影響。同時設備自帶有一塊液晶屏，可直觀方便的了解設備的使用狀況，并可進行簡單配置操作。

（5）完善的遠程實驗支持

借助LIMP完善的遠程實驗功能，CVM能夠與NTC、LIMP配合形成完善的遠程實驗解決方案，大幅提高實驗室利用率；帶外管理的方式保障遠程實驗管理方便可靠。

6 結束語

網(wǎng)絡工程實驗室的建設和實驗教學的研究對改善高校辦學條件、提高實驗教學與科研質量、培養(yǎng)高素質的網(wǎng)絡技術人才具有十分重要的意義。但網(wǎng)絡工程實驗室的建設是一個長期的過程, 必須堅持先進性和實用性原則, 走標準化、通用化的道路。實驗教學應與學生真實應用環(huán)境結合，培養(yǎng)貼合行業(yè)需求的網(wǎng)絡人才。

〔參考文獻〕

〔1〕 楊建良.普通高校計算機網(wǎng)絡實驗室的規(guī)劃與設計〔J〕.實驗室研究與探索,2009,（04）.

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〔3〕 AndrewS.Tanenbanum.計算機網(wǎng)絡〔M〕.北京:清華大學出版社,2004.

〔4〕 張新有.網(wǎng)絡工程實驗環(huán)境建設探討〔J〕.計算機教育,2006，(01).

〔5〕 堯剛華.計算機網(wǎng)絡工程實驗室的建設與優(yōu)化研究〔J〕.科技與生活,2009，(22).

〔6〕 王艷麗,陰國富.計算機網(wǎng)絡工程實驗優(yōu)化探索〔J〕.現(xiàn)代電子技術,2008，(13)

〔7〕 朱凱杰,陶俊豐.關于在計算機網(wǎng)絡工程實訓教學中開展項目教學法的探討〔J〕.遼寧教育行政學院學報,2009，(06)

〔8〕 胡志凌.網(wǎng)絡實驗教學研究〔J〕.華中師范大學學報,2002，（01).

〔責任編輯：侯慶?！?/p>