基于PT的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系構(gòu)建與應(yīng)用

徐濟(jì)成

摘要：針對(duì)高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，充分利用PT仿真平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，按照專業(yè)核心課程和實(shí)訓(xùn)能力梯級(jí)構(gòu)建了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。通過(guò)分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)核心課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，在該體系下基于PT完成了實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施。實(shí)踐表明，該體系能有效提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)訓(xùn)技能。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；專業(yè)核心課程；PT仿真平臺(tái)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系

中圖分類號(hào)：TP393.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2019）19-69-3

0引言

在高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)過(guò)程中，一般均需學(xué)生綜合掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全管理以及網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐等方面的知識(shí)和技能[1]。教師要全面完成這些內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，往往需要復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)環(huán)境和相關(guān)的驗(yàn)證測(cè)試設(shè)備，并且這些設(shè)備具有專業(yè)性強(qiáng)和普適率低的特點(diǎn)，僅限于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本專業(yè)的學(xué)生實(shí)訓(xùn)使用，造成了教學(xué)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。此外，部分網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)驗(yàn)易對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和操作系統(tǒng)等造成損壞，甚至對(duì)整個(gè)實(shí)訓(xùn)室的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響或危害。當(dāng)前，虛擬仿真技術(shù)發(fā)展迅速，很多實(shí)力雄厚的廠商陸續(xù)推出了針對(duì)自身設(shè)備的虛擬仿真平臺(tái)，也有不少優(yōu)秀的第三方虛擬仿真軟件涌現(xiàn)。這些仿真平臺(tái)能夠形象地模擬真實(shí)的物理設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)、防火墻、VPN、IDS以及IPS等。教師和學(xué)生可以在平臺(tái)中搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直接操作相關(guān)設(shè)備，獲得和操作真實(shí)設(shè)備近乎相同的體驗(yàn)。因此，利用仿真平臺(tái)構(gòu)建一套切實(shí)可行的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，對(duì)于節(jié)約實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源、提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果和學(xué)生的專業(yè)技能具有重要的意義。

1 PT仿真平臺(tái)

PT是Cisco公司開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，目前最新的7.1版本已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)CCNA級(jí)別的全部實(shí)驗(yàn)和部分CCNP實(shí)驗(yàn)，甚至可以支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)[2]。

PT具有仿真范圍廣、仿真程度高的特點(diǎn)，相比其他仿真平臺(tái)，主要具備以下3方面優(yōu)勢(shì)[3]：

①支持硬件設(shè)備仿真。包括路由器、交換機(jī)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備、仿真廣域網(wǎng)設(shè)備及連接線纜等，這些仿真設(shè)備還能添加各種模塊，并提供圖片樣式，具有很好的直觀效果。

②支持多協(xié)議模型。在模擬模式下可以觀察數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程，并能查看每個(gè)數(shù)據(jù)包的報(bào)文結(jié)構(gòu)，使抽象的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更加具體。

③支持活動(dòng)向?qū)Чδ??；顒?dòng)向?qū)且粋€(gè)評(píng)估工具，在教學(xué)中能起到引導(dǎo)學(xué)生交互實(shí)驗(yàn)、協(xié)助教師制作網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課件的作用。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求提前完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并寫(xiě)出每一個(gè)步驟的配置說(shuō)明，設(shè)置各關(guān)鍵點(diǎn)得分，學(xué)生可按照要求逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

鑒于PT仿真平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中已廣泛使用。但到目前為止，還未針對(duì)該平臺(tái)建立一套相對(duì)完備的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。

2實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的構(gòu)建

2.1實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系的總體框架

目前，高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)的核心課程大致包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全管理以及網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐等[4]。按照實(shí)訓(xùn)課程的能力梯級(jí)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)劃分到基礎(chǔ)類實(shí)訓(xùn)課程，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全管理劃分到提升型實(shí)訓(xùn)課程，網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐劃分到綜合性實(shí)訓(xùn)課程。在此基礎(chǔ)上，充分利用PT網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類實(shí)訓(xùn)課程的驗(yàn)證式實(shí)訓(xùn)、提升型實(shí)訓(xùn)課程的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)訓(xùn)以及綜合性實(shí)訓(xùn)課程的項(xiàng)目導(dǎo)向式實(shí)訓(xùn)[5]，構(gòu)建基于PT的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，該體系的總體框架如圖1所示。

2.2實(shí)訓(xùn)內(nèi)容分析

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容主要涵蓋網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分析、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的部署、網(wǎng)絡(luò)安全管理以及網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐等。結(jié)合PT的仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，對(duì)每一部分的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行如下分析[6]：

①網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)涉及到的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括IP地址與子網(wǎng)劃分、局域網(wǎng)的組建、常用網(wǎng)絡(luò)命令的使用以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本工作原理等。

②網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置涉及到的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括路由器的基本配置與管理、靜態(tài)路由協(xié)議、動(dòng)態(tài)路由協(xié)議、NAT、交換機(jī)的基本配置與管理、VLAN劃分及生成樹(shù)協(xié)議等。

③網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析涉及到的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)的封裝與解封裝、協(xié)議分析工具的使用、鏈路層協(xié)議分析、ARP協(xié)議分析、ICMP協(xié)議分析、IP選路協(xié)議分析、TCP及應(yīng)用協(xié)議分析、UDP及應(yīng)用協(xié)議分析等。

④網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署涉及到的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括Web服務(wù)器的部署、DNS服務(wù)器的部署、FTP服務(wù)器的部署、郵件服務(wù)器的部署及DHCP服務(wù)器的部署等。

⑤網(wǎng)絡(luò)安全管理涉及到的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括交換機(jī)端口安全的配置、訪問(wèn)控制列表的配置、ASA防火墻的配置與使用及VPN接入等。

⑥網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐涉及到的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)、IP地址與VLAN規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與協(xié)議配置等。

2.3實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

通過(guò)分析專業(yè)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合PT仿真平臺(tái)提供的仿真模塊[7]，對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行了定制化設(shè)計(jì)。如表1所示，共包括14個(gè)驗(yàn)證式實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、21個(gè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以及5個(gè)項(xiàng)目導(dǎo)向式實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分利用PT網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)提供的活動(dòng)向?qū)Чδ?，緊緊圍繞4種設(shè)計(jì)要素完成了實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的程序化，如圖2所示。

①實(shí)訓(xùn)案例：將實(shí)訓(xùn)任務(wù)情境化并融入實(shí)訓(xùn)目標(biāo)，呈現(xiàn)在PT仿真平臺(tái)中；

②網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌焊鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)情境選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在PT仿真平臺(tái)中繪制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

③答案網(wǎng)絡(luò)：正確配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將配置后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)置為答案網(wǎng)絡(luò)[8]；

④評(píng)估參數(shù)：根據(jù)答案網(wǎng)絡(luò)設(shè)置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的考核要點(diǎn)和分值。

2.4實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成后，PT仿真平臺(tái)會(huì)生成一個(gè)后綴名為pka的文件，授課教師將該文件分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)PT仿真平臺(tái)呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。同時(shí)，PT仿真平臺(tái)依據(jù)活動(dòng)向?qū)е性O(shè)置的考核要點(diǎn)和分值[9]，實(shí)時(shí)將學(xué)生的完成情況以百分比的形式呈現(xiàn)出來(lái)，如圖3所示。

3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

該實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系構(gòu)建以后，從2015-2016年第二學(xué)期開(kāi)始應(yīng)用于本校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)所有班級(jí)的相關(guān)課程。為了對(duì)該體系的應(yīng)用效果進(jìn)行實(shí)證分析，統(tǒng)計(jì)了自2014-2015年第一學(xué)期以來(lái)各個(gè)學(xué)期本校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)考試通過(guò)率和技能認(rèn)證考試通過(guò)率2項(xiàng)指標(biāo)。

綜合實(shí)訓(xùn)和技能認(rèn)證考試通過(guò)率變化曲線圖如圖4所示，虛線左側(cè)為應(yīng)用前的數(shù)據(jù)，虛線右側(cè)為應(yīng)用后的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比應(yīng)用前和應(yīng)用后的這2項(xiàng)指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用基于PT的課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系有效提高了學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)考試的通過(guò)率和技能認(rèn)證考試的通過(guò)率，對(duì)于提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)訓(xùn)技能起到了很好的支撐作用。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析專業(yè)核心課程和實(shí)訓(xùn)能力梯級(jí)，在PT網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)構(gòu)建了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系并應(yīng)用到專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中，明顯提升了實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。后期將在該體系下繼續(xù)加大實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)應(yīng)用，通過(guò)反復(fù)迭代，不斷完善和豐富計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，進(jìn)一步提升專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

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