電子教室系統(tǒng)在跨網(wǎng)絡(luò)跨計算機實驗室環(huán)境下集控應用的技術(shù)實現(xiàn)

沈藝敏

摘 ? 要：為解決大班教學、實訓或大型技能培訓場景中，多間計算機實驗室使用電子教室系統(tǒng)集控授課的技術(shù)實現(xiàn)問題，本文以使用最廣泛的極域電子教室系統(tǒng)為例，在捕獲分析電子教室通信數(shù)據(jù)機制的基礎(chǔ)上，經(jīng)反復測試和應用實踐，提出一套行之有效、普適性強的跨網(wǎng)段、跨實驗室電子教室集控教學技術(shù)解決方案。

關(guān)鍵詞：電子教室 ?跨網(wǎng)段 ?組播路由

中圖分類號：G434 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0218-02

在計算機類實驗實訓教學中，具有“廣播教學”、“多屏互動”、“文件分發(fā)”、“在線研討”等多種教學功能的電子教室軟件，已成為不可或缺的計算機實驗教學手段。受限于單一實驗室的計算機數(shù)，在大班教學、實訓或集中培訓場景中，授課教師需要使用教師端的電子教室軟件同時控制多間實驗室的學生端計算機進行教學，滿足對計算機數(shù)量、座位數(shù)的剛性需求。

在規(guī)范的校園網(wǎng)環(huán)境下，為使不同的計算機實驗室獨立運行、互不干擾，各實驗室往往分配在不同的VLAN和IP網(wǎng)段內(nèi)，各實驗室之間為網(wǎng)絡(luò)隔離狀態(tài)，電子教室教師端只能與同一實驗室內(nèi)的學生端計算機交互。因計算機座數(shù)不足，需要多間實驗室集控教學時，管理員一般采用在多間實驗室間臨時敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)線路，修改計算機IP地址，將多間計算機實驗室終端連接到同一網(wǎng)段的方法。該方法人工消耗大，實施和恢復過程中繁瑣往復效率低，且在實驗室間物理距離超過百米或臨時布線難度大時，幾無可操作性。

為解決電子教室軟件跨網(wǎng)段、跨計算機實驗室集群使用的技術(shù)問題，本文以極域電子教室系統(tǒng)為例，在對該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)捕獲分析的基礎(chǔ)上，使用組播路由技術(shù)及一系列配套技術(shù)方法，實現(xiàn)電子教室軟件跨網(wǎng)絡(luò)、跨實驗室的集控教學應用。

1 ?極域電子教室軟件的組播通信機制分析

使用Omnipeek捕獲極域電子教室軟件通信過程，可分析出該電子教室軟件在教師端、學生端交互過程中，均采用組播協(xié)議進行通信。

（1）軟件啟動時發(fā)送IGMP消息加入組播組。

（2）教師端使用組播地址224.50.50.42發(fā)現(xiàn)學生端，學生端使用組播地址225.2.2.111加入教師端群組。

（3）教師端使用組播地址225.2.2.11控制學生端，發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)廣播投屏教學演示。

由此得出，解決跨網(wǎng)段、跨實驗室使用極域電子教室軟件的技術(shù)關(guān)鍵，在于實現(xiàn)組播路由互通。

2 ?集控數(shù)學應用

利用樓層或匯聚三層交換機的組播路由功能，實現(xiàn)極域電子教室跨網(wǎng)段、跨實驗室的集控教學應用。

在連接各實驗室的樓層交換機或匯聚交換機上，配置組播路由轉(zhuǎn)發(fā)，是實現(xiàn)極域電子教室跨網(wǎng)段、跨實驗室集控應用的最便捷方法，但依賴于交換機功能和性能條件，受限于校園網(wǎng)部署模式和實驗室分布情況，僅在滿足以下網(wǎng)絡(luò)條件時可用。

（1）各計算機實驗室網(wǎng)關(guān)配置在樓層或匯聚交換機上，實驗室內(nèi)未設(shè)置網(wǎng)關(guān)服務(wù)器或交換機。

（2）樓層或匯聚交換機為支持組播路由技術(shù)的三層交換機。

（3）一般情況下，需集控使用電子教室軟件的實驗室應分布在同一樓宇內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)邏輯上連接至同一樓層或匯聚交換機，避免跨區(qū)域的多跳組播路由轉(zhuǎn)發(fā)。

滿足以上條件時，在樓層或匯聚三層交換機上按需開啟組播路由，即可實現(xiàn)極域電子教室的跨網(wǎng)段、跨實驗室集控使用。以思科交換機為例，設(shè)VLAN10為實驗室1，VLAN11為實驗室2，VLAN12為實驗室3，3間實驗室需在同1個電子教室教師端下集控使用，配置命令如下。

3750（config）#interface vlan 10 - 12

3750（config-if）#ip pim dense-mode

或

3750（config-if）#ip pim sparse-mode

3 ?實現(xiàn)技術(shù)步驟

使用Intel網(wǎng)卡PROSet高級服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動和windows server的組播路由功能，實現(xiàn)極域電子教室跨網(wǎng)段、跨實驗室集控應用，具體實現(xiàn)技術(shù)步驟如下。

（1）固定安置一臺2008 R2或更高版本的Windows server操作系統(tǒng)的服務(wù)器或PC，配置至少一塊支持Intel PROSet高級網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動的網(wǎng)卡（如Intel 82574千兆網(wǎng)卡），連接至實驗室所在樓層或樓宇交換機的trunk模式接口。

（2）安裝Intel網(wǎng)卡PROSet高級服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，在網(wǎng)卡高級配置中，添加需集控的各實驗室所在VLAN ID，系統(tǒng)將在控制面板的網(wǎng)絡(luò)連接頁面，生成與各VLAN ID對應的虛擬網(wǎng)卡。

（3）為生成的各VLAN ID對應虛擬網(wǎng)卡配置相應網(wǎng)段IP地址。

（4）開啟系統(tǒng)的“路由和遠程訪問”功能。

（5）在服務(wù)器管理器中，依次展開“角色”→“網(wǎng)絡(luò)策略和訪問服務(wù)”→“路由和遠程訪問”→“IPV4”，在IPV4下的“常規(guī)”選項卡上點擊右鍵菜單的“新增路由協(xié)議”一項，選擇添加“IGMP”，開啟組播路由功能。

（6）在上一步操作界面上，右擊“IGMP”，選擇“新增接口”，將需要跨網(wǎng)段集控使用的VLAN ID對應虛擬網(wǎng)卡逐次添加，設(shè)置為IGMP路由器模式。

至此，相應計算機實驗室已可集控在同一電子教室軟件教師端中教學使用。該實現(xiàn)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 ?跨網(wǎng)段、跨實驗室集控使用電子教室軟件的實現(xiàn)技術(shù)總結(jié)

電子教室軟件由廣播通信機制向組播通信機制的升級，不僅實現(xiàn)了性能的大幅提升，避免了無謂的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泛濫損耗，同時為電子教室應用跨網(wǎng)段、跨實驗室集控教學奠定了可行性基礎(chǔ)。

前述兩種實現(xiàn)技術(shù)方法相比較，使用windows server架設(shè)組播路由的方式幾乎不存在限制性條件，構(gòu)建更靈活，普適性更強，從校園網(wǎng)整體規(guī)劃的高度看，能將組播流量最小化控制在所需傳輸范圍內(nèi)，有效避免組播流量擴散沖突，管理操作也更適合實驗室管理員獨立掌控，是本文推薦使用的最佳實現(xiàn)技術(shù)方法。

參考文獻

[1] 丁小勇.極域多媒體電子教室軟件與DOS批處理文件管理學生機的探究[J].花炮科技與市場，2018（4）：157.

[2] 吳昕妍.計算機教學中極域多媒體電子教室的應用研究[J].淮南職業(yè)技術(shù)學院學報，2018，18（6）：82-83.