网络工程实验教学改革与实验室改造

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【摘要】高校创新体系建设中一个重要的组成部分是实验室的建设，尤其是网络工程实验室的建设。现有的网络工程实验室设备利用率低，实验效率差，根据作者多年的教学经验，通过增加一些网络设备和软件，改变拓扑结构，提出了一个合理的实验室改造建设方案。经实践证明，改造建设之后的实验室解决了之前实验室的问题，教学效果良好。

【关键词】实验室建设；网络工程；网络设备；拓扑结构

1网络工程实验教学改革与实验室改造建设的重要性

实验教学和实验室建设是整个高等教育创新体系中的重要组成部分[1]。建立一流的网络工程实验室是产学研相结合的一种重要形式，对教学、科研有很好的促进作用，不仅有利于提高教师的工作积极性，同时还能提高学生的学习兴趣与实践操作能力，使学生在理论学习的基础上有针对性地实践操作，使学生就业时能多增加一种技能，提高就业率[2]。当前网络工程实验室拓扑结构为12组，每组6人。每组为一个子网，整个实验室做为一个统一的网络。每个学生在子网内做实验，也可以访问整个网络。组内有三层交换机、二层交换机、路由器等设备。学生在做实验时会用到不同的交换机、路有器等设备。通过对不同的设备设置时，现在采用的方法是通过RJ45水晶头与不同的交换机连接，这大大影响了设备的使用寿命。另外连接这些设备的网线连接方法（线序）也不一样。因此在做实验时，学生互相乱拿网线张冠李戴，导致现场很混乱，做实验的效率很低。本文通过增加一些设备和软件，改变拓扑结构，使对交换机、路由器等设备的设置不需要在设备端设置，而可以直接在组内的终端上对每台设备设置，从而提高实验的效率、设备的利用率和设备的寿命。根据本文的方法改造建设之后的网络工程实验室可以满足72人的实验规模。

2网络工程实验室设计思想

改造之后的网络工程实验室为每个实验组配置一个控制中心，该控制中心采用串行通信设备-串口服务器CCM-16。CCM（ConfigureControlModule）即调试控制模块，该控制模块作为每个实验组的核心设备，控制实验组中的其他网络设备，同时可以通过该控制模块上的网络接口连接到实验室中心的总的交换机上，实现所有的实验组互联，从而形成一个整体实验室。实验组中的每台学生机经改造后都配备两个网络接口：一个接口用于和中心交换机相连，由于此网线不可以拔掉，设置使用红色的网线，如下图中红线所示；另一个可用于设备调试，通过连接到网络拓扑中进行结果验证，用于验证结果的网线可随时拔掉，或插在别的实验设备上，设置为使用绿色网线。

3统一控制管理功能

改造后的实验室配合专为实验室用户研制开发的实验室管理系统LinkManagerNetCollege使用。该管理系统在web上进行操作，可以在不同时间不同地点统一控制管理设备，为管理员、学生、教师等不同的用户设置对应的权限，方便教学。所有用户只需在各自的浏览器中输入服务器的IP地址，通过用户名和密码进入系统中获取对应的权限，在不同终端下对设备的调试操作都会统一到该实验室管理系统LinkManagerNetCollege上。实验室管理系统软件LinkManagerNetCollege除了可以统一控制管理之外，还提供了以下功能，方便教学和管理设备。

3.1一目了然的UI界面

通过该软件可以一目了然地看到实验室的设备及其拓扑图，如图5所示。同时除了出厂设置之后，管理员可以提前在系统中为不同设备设置不同的配置，教师用户登录之后，可以对实验室中的任何设备进行“一键恢复”操作，恢复到出厂设置或者提前设置好的不同配置，用于不同的教学。例如进行排错课程的教授时，可使用该功能预先将错误的配置分发到学生设备上，让学生来更正。

3.2多人共享，分组教学，团队合作

多个用户可以同时访问同一设备，基于此为每个实验组分配6台终端供6个学生用户使用，每个学生都可以访问该实验组内通过CMM连接的每台网络设备，第一个访问设备的学生用户对该设备有写权限，之后进入的其他学生只有读权限。教师用户可以随时查看每台网络设备的配置情况，做到实时屏幕监控，随时收回写权限，协作指导教学。多人共享同一台设备，以6人一组的方式来学习，通过这种独立的分组设计，组与组之间的用户相互对立，避免了组与组之间的成员误操作或者恶意操作带来的危害。独立分组设计如图6所示。但是这种独立是相对的，管理员可以通过实验室中心交换机来解除访问控制，让组与组的成员能够访问到对方的CCM，组成更大的实验组进行综合实验。

3.3易用性，可扩展性，安全性

经改造之后的网络工程实验室具有很好的易用性，可扩展性和安全性：（1）易用性：每个实验组内设备可以自由组合，无需反复拔插配置口就能访问到组内所有设备。采用这种设计，学生在做实验时可以通过访问控制服务器对网络设备进行配置操作，而不需要反复插拔配置线，不仅可以方便学生操作，节约时间集中精力做实验，大大提高了实验教学的效率和秩序，方便教师对实验过程进行管理、监督、检验；同时也大大降低了由于传统实验形式下插拔配置线带来过高的硬件端口损坏率。（2）可扩展性：模块化的实验组设计给实验室带来扩展上的极大方便，由于场地问题物理实验组不能无限制增加，但是多个逻辑组可以组成综合实验组，公用1台CCM。另外，CCM具有16口、24口、32口不同规格的产品形态，可以满足不同规模的实验室需求。（3）安全性：所有人无法直接访问CCM，必须经过管理控制中心做映射和数据安全转换；所有用户必须经过身份认证才可进行系统；通过https加密访问。同时该系统可以提供危险命令过滤功能，还支持对危险命令的特殊参数不阻塞的功能。管理员可以任意配置危险命令，保护设备防止学生对设备进行了不可逆转的操作，提高设备安全性。

3.4全真实现串口访问功能，模拟现实配置环境

系统全真实现串口访问功能，不会出现因设备的IP地址被改错而远程无法访问的情况。通过CCM，即使设备的IP地址被修改错误，也不影响通过网络访问设备。全真模拟现实环境，学生用户登录系统后，单击设备，可以选择不同的配置环境进行学习：（1）可选择真实的超级终端的配置功能，轻松实现真实的超级终端串口配置练习环境；（2）选择telnet方式模拟超级终端的配置功能；（3）选择设备本身的web配置功能。

4结束语

本文通过增加一些设备和软件，改变拓扑结构，对网络工程实验室进行了改造建设。改造之后的实验室可以满足更多学生的实验规模，同时可以更方便地对设备进行设置，提高了实验的效率、设备的利用率和寿命，对设备管理和实践教学提供了很大便利。本方案已实际应用于本校好几届的学生，提高了学生的积极性和动手能力，教学效果良好，学生普遍好评。

参考文献：

［1］张新有，李成忠，田克．网络工程实验室建设与实验教学的探讨［J］．实验科学与技术，2005.12

［2］谢希仁．计算机网络［M］．北京：电子工业出版社，2000

［3］熊宏齐，戴玉蓉，郑佳茂．实验教学改革与实验室建设规划的研究与实践［J］．实验技术与管理，2008，25（10）

［4］魏小锐，李阳苹等．面向应用型人才培养的校企联合实验室建设与实践［J］．实验室研究与探索，2015，34（2）：231-234

［5］杨林．基于一键清除的网络实验室设计与实现［J］．通信技术，2008，41(6):49-51

作者：陆维 原鑫鑫 吕占陆 徐琛 单位：上海应用技术学院计算机科学与信息工程学院