網絡工程實驗教學改革與實驗室改造
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【摘要】高校創新體系建設中一個重要的組成部分是實驗室的建設，尤其是網絡工程實驗室的建設。現有的網絡工程實驗室設備利用率低，實驗效率差，根據作者多年的教學經驗，通過增加一些網絡設備和軟件，改變拓撲結構，提出了一個合理的實驗室改造建設方案。經實踐證明，改造建設之后的實驗室解決了之前實驗室的問題，教學效果良好。
【關鍵詞】實驗室建設；網絡工程；網絡設備；拓撲結構
實驗教學和實驗室建設是整個高等教育創新體系中的重要組成部分[1]。建立一流的網絡工程實驗室是產學研相結合的一種重要形式，對教學、科研有很好的促進作用，不僅有利于提高教師的工作積極性，同時還能提高學生的學習興趣與實踐操作能力，使學生在理論學習的基礎上有針對性地實踐操作，使學生就業時能多增加一種技能，提高就業率[2]。當前網絡工程實驗室拓撲結構為12組，每組6人。每組為一個子網，整個實驗室做為一個統一的網絡。每個學生在子網內做實驗，也可以訪問整個網絡。組內有三層交換機、二層交換機、路由器等設備。學生在做實驗時會用到不同的交換機、路有器等設備。通過對不同的設備設置時，現在采用的方法是通過RJ45水晶頭與不同的交換機連接，這大大影響了設備的使用壽命。另外連接這些設備的網線連接方法（線序）也不一樣。因此在做實驗時，學生互相亂拿網線張冠李戴，導致現場很混亂，做實驗的效率很低。本文通過增加一些設備和軟件，改變拓撲結構，使對交換機、路由器等設備的設置不需要在設備端設置，而可以直接在組內的終端上對每臺設備設置，從而提高實驗的效率、設備的利用率和設備的壽命。根據本文的方法改造建設之后的網絡工程實驗室可以滿足72人的實驗規模。
2網絡工程實驗室設計思想
改造之后的網絡工程實驗室為每個實驗組配置一個控制中心，該控制中心采用串行通信設備-串口服務器CCM-16。CCM（ConfigureControlModule）即調試控制模塊，該控制模塊作為每個實驗組的核心設備，控制實驗組中的其他網絡設備，同時可以通過該控制模塊上的網絡接口連接到實驗室中心的總的交換機上，實現所有的實驗組互聯，從而形成一個整體實驗室。實驗組中的每臺學生機經改造后都配備兩個網絡接口：一個接口用于和中心交換機相連，由于此網線不可以拔掉，設置使用紅色的網線，如下圖中紅線所示；另一個可用于設備調試，通過連接到網絡拓撲中進行結果驗證，用于驗證結果的網線可隨時拔掉，或插在別的實驗設備上，設置為使用綠色網線。
3統一控制管理功能
改造后的實驗室配合專為實驗室用戶研制開發的實驗室管理系統LinkManagerNetCollege使用。該管理系統在web上進行操作，可以在不同時間不同地點統一控制管理設備，為管理員、學生、教師等不同的用戶設置對應的權限，方便教學。所有用戶只需在各自的瀏覽器中輸入服務器的IP地址，通過用戶名和密碼進入系統中獲取對應的權限，在不同終端下對設備的調試操作都會統一到該實驗室管理系統LinkManagerNetCollege上。實驗室管理系統軟件LinkManagerNetCollege除了可以統一控制管理之外，還提供了以下功能，方便教學和管理設備。
3.1一目了然的UI界面
通過該軟件可以一目了然地看到實驗室的設備及其拓撲圖，如圖5所示。同時除了出廠設置之后，管理員可以提前在系統中為不同設備設置不同的配置，教師用戶登錄之后，可以對實驗室中的任何設備進行“一鍵恢復”操作，恢復到出廠設置或者提前設置好的不同配置，用于不同的教學。例如進行排錯課程的教授時，可使用該功能預先將錯誤的配置分發到學生設備上，讓學生來更正。
3.2多人共享，分組教學，團隊合作
多個用戶可以同時訪問同一設備，基于此為每個實驗組分配6臺終端供6個學生用戶使用，每個學生都可以訪問該實驗組內通過CMM連接的每臺網絡設備，第一個訪問設備的學生用戶對該設備有寫權限，之后進入的其他學生只有讀權限。教師用戶可以隨時查看每臺網絡設備的配置情況，做到實時屏幕監控，隨時收回寫權限，協作指導教學。多人共享同一臺設備，以6人一組的方式來學習，通過這種獨立的分組設計，組與組之間的用戶相互對立，避免了組與組之間的成員誤操作或者惡意操作帶來的危害。獨立分組設計如圖6所示。但是這種獨立是相對的，管理員可以通過實驗室中心交換機來解除訪問控制，讓組與組的成員能夠訪問到對方的CCM，組成更大的實驗組進行綜合實驗。
3.3易用性，可擴展性，安全性
經改造之后的網絡工程實驗室具有很好的易用性，可擴展性和安全性：（1）易用性：每個實驗組內設備可以自由組合，無需反復拔插配置口就能訪問到組內所有設備。采用這種設計，學生在做實驗時可以通過訪問控制服務器對網絡設備進行配置操作，而不需要反復插拔配置線，不僅可以方便學生操作，節約時間集中精力做實驗，大大提高了實驗教學的效率和秩序，方便教師對實驗過程進行管理、監督、檢驗；同時也大大降低了由于傳統實驗形式下插拔配置線帶來過高的硬件端口損壞率。（2）可擴展性：模塊化的實驗組設計給實驗室帶來擴展上的極大方便，由于場地問題物理實驗組不能無限制增加，但是多個邏輯組可以組成綜合實驗組，公用1臺CCM。另外，CCM具有16口、24口、32口不同規格的產品形態，可以滿足不同規模的實驗室需求。（3）安全性：所有人無法直接訪問CCM，必須經過管理控制中心做映射和數據安全轉換；所有用戶必須經過身份認證才可進行系統；通過https加密訪問。同時該系統可以提供危險命令過濾功能，還支持對危險命令的特殊參數不阻塞的功能。管理員可以任意配置危險命令，保護設備防止學生對設備進行了不可逆轉的操作，提高設備安全性。
3.4全真實現串口訪問功能，模擬現實配置環境
系統全真實現串口訪問功能，不會出現因設備的IP地址被改錯而遠程無法訪問的情況。通過CCM，即使設備的IP地址被修改錯誤，也不影響通過網絡訪問設備。全真模擬現實環境，學生用戶登錄系統后，單擊設備，可以選擇不同的配置環境進行學習：（1）可選擇真實的超級終端的配置功能，輕松實現真實的超級終端串口配置練習環境；（2）選擇telnet方式模擬超級終端的配置功能；（3）選擇設備本身的web配置功能。
4結束語
本文通過增加一些設備和軟件，改變拓撲結構，對網絡工程實驗室進行了改造建設。改造之后的實驗室可以滿足更多學生的實驗規模，同時可以更方便地對設備進行設置，提高了實驗的效率、設備的利用率和壽命，對設備管理和實踐教學提供了很大便利。本方案已實際應用于本校好幾屆的學生，提高了學生的積極性和動手能力，教學效果良好，學生普遍好評。
參考文獻：
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［3］熊宏齊，戴玉蓉，鄭佳茂．實驗教學改革與實驗室建設規劃的研究與實踐［J］．實驗技術與管理，2008，25（10）
［4］魏小銳，李陽蘋等．面向應用型人才培養的校企聯合實驗室建設與實踐［J］．實驗室研究與探索，2015，34（2）：231-234
［5］楊林．基于一鍵清除的網絡實驗室設計與實現［J］．通信技術，2008，41(6):49-51
作者：陸維 原鑫鑫 呂占陸 徐琛 單位：上海應用技術學院計算機科學與信息工程學院