林德強

摘 要 “計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”是計算機應(yīng)用專業(yè)的必修課程之一，是一門理論性很強的課程。傳統(tǒng)的教學(xué)方法大多以理論為主，不益于激發(fā)學(xué)生興趣。本文討論了網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)、實驗內(nèi)容設(shè)計等方面。通過角色扮演讓學(xué)生真正融入到實驗教學(xué)中，調(diào)動學(xué)生主動性，提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)實驗室 RCMS控制服務(wù)器 項目式實驗

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.02.044

隨著社會信息化的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)給我們的生活、學(xué)習(xí)、工作帶來了翻天覆地的變化。而“計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”作為高校計算機應(yīng)用專業(yè)的一門核心課程，是其他計算機專業(yè)課程的基礎(chǔ)，對于計算機專業(yè)學(xué)生的后續(xù)課程起著至關(guān)重要的作用。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)的意義及現(xiàn)狀

1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)的意義

計算機網(wǎng)絡(luò)課程中涉及了大量的概念、定義和協(xié)議等，而這些內(nèi)容大都運行于計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部，非常抽象、空洞，僅僅通過理論教學(xué)很難讓學(xué)生理解和掌握。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)有一定的難度，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）課程理論性較強，涉及的知識點抽象，不易理解，如網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議。（2）傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式以傳輸理論為主，這樣的課堂必將依托老師為中心，極大地限制了學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新能力。（3）計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展非常迅速，如何能緊跟技術(shù)發(fā)展，保障教學(xué)內(nèi)容不過時，也是一個重要問題。

實驗教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生將理論聯(lián)系實際的最好途徑。例如通過協(xié)議分析軟件（如sniffer）捕獲網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)報文進行分析，讓學(xué)生更直觀地理解協(xié)議的構(gòu)成和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的本質(zhì)。再者實驗環(huán)節(jié)也是最能激發(fā)學(xué)生興趣，通過不同的線纜、將不同的設(shè)備連接起來，學(xué)生通過相應(yīng)配置實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通。學(xué)生容易取得成就感，調(diào)動積極性。因此，優(yōu)秀的實驗教學(xué)設(shè)計對于學(xué)生學(xué)好本門課程，建立信心有著至關(guān)重要的作用。

1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

（1）缺乏配套的網(wǎng)絡(luò)實驗室。網(wǎng)絡(luò)實驗室是開展實驗教學(xué)的場所，其配套的軟硬件資源是實驗環(huán)節(jié)的根本，但由于網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的設(shè)備資源購置成本高（如路由器、防火墻等），有些高校的教學(xué)長期徘徊在課堂講授和書本上，教學(xué)效果很不理想。

（2）實驗內(nèi)容設(shè)計不科學(xué)。各高校因師資、硬軟件設(shè)施等差異，造成實驗內(nèi)容差異大，部分高校的實驗教學(xué)僅是照本宣科，教學(xué)形式單一呈現(xiàn)為課堂講授，使得學(xué)生缺乏實踐機會。有些高校以書本理論為基礎(chǔ)開展實驗，各知識章節(jié)實驗獨立，缺乏聯(lián)系，不利于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

2 網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)實驗室是開展實驗教學(xué)的根本，網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)可根據(jù)經(jīng)費投入分兩種方式計劃。

2.1 以軟件模擬為主

目前計算機房是高校的基本配置，可以在機房環(huán)境上部署各類網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，如Cisco Packet Tracer、net bison、sniffer、Ethereal、Tcpdump等，通過軟件模擬實驗環(huán)境，再配以HUB、交換、路由等低成本設(shè)備作為互聯(lián)示意，完成實驗教學(xué)。可以開展的實驗有各類交換、路由技術(shù)、以太網(wǎng)幀的構(gòu)成、ARP協(xié)議及數(shù)據(jù)包構(gòu)成、IP控制管理協(xié)議、TCP、UDP協(xié)議及通訊原理、SNMP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用層協(xié)議等。

其優(yōu)點是投入成本低，無需購買昂貴的專業(yè)設(shè)備，以軟件為主，省去了反復(fù)連接線纜的步驟，可以靈活的開展實驗，不受時間地域限制，學(xué)生上手快。缺點是簡單設(shè)備作為互聯(lián)示意，缺乏通用性，學(xué)生無法通過實驗掌握復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲，無法形成對真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的直觀理解。

2.2 以真實設(shè)備為主

如果在經(jīng)費條件允許的情況下，購買專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過實際設(shè)備鍛煉學(xué)生的動手實踐能力，達到學(xué)習(xí)的最佳效果。

其中實驗室內(nèi)部按照功能可分為教學(xué)區(qū)，學(xué)生操作區(qū)、設(shè)備互聯(lián)區(qū)、應(yīng)用服務(wù)部署區(qū)四個區(qū)域。教學(xué)區(qū)開展實驗教學(xué)活動，進行現(xiàn)場演示；學(xué)生操作區(qū)完成線纜制作、測試、設(shè)備調(diào)試等；設(shè)備互聯(lián)區(qū)完成設(shè)備的互聯(lián)互通，集中管理；各類應(yīng)用服務(wù)器調(diào)試完畢后，集中部署區(qū)于應(yīng)用服務(wù)部署區(qū)，類似于真實網(wǎng)絡(luò)中的DMZ區(qū)域，與真實環(huán)境對應(yīng)，便于后續(xù)實驗中網(wǎng)絡(luò)策略的調(diào)試與部署。

設(shè)備互聯(lián)區(qū)可通過RCMS控制服務(wù)器方式進行管理，RCMS是一款專門針對網(wǎng)絡(luò)實驗室而開發(fā)的控制和管理服務(wù)器，它能統(tǒng)一管理和控制實驗臺上的多臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無需拔插網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的console線，便可以實現(xiàn)同時管理和控制多臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。其本質(zhì)是在一臺主設(shè)備的異步接口通過CAB-OCTAL-ASYNC電纜連接其他實驗設(shè)備console接口，通過遠程方訪問主設(shè)備對其他實驗設(shè)備進行集中管理和調(diào)試。

各實驗設(shè)備之間可以通過路由器的串行接口（Serial）、以太網(wǎng)口（Ethernet）進行多鏈路互聯(lián)，實現(xiàn)全毗鄰關(guān)系。在實驗時通過配置對應(yīng)接口和線路在邏輯上實現(xiàn)互聯(lián)關(guān)系，完成組網(wǎng)。避免了重復(fù)插拔線纜的工作，同時也避免的設(shè)備接口的損耗。圖1為北京聯(lián)合大學(xué)文理學(xué)院網(wǎng)絡(luò)實驗室的設(shè)備互聯(lián)拓撲。

其中RCMS控制服務(wù)器中主設(shè)備的關(guān)鍵配置如下：

RCMS控制服務(wù)器可以設(shè)定多種登陸權(quán)限，保護設(shè)備的安全性。如，RCMS使用二級密碼機制，實驗室管理員使用level 15的密碼，可以執(zhí)行所有的指令。而學(xué)生使用level 14的密碼，不能執(zhí)行delete、rename、format、copy等可以對路由器的操作系統(tǒng)造成破壞的敏感指令。RCMS還提供“一鍵清”功能，在教師管理用機上簡單一個命令，就可以統(tǒng)一清除實驗臺上所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，方便學(xué)生多次實驗。

以硬件為主的建設(shè)方式初期投入高，后期為保證與主流技術(shù)同步，可定期更新設(shè)備板卡、模塊和線纜，并且及時升級設(shè)備IOS。由于學(xué)生可以通過實物開展實驗，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、環(huán)境、配置方式和拓撲結(jié)構(gòu)等都有直觀的理解，再配以科學(xué)的實驗內(nèi)容，可以取得很好的教學(xué)效果。

3 實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

實驗環(huán)境是基礎(chǔ)，實驗內(nèi)容是靈魂。好的實驗內(nèi)容設(shè)計應(yīng)聯(lián)系實際，以應(yīng)用為主導(dǎo)，學(xué)以致用。實驗內(nèi)容可分為兩類：基礎(chǔ)式實驗和項目式實驗。

3.1 基礎(chǔ)式實驗

可按網(wǎng)絡(luò)層次劃分，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層等。其中各層次的實驗有包括多個。如數(shù)據(jù)鏈路層實驗包括交換協(xié)議分析、生成樹應(yīng)用與配置、VLAN應(yīng)用與配置、PPP應(yīng)用與配置等。

各層次實驗可劃分模塊，在每個知識章節(jié)完畢后進行練習(xí)。并且結(jié)合不同章節(jié)知識點，聯(lián)系實際應(yīng)用把各個單獨的模塊自由組合，教師給出實際需求，讓學(xué)生自主設(shè)計組合完成。如鏈路層實驗?zāi)K有生成樹STP、虛擬專網(wǎng)VALN以太網(wǎng)通道和PPP鏈路捆綁等。通過理論結(jié)合實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以給出基于數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)備份方案設(shè)計，讓學(xué)生自主選擇技術(shù)并實現(xiàn)。設(shè)計方案可以是MSTP+VLAN技術(shù)、EthernetChannel+VLAN或PPP鏈路捆綁等多種組合。通過模塊化的方式拓展了實驗的靈活性，以學(xué)生為主導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的意識和能力。

3.2 項目式實驗

凱茲博士提出了以學(xué)生為本的教學(xué)方法——項目式教學(xué)模式，主要的教學(xué)方式是以學(xué)生為主，教師為輔指導(dǎo)學(xué)生完成項目學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生自主完成教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生有組織地、有計劃地自我安排學(xué)習(xí)行為，處理解決項目困難和問題。這種學(xué)習(xí)方式極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和積極性，提升了學(xué)習(xí)興趣。項目化學(xué)習(xí)模式也成為以學(xué)生為主教學(xué)方式的典型性范例。項目式實驗教學(xué)方法被認為是計算機學(xué)科教育中非常有效的方法，該方法的特點包括：（1）具有系統(tǒng)性、整體性和相互關(guān)聯(lián)的特點。（2）與現(xiàn)實生活或工程實際緊密相關(guān)。（3）融合了問題教學(xué)法和探究教學(xué)法，老師設(shè)計項目，學(xué)生在完成項目的過程中，發(fā)現(xiàn)問題、探索問題并最終解決問題。

結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)項目，可將項目式實驗分為四個階段：需求、設(shè)計、實施、維護與測試。

項目內(nèi)容結(jié)合書本教授的進度，以周期性方式開展。如某企業(yè)建業(yè)最初的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，隨著企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展的不同階段對網(wǎng)絡(luò)的需求，逐步從將知識點引入。每個周期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實施都要經(jīng)歷需求、設(shè)計、實施、維護與測試這四個階段。保證在熟悉原有知識點的同時，逐步的將新章節(jié)的知識點引入到實際應(yīng)用之中。同時還可將學(xué)生分組，每組負責(zé)一個周期不同階段的內(nèi)容。在不同周期每組輪換，這樣及練習(xí)了學(xué)生的團隊協(xié)調(diào)能力，又照顧到各組學(xué)生都能對每個階段的知識點的掌握。根據(jù)課程進度，模擬出4個項目場景，具體內(nèi)容見表1。

在實驗過程中應(yīng)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，從方案設(shè)計到設(shè)備選型和技術(shù)實現(xiàn)，由學(xué)生自主討論、設(shè)計和實驗。老師的角色一方面是客戶，對設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)提出要求，對學(xué)生設(shè)計方案進行講評；另一方面為學(xué)生提供技術(shù)支持，引導(dǎo)學(xué)生將理論應(yīng)用到實際中。

4 實驗效果評價

實驗教學(xué)的結(jié)果評定應(yīng)貫穿整個實驗過程，應(yīng)根據(jù)每個學(xué)生的分工，每組學(xué)生負責(zé)的任務(wù)綜合評定。另外，在實驗過程中應(yīng)關(guān)注學(xué)生的寫作能力、溝通能力、思維能力、分析解決問題能力、團隊協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新能力和總結(jié)能力，注重學(xué)生的能力培養(yǎng)。在實驗過程中教師要全程參與，從輔助的角度引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生在團隊協(xié)作的氛圍中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并最終體會到項目成功帶來的喜悅感和成就感。

5 結(jié)語

中國有句古話：“授人以魚，不如授人以漁”，綜合性實驗和設(shè)計性實驗是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的重要途徑，并能為學(xué)生主動學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作和全面發(fā)展提供空間。另外，項目內(nèi)容的設(shè)計也是至關(guān)重要的，要做到符合實際需求，貼合學(xué)生層次，突出課程重點知識。

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