網(wǎng)絡工程實驗教學改革與實驗室改造論文
【摘要】高校創(chuàng)新體系建設(shè)中一個重要的組成部分是實驗室的建設(shè)，尤其是網(wǎng)絡工程實驗室的建設(shè)�，F(xiàn)有的網(wǎng)絡工程實驗室設(shè)備利用率低，實驗效率差，根據(jù)作者多年的教學經(jīng)驗，通過增加一些網(wǎng)絡設(shè)備和軟件，改變拓撲結(jié)構(gòu)，提出了一個合理的實驗室改造建設(shè)方案。經(jīng)實踐證明，改造建設(shè)之后的實驗室解決了之前實驗室的問題，教學效果良好。
【關(guān)鍵詞】實驗室建設(shè)；網(wǎng)絡工程；網(wǎng)絡設(shè)備；拓撲結(jié)構(gòu)
1網(wǎng)絡工程實驗教學改革與實驗室改造建設(shè)的重要性
實驗教學和實驗室建設(shè)是整個高等教育創(chuàng)新體系中的重要組成部分[1]。建立一流的網(wǎng)絡工程實驗室是產(chǎn)學研相結(jié)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(chǔ)上有針對性地實踐操作，使學生就業(yè)時能多增加一種技能，提高就業(yè)率[2]。當前網(wǎng)絡工程實驗室拓撲結(jié)構(gòu)為12組，每組6人。每組為一個子網(wǎng)，整個實驗室做為一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡。每個學生在子網(wǎng)內(nèi)做實驗，也可以訪問整個網(wǎng)絡。組內(nèi)有三層交換機、二層交換機、路由器等設(shè)備。學生在做實驗時會用到不同的交換機、路有器等設(shè)備。通過對不同的設(shè)備設(shè)置時，現(xiàn)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(shè)備的使用壽命。另外連接這些設(shè)備的網(wǎng)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(wǎng)線張冠李戴，導致現(xiàn)場很混亂，做實驗的效率很低。本文通過增加一些設(shè)備和軟件，改變拓撲結(jié)構(gòu)，使對交換機、路由器等設(shè)備的設(shè)置不需要在設(shè)備端設(shè)置，而可以直接在組內(nèi)的終端上對每臺設(shè)備設(shè)置，從而提高實驗的效率、設(shè)備的利用率和設(shè)備的壽命。根據(jù)本文的方法改造建設(shè)之后的.網(wǎng)絡工程實驗室可以滿足72人的實驗規(guī)模。
2網(wǎng)絡工程實驗室設(shè)計思想
改造之后的網(wǎng)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(shè)備-串口服務器CCM-16。CCM（ConfigureControlModule）即調(diào)試控制模塊，該控制模塊作為每個實驗組的核心設(shè)備，控制實驗組中的其他網(wǎng)絡設(shè)備，同時可以通過該控制模塊上的網(wǎng)絡接口連接到實驗室中心的總的交換機上，實現(xiàn)所有的實驗組互聯(lián)，從而形成一個整體實驗室。實驗組中的每臺學生機經(jīng)改造后都配備兩個網(wǎng)絡接口：一個接口用于和中心交換機相連，由于此網(wǎng)線不可以拔掉，設(shè)置使用紅色的網(wǎng)線，如下圖中紅線所示；另一個可用于設(shè)備調(diào)試，通過連接到網(wǎng)絡拓撲中進行結(jié)果驗證，用于驗證結(jié)果的網(wǎng)線可隨時拔掉，或插在別的實驗設(shè)備上，設(shè)置為使用綠色網(wǎng)線。
3統(tǒng)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(fā)的實驗室管理系統(tǒng)LinkManagerNetCollege使用。該管理系統(tǒng)在web上進行操作，可以在不同時間不同地點統(tǒng)一控制管理設(shè)備，為管理員、學生、教師等不同的用戶設(shè)置對應的權(quán)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(tǒng)中獲取對應的權(quán)限，在不同終端下對設(shè)備的調(diào)試操作都會統(tǒng)一到該實驗室管理系統(tǒng)LinkManagerNetCollege上。實驗室管理系統(tǒng)軟件LinkManagerNetCollege除了可以統(tǒng)一控制管理之外，還提供了以下功能，方便教學和管理設(shè)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(shè)備及其拓撲圖，如圖5所示。同時除了出廠設(shè)置之后，管理員可以提前在系統(tǒng)中為不同設(shè)備設(shè)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(shè)備進行“一鍵恢復”操作，恢復到出廠設(shè)置或者提前設(shè)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(fā)到學生設(shè)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(shè)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(nèi)通過CMM連接的每臺網(wǎng)絡設(shè)備，第一個訪問設(shè)備的學生用戶對該設(shè)備有寫權(quán)限，之后進入的其他學生只有讀權(quán)限。教師用戶可以隨時查看每臺網(wǎng)絡設(shè)備的配置情況，做到實時屏幕監(jiān)控，隨時收回寫權(quán)限，協(xié)作指導教學。多人共享同一臺設(shè)備，以6人一組的方式來學習，通過這種獨立的分組設(shè)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(shè)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(jīng)改造之后的網(wǎng)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(nèi)設(shè)備可以自由組合，無需反復拔插配置口就能訪問到組內(nèi)所有設(shè)備。采用這種設(shè)計，學生在做實驗時可以通過訪問控制服務器對網(wǎng)絡設(shè)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(jié)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(jiān)督、檢驗；同時也大大降低了由于傳統(tǒng)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(shè)計給實驗室?guī)頂U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(guī)格的產(chǎn)品形態(tài)，可以滿足不同規(guī)模的實驗室需求。
�。�3）安全性：所有人無法直接訪問CCM，必須經(jīng)過管理控制中心做映射和數(shù)據(jù)安全轉(zhuǎn)換；所有用戶必須經(jīng)過身份認證才可進行系統(tǒng)；通過https加密訪問。同時該系統(tǒng)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(shù)不阻塞的功能。管理員可以任意配置危險命令，保護設(shè)備防止學生對設(shè)備進行了不可逆轉(zhuǎn)的操作，提高設(shè)備安全性。
3.4全真實現(xiàn)串口訪問功能，模擬現(xiàn)實配置環(huán)境
系統(tǒng)全真實現(xiàn)串口訪問功能，不會出現(xiàn)因設(shè)備的IP地址被改錯而遠程無法訪問的情況。通過CCM，即使設(shè)備的IP地址被修改錯誤，也不影響通過網(wǎng)絡訪問設(shè)備。全真模擬現(xiàn)實環(huán)境，學生用戶登錄系統(tǒng)后，單擊設(shè)備，可以選擇不同的配置環(huán)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(xiàn)真實的超級終端串口配置練習環(huán)境；
�。�2）選擇telnet方式模擬超級終端的配置功能；
�。�3）選擇設(shè)備本身的web配置功能。
4結(jié)束語
本文通過增加一些設(shè)備和軟件，改變拓撲結(jié)構(gòu)，對網(wǎng)絡工程實驗室進行了改造建設(shè)。改造之后的實驗室可以滿足更多學生的實驗規(guī)模，同時可以更方便地對設(shè)備進行設(shè)置，提高了實驗的效率、設(shè)備的利用率和壽命，對設(shè)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。
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