基于Ｂｏｓｏｎ Ｎｅｔｓｉｍ虛擬平臺的ｖｌａｎ實驗教學(xué)設(shè)計

【摘要】vlan的劃分是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程實驗教學(xué)的重難點內(nèi)容之一，文章中利用Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對同網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分及跨網(wǎng)段間vlan的互訪兩類實驗進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】Boson Netsim； vlan； 實驗教學(xué)設(shè)計

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097 (2008) 10—0121—04

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生的就業(yè)和專業(yè)發(fā)展都具有重要的作用。其中，交換機(jī)的設(shè)置及vlan的劃分又是該門課程的重難點內(nèi)容之一，不僅理論知識比較抽象，對實驗環(huán)境的硬件要求也很高，很多學(xué)校在進(jìn)行該內(nèi)容的實驗教學(xué)時還存在一些困難，主要表現(xiàn)在：“①儀器設(shè)施不足，硬件環(huán)境達(dá)不到實驗要求；②實驗中因誤操作導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞難以恢復(fù)；③網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品更新?lián)Q代快，實驗室設(shè)備更新難以與之同步”[1]。基于以上原因，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬實驗室的研究顯現(xiàn)出很大的發(fā)展空間。Boson公司的Netsim軟件就創(chuàng)建了這樣一個虛擬的環(huán)境，它是一款Cisco路由器、交換機(jī)的模擬程序，是目前最流行、操作最接近真實環(huán)境的模擬工具。我們借助Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對vlan相關(guān)實驗進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計。

一 確定實驗教學(xué)目標(biāo)

我們通過對學(xué)習(xí)需要的分析確定了該實驗的教學(xué)目標(biāo)。總的教學(xué)目標(biāo)是通過該實驗使教育技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與組建能力、虛擬局域網(wǎng)劃分能力、交換機(jī)配置能力，局域網(wǎng)理論知識和實踐操作能力得到綜合提高，這一總體目標(biāo)實際上與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程的總目標(biāo)是一致的。在總目標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該實驗內(nèi)容我們把總目標(biāo)分解為三個二級層次目標(biāo)：一是學(xué)生能夠熟練使用Boson Network軟件；二是掌握相同網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分；三是掌握不同網(wǎng)段間vlan的互訪。三個目標(biāo)之間是依次遞進(jìn)的關(guān)系，即后一個目標(biāo)的實現(xiàn)有賴于前一個目標(biāo)的達(dá)成。圍繞這三個二級層次目標(biāo)，我們又設(shè)計了4個具體的實驗項目，并構(gòu)成了第三層次的分解目標(biāo)。實驗教學(xué)目標(biāo)體系如圖1所示：

二 學(xué)習(xí)者特征分析

該實驗是針對教育技術(shù)學(xué)專業(yè)本科學(xué)生的，他們已經(jīng)具備較強(qiáng)的計算機(jī)操作能力和一定的網(wǎng)絡(luò)知識，掌握了局域網(wǎng)的組建及測試方法并自行學(xué)習(xí)了交換機(jī)和路由器配置的基本命令等，具有一定的開展新實驗的知識積累。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生能夠?qū)Σ煌W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬環(huán)境下vlan的劃分，并能夠在教師指導(dǎo)下理解、掌握vlan劃分的原理、方法和步驟。

三 實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)和實驗內(nèi)容的選擇

實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)是開展實驗教學(xué)首先要考慮的因素。該實驗選擇Boson Netsim軟件創(chuàng)設(shè)的虛擬平臺作為實驗環(huán)境，并在此虛擬環(huán)境下進(jìn)行實驗教學(xué)設(shè)計。

Boson公司的Netsim是一個適合多種操作系統(tǒng)的軟件平臺，提供了完整的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計、仿真和分析的可視化環(huán)境，其命令和最新的Cisco的IOS基本保持一致[2]。主要功能如下：

1 靈活地設(shè)計仿真環(huán)境。學(xué)生可通過Netsim軟件，自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，然后根據(jù)自己設(shè)計的拓?fù)鋱D來配置交換機(jī)、路由器等設(shè)備，所有的操作與真實的環(huán)境完全相同。為相關(guān)教學(xué)提供了很大的靈活性，同時也是Netsim最大的優(yōu)點。

2 定制經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)實驗。Netsim軟件除允許用戶自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D外，還提供一些定制好的經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并給出操作步驟和命令答案，非常適合學(xué)生課后自學(xué)。

3 與國際認(rèn)證考試接軌。Netsim是一種Cisco路由器和交換機(jī)配置模擬程序，能夠模擬Cisco環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺。它為那些正在準(zhǔn)備CCNA、CCNP考試，卻苦于沒有實驗設(shè)備、實驗環(huán)境的學(xué)生提供了練習(xí)考試中命令的有力環(huán)境和工具。

4 更新設(shè)備庫及時。Boson會不定期在其主頁發(fā)布最新版本的Netsim軟件，最新版不僅減少了BUG，而且對其設(shè)備庫進(jìn)行及時更新。[3]

實驗內(nèi)容的選擇是整個實驗教學(xué)設(shè)計中最重要的一個環(huán)節(jié)。對于教育技術(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，在實驗內(nèi)容的選取上，應(yīng)遵循新穎性，實用性，綜合性，拓展性，可操作性等原則[4]。根據(jù)分層次實驗教學(xué)目標(biāo)的要求并遵循以上原則，我們設(shè)計了4個教學(xué)實驗項目，分別是：①Netsim軟件的安裝和使用；②一臺交換機(jī)內(nèi)vlan的劃分；③兩臺交換機(jī)間vlan的劃分；④單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪。這4個實驗項目均為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域較新穎、具有較高實用價值和較強(qiáng)可操作性的實驗項目。

四 實驗教學(xué)過程的設(shè)計

實驗教學(xué)過程設(shè)計實際上就是實驗教學(xué)實施流程的設(shè)計，不同類型的實驗項目其實驗教學(xué)過程的組織方式不同。實驗類型一般有：演示實驗、驗證實驗、操作實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗、研究實驗。該實驗定位為綜合、設(shè)計性實驗，要求學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)性實驗教學(xué)中所學(xué)的知識、所掌握的方法來完成實驗過程。這類實驗在實驗指導(dǎo)書上只寫明實驗?zāi)繕?biāo)、要求，提供相關(guān)設(shè)備及部分相關(guān)資料，由學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，學(xué)生自己確定實驗方法、步驟，利用實驗室提供的設(shè)備獨立完成整個實驗過程。具體設(shè)計步驟如下：

1 Netsim軟件的安裝和操作

為了使學(xué)生掌握Netsim軟件的安裝和操作，并能夠靈活運(yùn)用該軟件，我們計劃了兩個課時，內(nèi)容安排上主要從三方面進(jìn)行：①安裝軟件。需要注意的是如果本機(jī)沒有安裝Microsoft forms2.0（大部分Windows 2000以上的操作系統(tǒng)都有該組件）和Adobe Acrobat程序（查看PDF文件的程序），Boson是不能啟動的，所以如果缺少以上任意一項內(nèi)容，在軟件安裝過程中則會提示下載，下載完后才可以繼續(xù)安裝；②軟件組建及主要按鈕的介紹。這部分重點介紹三個組件Network Designer、Control Panel、Lab Navigator及各組件上的重要按鈕；③學(xué)生自己操作并熟悉軟件。

2 同一交換機(jī)上的vlan配置

由于學(xué)生是初次接觸到vlan劃分的知識，同時該內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握是后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，所以這一環(huán)節(jié)既是重點又是難點，因此實驗教學(xué)安排兩個課時。實驗進(jìn)行前首先向?qū)W生介紹要用到的重要命令和vlan劃分的理論知識等，使學(xué)生在開展實驗設(shè)計前能夠在頭腦中形成一個完整的認(rèn)識，然后再由學(xué)生進(jìn)行實驗設(shè)計，教師在這個過程中起到一定的指導(dǎo)作用。下面介紹到的實驗也應(yīng)該依此原則進(jìn)行。該實驗要求在一個交換機(jī)（2950型）上劃分出兩個不同的vlan ，PC1接入VLAN10，PC2 和PC3接入VLAN11，拓?fù)鋱D如圖2所示：

交換機(jī)的主要配置如下：

（1） 創(chuàng)建vlan

switch #vlan database//進(jìn)入vlan配置模式

switch（vlan）#vlan10 name VLAN10

switch（vlan）#vlan 11 name VLAN11//新建VLAN10和VLAN11

（2） 把端口放入vlan中

switch #configure terminal

switch（config）#interface f0/1

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 10//把端口1放入VLAN10中

switch（config）#interface f0/2

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 11//把端口2放入VLAN11中

把端口3也放入vlan 11中，其配置和端口2相同。

（3） 測試

配置結(jié)束后運(yùn)用ping命令測試：結(jié)果為PC1和PC2、PC3均不通，PC2和PC3互通。

3 跨交換機(jī)的vlan配置

該實驗仍然屬于同一網(wǎng)段內(nèi)vlan的劃分，實現(xiàn)的是跨交換機(jī)間vlan的配置，是前一個實驗的拓展。因為對vlan有了一定的認(rèn)識，并進(jìn)行過虛擬環(huán)境下實際的設(shè)計操作，所以該實驗可以安排一個課時。本實驗要求把交換機(jī)C2950A的12號端口和C2950B的12號端口劃分為VLAN1，把交換機(jī)C2950A的10號端口和C2950B的10號端口劃分為VLAN2，把交換機(jī)C2950A的11號端口和C2950B的11號端口劃分為VLAN3[5][6]。實驗拓?fù)鋱D如圖4所示：

（1） 交換機(jī)C2950A的配置

VTP的配置：

C2950A>enable//進(jìn)入特權(quán)用戶模式

C2950A#vlan database//進(jìn)入vlan配置模式

C2950A（vlan）#vtp server//把C2950A交換機(jī)設(shè)置為服務(wù)器模式

C2950A（vlan）#vtp domain lab//把vtp的域名命名為lab

Vlan Trunk的配置：

C2950A（config）#interface f0/12

C2950A（config-if）#switchport mode trunk//配置12端口為trunk端口

接下來Vlan的創(chuàng)建和端口的劃分同實驗2所示。

（2） 交換機(jī)C2950B的配置

C2950B（vlan）#vtp client//把C2950B交換機(jī)設(shè)置為客戶端模式

C2950B（vlan）#vtp domain lab// vtp的域名和C2950A中命名相同

C2950B作為客戶端會自動學(xué)習(xí)C2950A中劃分的vlan，所以我們不需要再給C2950B劃分vlan，而是直接把相應(yīng)端口放進(jìn)去就好。其他配置同C2950A。

（3） 測試

配置完后測試結(jié)果為：PC1和PC2可以互通；PC3和PC4可以互通；其他組合方式均不可以互通。

4 單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪

前面兩個實驗，同一vlan間可以互通，不同vlan之間不能互通。那么，如何實現(xiàn)規(guī)定vlan之間的互訪呢？這就需要在網(wǎng)絡(luò)中增加路由器或是三層交換機(jī)，由此我們設(shè)計了“單臂路由實現(xiàn)vlan間互訪”的實驗。該實驗仍然是前邊實驗的進(jìn)一步拓展，實驗拓?fù)鋱D如圖6所示：

主要的配置過程如下所示：

（1） 交換機(jī)的配置

交換機(jī)的配置和實驗2基本相同，只是我們還需要在把連接路由器的端口f0/11配置為vlan trunk，這里不再贅述。本實驗的關(guān)鍵在于為各個vlan 配置邏輯接口IP地址，以C2950A為例：

C2950A (config) # interface vlan 2

C2950A (config-if) #ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

C2950A (config-if) #no shutdown

（2） 路由器的配置

配置多個子接口、以實現(xiàn)VLAN之間的路由。具體操作步驟如下：

Router (config) #interface FastEthernet0/0

Router (config-if) #no ip address

Router (config-if) # interface FastEthernet0/0.1//配置子接口

Router (config-subif) # ip address 192.168.1.1 255.255.255.0//子端口對應(yīng)vlan IP地址

（3） 測試

測試結(jié)果為各個PC機(jī)之間均可以互通。

對于這樣一系列要求較高的綜合、設(shè)計性實驗，學(xué)生需要綜合運(yùn)用前面做過的多項驗證性、操作型基礎(chǔ)實驗的知識才能順利完成這些實驗。通過獨立完成這樣的綜合性實驗可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Φ哪繕?biāo)。

五 實驗教學(xué)效果評價

對實驗教學(xué)效果的評價是整個實驗教學(xué)設(shè)計中不可或缺的環(huán)節(jié)，是檢驗實驗教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成的重要手段。實驗教學(xué)效果的評價方法很多，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實驗課程教學(xué)的特點，我們主要通過兩種方式評價計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)，即書寫實驗報告和實踐操作。其中實踐操作評價又可以分為：實物演習(xí)式評價和模擬演習(xí)式評價。所謂實物演習(xí)即學(xué)生操作真實設(shè)備，參與真實網(wǎng)絡(luò)組建和劃分等針對現(xiàn)場實物的操作方式。通過參加這些真實的實踐、實習(xí)、組建等活動，來檢驗實驗教學(xué)的效果。所謂模擬演習(xí)即借助模擬軟件（如Boson Netsim）創(chuàng)設(shè)的虛擬實驗環(huán)境來設(shè)計并組建相關(guān)實驗的虛擬操作方式，通過模擬演習(xí)也可以檢測實驗教學(xué)的效果。

由于硬件條件的限制，該實驗選擇模擬演習(xí)評價方式，即構(gòu)思一個綜合性較強(qiáng)的實驗，由學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)設(shè)計并操作完成。通過對學(xué)生實驗設(shè)計成功率和所用時間的分析，教師可以檢測到實驗教學(xué)的效果，并及時給予有針對性的幫助和指導(dǎo)。

不同專業(yè)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程實驗教學(xué)設(shè)計會存在一定的差異。本實驗教學(xué)的設(shè)計是針對教育技術(shù)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的，所以在目標(biāo)定位，實驗內(nèi)容、實驗項目的確定及實驗過程的組織等方面都體現(xiàn)了教育技術(shù)專業(yè)的特色并考慮了教育技術(shù)專業(yè)的需求，具有一定的專業(yè)針對性，對教育技術(shù)學(xué)本科生學(xué)習(xí)vlan及教師的教學(xué)都具有一定的幫助和指導(dǎo)作用。

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