高等職業學校網絡實驗室的構建

摘要：分析了建設標準網絡實驗室所存在的困難，研究了目前國內高校的網絡實驗環境及標準網絡實驗室的體系結構，并整理了網絡實驗的基本內容。提出了用網絡仿真的辦法來解決學校設備與提高學生組網能力的矛盾。

關鍵詞：網絡實驗體系結構；網絡實驗；網絡仿真

作者簡介：施裕琴(1969-)，女，江蘇徐州醫藥高等職業學校副教授，碩士，主要研究方向為網絡、信息系統管理。

中圖分類號：G710

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7518(2009)23-0045-02

21世紀是一個信息化時代，社會對網絡技術人才的需求激增，各高等職業學校也紛紛開設了計算機網絡課程，通過培養專業網絡人才以滿足社會發展需求。但網絡技術的理論知識學生不太容易理解，所以讓學生更深入理解計算機網絡的一個很好的學習方式就是實驗，使學生通過足夠的驗證性實驗和一定數量的綜合性實驗，真正理解和掌握理論知識，獲得一定的綜合技能和實踐能力，并初步具有處理實際問題的能力。因此，計算機網絡課程的實驗室建設和實驗教學正越來越受到各高等職業學校的重視。

雖然本校也建立了自己的計算機教學中心，用于計算機教學、職業培訓。但是，學校的計算機中心還停留在“PC機房”的水平：共享工作站實驗室，設備由多個班級多個課程共享，一般不允許實驗者安裝新的硬件、修改操作系統，而且重啟計算機將恢復原來的系統配置。實驗者只可以進行簡單的網絡服務配置實驗和網絡編程實驗，根本起不到提高學生組網能力的目的。網絡技術課程的教學目標應該是通過理論教學和在實驗室內的學習，使學生可以提高網絡設計能力、網絡管理能力、網絡安全部署能力，對他們的就業有直接的幫助。

一、建設標準網絡實驗室所存在的困難

由于網絡技術本身的特點，使得網絡實驗室的建設存在比較大的困難。首先。網絡設備的投入很大。網絡中使用的設備如路由器、交換機、服務器等動輒單價幾千上萬元。其次，實驗所需軟件短缺。網絡實驗需要用到很多專門的軟件。但花一筆不小的資金買回來的軟件不一定適用，而自己開發又要一定的周期和人力物力。網絡技術日新月異，而且產品種類繁多。更新換代頻率非常高。幾年以后，原來的先進設備就要變成落后的設備，又要面臨重新投入資金的問題。為此。很多學校的網絡實驗室設備都是只配置1到20套左右，因此高等職業學校里普遍存在實驗設備少，學生多的矛盾，導致每次實驗只能分組進行，甚至有些實驗學生只是看老師示范，連動手的機會都沒有。

二、網絡實驗室的體系結構

單臺計算機，如果它連人因特網。則可以運行應用程序與因特網站點進行交互。即使它沒有連人因特網。也可以通過讓客戶機進程和服務器進程在單臺計算機內部進行通信來開發與測試網絡軟件。專用內聯網實驗室，由多個網絡以及將它們互相連接在一起的路由器組成，可以根據實驗的要求改變其拓撲結構。實驗者可以進行更復雜、更全面的實驗。包括分組捕獲、協議分析、因特網地址分配和路由選擇等實驗。高等職業學校進行計算機網絡實驗室建設，應該旨在讓學生學習如何構建網絡，并向學生提供網絡服務的專業訓練。實驗內容應涉及：網絡協議、網絡構架、網絡數據庫、網絡通信、網絡安全、網絡應用開發和網絡管理等。而且，計算機網絡實驗室應具備兩大特點：一是仿真性，即能夠模擬網絡中心的運作機制；二是教學性，即設備性能未必需要很高，但要求功能盡可能齊全，最重要的是所有的網絡設備可以讓學生反復練習從裸機開始的配置。

綜上所述，一個標準的網絡實驗室，就是一個包括各種網絡軟硬件的、提供因特網接口的專用內聯網。

三、網絡實驗內容

由于各學校網絡實驗室設備不同，配置的軟件不同，師資力量不同，學科研究方向不同，使得各學校所開設的網絡實驗內容不盡相同。但大體上，網絡實驗內容可分為以下幾個方面的實驗：驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗。

1、驗證性實驗。驗證性實驗主要用于驗證網絡的各種協議，開設目的是讓學生更好更形象地理解理論知識。主要實驗有：以太網幀的構成、IP地址分類與數據包組成、IP地址轉換協議；ARP、IP控制管理協議：ICMP、UDP數據報的傳送、TCP數據通信、SNMP協議與網絡管理、應用層協議。

2、綜合性實驗。綜合性實驗目的是為了讓學生更好的應用網絡知識，提高實踐能力。綜合性實驗又可分為基礎實驗和高級實驗兩大類。主要實驗有：(1)基礎實驗。包括雙機互連、以太網組網實驗、常用網絡服務的配置及操作、交換機和路由器的了解、使用TCP/IP診斷實用程序等。(2)高級實驗。包括虛擬局域網的配置、路由器的使用、網絡數據包的監聽和分析、網絡故障仿真及分析、管理TCP/IP網絡互聯環境、配置IP路由協議和廣域網絡、IP流量管理和安全控制配置、IPX網絡互聯配置、PPP串行連接、配置幀中繼網絡。

3、設計性實驗。主要是用SOCKET套接字和C語言進行網絡程序設計。目的是讓學生進一步掌握UDP及TCP協議的工作原理：掌握SOCKET編程的基本方法；學習應用C語言與WinSoek2進行簡單的面向連接的網絡程序設計，實現網絡數據傳輸。主要實驗包括異步串行通信編程實驗、實現利用停等協議傳輸數據文件、編寫簡單的C/S程寧、編寫簡單的SMTP郵件服務器并觀察其通信過程、建立一個網絡API函數庫、編制一個多服務的服務器、設計一個時鐘同步協議、設計一個滑動窗口協議。現在，越來越多的學校把網絡實驗從理論課程中抽離出來，獨立開設課程，以便開設盡可能多的網絡實驗內容，讓學生更好地掌握網絡知識。

四、構建符合職業學校特點的網絡實驗室

1、高校網絡實驗環境分析。高校網絡實驗環境千差萬別。根據搜集的高校實驗教學情況來看。目前國內高校網絡實驗環境主要有下面幾種情況：第一。一部分重點大學早在90年代初期就建立了專門的計算機網絡實驗室，網絡方面的實驗已開展得比較成熟，主要是以技術開發為方向的設備先進的網絡實驗室。第二，90年代末，大部分高校紛紛開始建設標準網絡實驗室。其中有些是全新建設，有些是在原有計算機實驗室的基礎上發展出來的。如，長春大學建立了網絡實驗室，面向學生開設路由實驗、交換實驗、網絡安全及綜合實驗等幾個方面的實驗。第三，2000年后，不少網絡設備生產商和認證機構為了謀求新的發展，提出了一些新模式、新方案，吸引高校進行合作。高校資源與企業所積累的豐富實踐經驗開始有效的結合起來，充分發揮高校和公司的各自優勢，建立更加完備、更加先進、更有發展空間的實驗內容體系。推動高校的網絡教育走向實用化和市場化。可以說，高校與網絡設備生產商、認證機構聯合開發實驗室成為一個明顯的趨勢。第四。鑒于資金問題，大部分專科院校只購置了少量的網絡設備開設了簡單的網絡實

驗，或者是共享實驗室進行網絡實驗。

2、構建符合本校特點的網絡實驗室方案。本校沒有計算機及網絡專業，學生也只有網絡技術的選修課，課時較少，學生學習的網絡理論知識也不太扎實，再加上經濟的原因，所以不可能構建標準的網絡實驗室供學生進行實驗。以前，構造一個網絡實驗環境的方法主要有兩種：第一種是用實際的網絡進行研究開發，這種方法開發周期長、成本高，而且影響網絡的正常運行：第二種是搭建一個網絡實驗室，這種方法價格昂貴，而且網絡的升級換代周期很短，花費巨資建立的網絡實驗室，可能沒有多久就面臨著淘汰的危險。因此，為了讓學生能更直觀形象地理解網絡知識，解決學校設備少與學生多的矛盾，可考慮在現有資源的基礎上，利用網絡仿真構建虛擬的仿真教學環境，使之滿足教學需要。網絡仿真是使用計算機技術構造拓撲結構，模擬網絡協議的工作過程。它能設定網絡特性參數，模擬網絡流量在網絡中的傳輸過程，對網絡性能進行研究和分析，通過網絡仿真能使初學網絡者比較具體地理解網絡技術：協議、路由、分組轉發、擁塞控制等。網絡仿真的使用場合通常有三個。一是為進行真正的實驗(或操作)做準備練習；二是替代物理實驗室：三是在物理實驗后進行分析。目前對網絡仿真主要有硬件和軟件兩種。硬件仿真是通過專門設計的仿真儀器來模仿網絡和協議的工作過程。軟件仿真則不需要專門的仿真儀器，只需要在計算機上運行已調試好的仿真軟件就可以直觀地看到網絡和協議的工作過程。網絡仿真軟件提供了一種新的網絡設計和優化的方法。不需要大量編程，通用性好，很容易實現通信網絡仿真，是通信網絡仿真的發展方向。目前使用比較廣泛的免費仿真軟件是NS2，(Network Simulator V2)它是美國DARPA支持的VINT項目的核心部分，由伯克利大學為主研制開發，其目的是構造一個完整的網絡仿真平臺，提供一系列仿真工具，實現新的網絡協議的設計與開發，Cisco Rower Simulation即思科路由器配置模擬軟件也是很好的網絡仿真軟件，可用來培養學生低三層組網的能力，Cisco公司是全球主要的路由器生產商。思科網絡培訓和認證是提高學生組網水平的很重要的途徑，學生利用模擬軟件很容易學會路由器的配置方法，然后學校再購買一些實際的網絡設備如華為交換機等，并利用現有的計算機即可構建簡單的網絡實驗室，這樣既節約了資金。而且對提高學生的組網能力也有很大的幫助。

五、結語

信息化建設正處在飛躍的新時期，基于校園網的應用正受到前所未有的重視，中國傳統職業教育工作模式也正進入到一個實質性的數字化變革時代。加快教育信息化建設的步伐，適應時代的需求，搶占未來職業教育發展的制高點。已經成為中國職業教育界的一致共識。建設網絡實驗室，有利于形成學校獨有的辦學特色，有利于學校品牌的樹立，更有利于學校的教學評估工作。

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責任編輯夏煥堂