一種新型的數據通信網實驗室平臺建設探究

鮮永菊，徐昌彪，武 俊，徐 川

（1.重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶 400065；2.重慶郵電大學 光電工程學院，重慶 400065）

目前社會各個領域都在進行信息化建設，數據通信網絡建設的知識成了通信相關或非相關專業學生必須了解的基本常識。作者所在學校每年的數據通信網綜合專業實訓課由原來僅對通信專業學生開放，到現在面向全學校各個專業的學生，基本上是從開學到學期結束，各專業學生輪流不斷，這就說明越來越多的學生希望加強對數據通信網絡建設相關知識的了解。而許多數據通信網實驗室的設備都是放在實驗桌上，學生可以移動，在實驗比較多的情況下，很容易導致設備故障和實驗中斷，所以，如何建設一個健壯性、伸縮性，高效的實驗室非常重要[1－6]。

1 基本思路

實驗室的建設采用了網絡化的方式[7－10]。將實驗設備放在固定機架上，通過內網和串口服務器連接各實驗設備的Console配置口，就近在桌面配線架和機架上連線，實驗室內網跟其他專業實驗室連通，并連接到校園網。這樣的優點非常明顯：避免了由于實驗設備的不斷搬動而容易出故障的情況，能支持學生不間斷地進行各種實驗；通過跟其他實驗室和校園網的連接，能夠遠程配置服務器和實驗設備，支持更多學生的設備實驗，也支持通過遠程網絡對實際網絡的攻防和配置管理的實驗等；可以跟其他實驗室聯合進行綜合實驗或課程設計[11－12]。

2 實驗室布局

實驗室的布局如圖1所示。整個實驗室有7個機柜，從最里到門口6個機架上的設備是一樣的，上面安裝的是實驗設備，如路由器、交換機、串口服務器及配線架等。

在6個安放實驗設備的機柜里，從上到下依次為：2臺中興通訊公司推出的二層可網管的中低端以太網交換機ZXR2826S、中興通訊公司的3層智能快速以太網交換機ZXR3928、2臺中興通信公司的企業級別路由器ZXR10、H3C公司的2臺二層可網管的中低端以太網交換機H3CS2100、2臺智能集成多業務路由器H3CMSR20-20、字母加數字的配線架。串口服務器server2放在第4個機架上。

第7個機架主要是組建實驗室網絡所用的配線架、交換機switch1和提供給所有專業實驗室共用的服務器server1。

實驗室有桌面終端32臺電腦、4排桌子，每排學生可以面對面的坐8人，中間過道上是教師桌子及投影儀。另外在機柜后面及兩道門中間都有一些用于存放物品的木柜。

圖1 數據通信網實驗室布局

3 實驗室的網絡架構

實驗室的網絡結構如圖2所示。內網交換機switch1把所有的桌面終端通過純數字接口網線連接起來，同時串口服務器也連接到內網交換機switch1上，串口服務器通過數據線及延伸線把各個實驗設備的配置口Console連接在一起。通過在串口服務器上的配置，將不同的傳輸層端口映射到不同實驗設備，從而達到讓桌面終端可以通過串口服務器的IP地址及端口號遠程訪問不同的實驗設備，對其進行管理配置的目的（見實驗步驟5）。

內網交換機switch1跟本教學中心的其他實驗室交換機在同一個網絡，并通過網關連接到校園網，內網服務器server1可以為其他專業實驗室提供實驗支持，是教學中心共用服務器。這樣，可以在其他實驗室的桌面終端進行操作，完成對實驗設備的配置，可以支持更多學生的實驗。

桌面終端電腦既可以充當網絡管理中心的管理機，對設備進行配置，也可以充當用戶終端，驗證配置。每個桌子上有配線架，配線架上對每個終端都有2種接線口：純數字（如1）和字母加數字如（A1）。

當終端的網線連接到配線架上的純數字接口時，終端相當于管理設備，此時，通過數字接口，連接到內網交換機switch1上，再通過串口服務器sever2，連接到不同交換機或路由器的console口，對各設備進行配置。

當終端的網線連接到桌面配線架上的字母加數字（如A1）接口時，并將機柜配線架上對應接口A1用網線連接到需要驗證的實驗設備接口，此時終端相當于用戶設備，可以驗證管理機的配置是否正確，充當驗證機。

圖2 數據通信網實驗室網絡架構

4 實驗過程

下面以對二層交換機虛擬局域網的配置與驗證為例，說明在本實驗室學生做實驗時的基本過程。

實驗目的：掌握低端系列交換機產品VLAN的配置和使用。

實驗內容：VLAN業務的配置。

實驗設備：交換機 A（2618-A）與交換機B（2618-B）兩臺；PC機若干臺；直連網線5條；串口線1條。

實驗拓撲：實驗拓撲見圖3。采用5臺桌面電腦，其中一臺電腦PC-0用做管理機，另4臺電腦PC-1、PC-2、PC-3、PC-4用作用戶機，做驗證機用。實驗時可以只用2臺電腦充當驗證機，其中一臺還可以充當PC-0管理機?？偣残枰?臺桌面電腦。

圖3 實驗拓撲圖

交換機A和交換機B通過接口16相連，交換機A的接口1與交換機B的接口2是Vlan2的成員，交換機A的接口2與交換機B的接口4是Vlan3的成員。

實驗步驟：

（1）確保內網的交換機switch1與串口服務器server2及需要配置的交換機S2和S3都已經正常工作。

（2）將PC-0機的網線連接到桌面配線架的純數字接口。

（3）在PC-0機上點擊：[開始]→[程序]→[附件]→[通訊]→[超級終端]，進行超級終端連接。

（4）在出現圖4位置信息時，按要求輸入有關的位置信息：國家／地區代碼、地區電話號碼編號和用來撥外線的電話號碼。

圖4 位置信息

（5）彈出“連接描述”對話框時，為新建的連接輸入名稱并為該連接選擇圖標。

（6）連接到實驗設備進行配置。如圖5所示，在彈出的“連接到”窗口的“連接時使用”項里面選擇TCP／IP（Winsock），而不是選擇COM，主機地址輸入串口服務器server2的服務器地址，即172.16.24.100，端口號是輸入機柜里面所配置設備標簽上注明的編號，在這里S2標簽上注明的是“1”。在此之前，確保在串口服務器里面已經做好各實驗設備的映射關系，把不同的設備映射到不同的端口號，并在對應設備的標簽上注明。

圖5 實驗設備的選擇

（7）系統的初始化。檢查前面設定的各項參數正確無誤后，ZXR102618就可以加電啟動，進行系統的初始化，進入配置模式進行操作?？梢钥吹饺缦陆缑妫?/p>

系統啟動成功后，出現提示符login：，要求輸入登錄用戶名和密碼，如這里缺省用戶名是admin，密碼是zhongxing。

輸入后進入如下界面：

此時已經進入ZXR102618用戶模式。在提示符后面輸入enable，并根據提示輸入密碼，如zte，進入全局配置模式（提示符如下），此時可對交換機進行各種配置。

（8）對交換機A與B的配置。在本虛擬局域網Vlan的配置實驗中，在PC-0中的超級終端界面下對交換機A的具體配置如下：

同理，可在PC-0另外建立一個超級終端連接，對交換機B進行配置。啟動的整個過程前面是一樣的，只是在上述第6步時，端口號輸入交換機B上標簽所對應的號碼，如2號，如圖6所示。

圖6 不同實驗設備的選擇

對交換機B的具體配置如下：

（9）驗證方法。

① 驗證機連接。將 PC-1、PC-2、PC-3、PC-4的網線分別連接到該電腦桌面配線架上的所對應的字母加數字接口，如A1、A2、A3、A4。

②連接實驗設備。尋找機柜配線架上標注有A1、A2、A3、A4的接口，用網線把A1的接口連接到交換機A的接口1，A2的接口連接到交換機A的接口2、A3的接口連接到交換機B的接口2、A4的接口連接到交換機B的接口4。

③連接交換機。把交換機A與B的16接口用網線連接起來。

④ 配置IP地址。點擊PC-1到PC-4的：[網上鄰居]→[本地連接]→[屬性]→[INTERNET協議]，配置好它們的地址，這里面因為是二層交換機，不涉及到跨網段路由連接，4臺電腦的IP地址都應該在同一個網段，其子網掩碼相同，主機號不同。如：PC-1：192.168.1.2／24、PC-2：192.168.1.3／24、PC-3：192.168.1.4／24、PC-4：192.168.1.5／24。

⑤ 驗證互通性。點擊PC-1到PC-4的[開始]→[運行]，在運行窗口輸入：CMD，進入命令窗口，在命令窗口里面輸入Ping命令進行通信驗證，如在PC-1的命令窗口輸入：Ping 192.168.1.4。

可驗證PC-1和PC-3是否能互通，同理，可驗證得出PC-2和 PC-4 能互通，PC-1和 PC-4 不能互通，PC-2和PC-3不能互通。

（10）實驗結論。同一vlan下的設備可以互通，不同vlan下的設備不能互通；通過接口打TAG可以傳遞多個vlan信息。

5 結論

基于網絡化的數據通信網實驗室相對于傳統的桌面實驗優勢非常明顯：具有很強的健壯性，可以大大減少學生搬移實驗設備的次數，減少設備故障；支持學生靈活地對不同設備進行配置和管理；減少由于在桌面上連接實驗設備所帶來的錯綜復雜性；支持比較復雜的課程設計或綜合實驗；支持跟其他專業實驗室如SDH傳輸實驗室、IPTV視頻實驗室、寬帶接入實驗室等的綜合設計與實驗；支持遠程配置與管理。

（References）

[1]姚玉坤，鮮永菊，趙國鋒.現代通信網絡實用教程[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]牛愛芳，趙紅，楊沛，等.實驗教學遠程監控和動態管理的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29（11）：109-111.

[3]叢蕾，蔣家慧，劉智軍.高等學校骨干學科教學實驗中心建設的探索與思考[J].實驗技術與管理，2012，29（11）：128-131.

[4]王代君，何國民.計算機基礎實驗教學示范中心建設探索與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29（11）：132-134.

[5]李國榮，陳文婷，王濤，等.地質資源與地質工程實踐教學平臺建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2012，29（11）：165-167.

[6]蘇廣和，焦吉祥.院校實驗室規范化管理的探究[J].實驗室研究與探索，2012，31（5）：177-179.

[7]左鐵鏞.高等學校實驗室建設的作用與思考[J].實驗室研究與探索，2011，30（4）：1-5.

[8]田愛平，姜愛民.獨立建設“創新實驗室”的必要性質疑[J].實驗室研究與探索，2011，30（11）：161-163.

[9]薛來，蔡毅飛.驗證性實驗中融合探究性和實戰性的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27（11）：162-164.

[10]農正，黃銀娟，藍奇.計算機基礎課實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（1）：95-97.

[11]劉長宏，張恒慶，李洪磊，等.實驗室開放教學模式的創新與實踐[J].實驗技術與管理，2010，27（10）：188-190.

[12]胡巧多，張士英，宋曉光.國家級流通現代化實驗實訓中心規劃與建設[J].實驗技術與管理，2012，29（3）：115-119.