基于Hybrid技術的華為網絡實訓室改造

摘 要：網絡實訓室是開展計算機網絡教學的重要硬件平臺，類似的專業實訓室在后期教學和維護管理中會遇到各種問題，本文介紹了作者所在學校華為網絡實訓室的改造過程，重點闡述了利用Hybrid技術搭建實訓室核心網絡的情況，使整個實訓室可維護性、可演示性、可復用性大大提高。目前該實訓室網絡已取得初步成功。

關鍵詞：華為；實訓室；Hybrid；Vlan

隨著現代通訊技術的迅速發展，原始的小范圍局域網逐步過渡到了企業網、廣域網，相關人才的需求也不斷增長。為適應這種變化，很多中高職院校開設了計算機網絡技術專業，也配套了相關的網絡實訓室。我校多年前建成了華為網絡實訓室，為一批又一批的網絡專業學生提供了良好的實踐操作平臺，但網絡實訓室的可維護性、可演示性和可復用性等問題接踵而來。如何在有限資金的前提下，把中小型企業網濃縮至實訓室，為我系不同專業、不同需求的學生和老師搭建一個易學、易用的網絡實訓平臺，這是一個極具挑戰的任務。

1 問題分析

我校網絡實訓室所承擔的教學任務目標是：熟悉網絡設備；根據中小型企業網絡架設要求，熟練配置和使用網絡設備；并能夠進行網絡的日常管理和維護。教學效果證明，實訓室的建設很好的提升了學生學習網絡知識的興趣，同時也很好的夯實了專業技能，但同時也暴露了一些實際使用過程中的問題。

1.1 實訓室可維護性差

實訓室需要定期維護，最初時由于教學班級比較少，內容也較為單一，維護難度略比普通機房大。但隨著教學班級的數量增加，授課形式和內容也趨于多樣化，原本只需承擔1～2個教學班的教學任務，現在提升到了3～4個教學班，除了低年級的《計算機網絡基礎》、《網絡組建與應用》等課程外，還牽涉高年級的相關綜合實訓，包括現今年年舉行的市、省技能大賽的訓練。常規課程的要求、內容不一致，對設備及環境要求也大相徑庭。例如：低年級授課一般以2課時為單位，綜合實訓一般以1天為單位，而技能大賽訓練往往要持續數周。眾所周知，每次網絡實訓一般都會改變實訓室內部的拓撲結構，還原并準備一個環境要花費管理員大量的精力。我們也嘗試著使用雙網卡來管理，但又引入了電腦設備的同傳問題。

1.2 實訓室演示能力較弱

實訓室能很好地鍛煉學生的動手能力，而多年的網絡教學工作，讓我更加意識到學生排除網絡故障的能力比構建網絡的能力更重要。有些網絡故障是可以事先設定了，但學生制造出來的故障更多，教學中不僅要指出他們的錯誤，改正他們的錯誤，更重要的是引導他們找出問題所在，讓全班同學分享排查錯誤的經驗。例如：某小組發生了故障，授課老師一般親臨小組指導排查故障，整個過程也只有該小組成員了解，其他小組只能圍觀，教學效果不明顯。其次，對于學生做好的成果也很難展示，學生只能自娛自樂，缺乏對其成就的認可。

1.3 實訓室復用性不強

隨著計算機的普及，現代職業學校的教學中越來越多地滲透了計算機，舉個例子：傳統的數學教學根本不需要使用機房，而現在的數學教學涉及到了Mathematica等軟件的應用，這就需要學校擁有大量的機房。并且這些課程并不需要長期使用計算機機房，學校投資新建機房成本過高。但很顯然網絡實訓室作為常規機房使用往往都有著先天缺陷，例如：不能使用電子教室，機房的布局小組化不利于學生觀看投影。

2 改造方案

根據我校的實際情況，在原有的儀器設備基礎上做了相應的技術探索，并配套進行了布線改造。

2.1 hybrid技術

華為公司的相關交換機產品，在傳輸數據時通常采用802.1q標簽技術處理數據。數據傳輸時，untag就是普通的ethernet報文，普通PC機的網卡是可以識別這樣的報文進行通訊；tag報文結構的變化是在源mac地址和目的mac地址之后，加上了4bytes的vlan信息，也就是vlan tag頭；一般來說這樣的報文普通PC機的網卡是不能識別的。

華為交換機接口存在三種模式，分別是Access、Hybrid和Trunk。

A）Access類型的端口只能屬于1個Vlan，一般用于連接計算機的端口。當端口收到一個報文時，判斷是否有Vlan信息：如果沒有則打上端口的Pvid，并進行交換轉發，如果有則直接丟棄；當端口發送報文時將的Vlan信息剝離，直接發送出去；

B）Trunk類型的端口可以允許多個Vlan通過，可以接收和發送多個Vlan的報文，一般用于交換機之間連接的端口。當端口收到一個報文時，判斷是否有Vlan信息：如果沒有則打上端口的Pvid，并進行交換轉發，如果有判斷該Trunk端口是否允許該 Vlan的數據進入：如果可以則轉發，否則丟棄；當端口發送報文時比較端口的Pvid和將要發送報文的Vlan信息，如果兩者相等則剝離Vlan信息，再發送，如果不相等則直接發送；

C）Hybrid類型的端口可以允許多個Vlan通過，可以接收和發送多個Vlan的報文，可以用于交換機之間連接，也可以用于連接用戶的計算機。當端口收到一個報文時，判斷是否有Vlan信息：如果沒有則打上端口的Pvid，并進行交換轉發，如果有則判斷該Hybrid端口是否允許該Vlan的數據進入：如果可以則轉發，否則丟棄（此時端口上的untag配置是不用考慮的，untag配置只對發送報文時起作用）；當端口發報文時，判斷該Vlan在本端口的屬性，如果是untag則剝離Vlan信息，再發送，如果是tag則直接發送。

Hybrid端口和Trunk端口在接收數據時，處理方法是一樣的，唯一不同之處在于發送數據時：Hybrid端口可以允許多個Vlan的報文發送時不打標簽，而Trunk端口只允許缺省Vlan發送報文時不打標簽。

2.2 實訓室拓撲調整

根據實訓室面積及學生數量，我們采用了如圖1所示布局，能夠容納36名學生同時開展實訓教學，形成12組小型企業網絡搭建實訓平臺，若將對應分組組合又可形成6組中型企業網絡搭建實訓平臺。

布局的優點在于學生以小組為單位開展實訓，并根據項目大小進行組間整合；學生可以通過電子教師或投影儀觀看教師演示；教師也容易觀察學生的操作情況，及時加以指導。

對于每個小組的拓撲結構，我們也做了相應的設計，讓學生們更容易操作設備，如圖2所示。各設備連接要求如下：

A）配線架黃色模塊接口從左至右依次連接本組1～3號電腦網絡接口；

B）配線架綠色模塊接口從左至右依次連接對組配線架綠色模塊接口；

C）配線架紅色模塊接口從左至右依次連接本組1～3號電腦COM接口；

D）配線架藍色模塊接口從左至右1號接口連接講臺演示機柜對應接口。

如上所述四大模塊分別解決了組內電腦網絡接口問題，相鄰兩組設備接口互聯問題，組內電腦Console接口問題和組內設備與教師演示接口互聯問題。

2.3 主要設備及邏輯關系

我校華為網絡實訓室核心網絡設備由四臺Quidway S3928TP-SI構成，其中兩臺（SW1和SW2）負責各分組電腦及教師機的網絡通信，另設兩臺（SW3和SW4）負責與各分組網絡機柜互聯。各分組網絡設備由一臺Quidway AR2811路由器、一臺Quidway S3928TP-SI三層交換機及一臺Quidway S2403H-EI組成，可滿足組內成員構建小型企業網絡的要求，如若將兩組設備整合起來將可滿足學生構建中型企業網絡的要求。各實訓小組擁有三臺品牌電腦，用以測試網絡連通性和構建相關應用服務。而作為教師用演示設備由一套完整的網絡設備和一臺電腦構成，既可以滿足教師操作演示，也能滿足學生實訓成果展示。

各實訓設備間有著較為復雜的邏輯結構，如圖3所示（圖中實線為網絡通信線路，虛線為設備配置線路）分組電腦經過核心網絡與自身所在分組的網絡設備互通，分組之間設備可以經過網絡跳線互聯，分組電腦COM端口可以經過配置電纜獨自連接分組設備Console接口，教師電腦COM端口也可以經過配置電纜有選擇性地連接至學生實訓設備，以實現演示功能。

2.4 實訓室核心網絡設備主要配置

2.4.1 設備命名及Vlan創建（涉及SW1、SW2、SW3和SW4）

按如上配置創建Vlan101～137，分別對應了36臺學生電腦和1臺教師用電腦。

2.4.2 配置管道（Trunk技術，涉及SW1、SW2、SW3和SW4）

管道技術在文章第2部分已詳細說明，值得一提的是，如果想增加交換機之間傳輸數據的帶寬可采用端口聚合技術，進一步提升核心網絡效能。

2.4.3 配置端口的Hybrid特性（涉及SW1和SW2，實訓室運作的核心思想）

注意：各端口Pvid值為Vlan 101～136，分別對應了36臺學生主機，能夠處理轉發的Vlan包括自身所處Vlan和教師機所處Vlan 137，而連接教師機的端口Pvid值為Vlan 137，該端口能夠處理轉發的Vlan囊括了101～137。

2.4.4 配置端口的Access特性（涉及SW3和SW4）

按如上步驟配置各主機相關端口，需要特別注意的是，各分組網絡設備機柜上配線架的接口順序和對應組內電腦的接口順序有著密切的聯系，有著良好的一一對應關系才能很好的配合Hybrid的工作，減少系統維護的工作量，完成與各分組網絡設備的互聯。

3 效果與結論

我校華為網絡實訓室經過改造后實現了諸多的預期效果：

3.1 實訓室可維護性明顯加強

通常情況下學生完成相關實訓項目后，撤除實訓所連線纜，實訓室網絡環境便恢復原貌，無需管理員介入便能順利開展下一節課的教學工作。即便在繁忙的技能大賽集訓期間，管理員也能很方便的在2節課時間內重新發送更新系統，以滿足訓練內容的調整。

3.2 實訓室演示功能更顯著

不僅實現了教師操作演示的功能，并且能展示學生的操作成果，進一步激發了學生的興趣。

3.3 專業實訓室復用不再是神話

由于實訓室的基本布局非常利于開展教學，電子教室能夠很順暢的在實訓室網絡環境中運行，不僅能滿足網絡類課程的日常教學，而且能夠兼顧非網絡類課程的授課，大大提升了網絡實訓室的利用率。

3.4 實訓室性能得到提升

一個Vlan就是一個廣播域，Vlan很好的隔離了廣播，控制了廣播風暴的產生，有利于網絡性能的提升。

3.5 實訓室網絡更加安全

網絡實訓室常常由于拓撲的改變、IP的改變造成網絡通信的混亂，有時很難找出原因，使得實訓失敗。由于Vlan的隔離功能，組間與組內的通信不會隨意產生干擾，網絡更為安全，實訓的成功率也大為提高。

本次實訓室的改造工作，大大提升了教師的實踐能力和技術水平，無論是理論還是實踐均躍上了一個新臺階，也為學生的實習就業創造了良好的實訓平臺，使學生能更快、更好地步入企業，成為企業的技術骨干。

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[2]華為網絡：http：//www.huawei.com/.

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