網絡工程特色實驗室的設計與建設

阮燦華, 陳 鑫

(1. 福建農林大學 計算機與信息學院, 福建 福州 350002；2. 福州建筑工程職業中專學校 計算機實驗室, 福建 福州 350007)

網絡工程特色實驗室的設計與建設

阮燦華1, 陳 鑫2

(1. 福建農林大學 計算機與信息學院, 福建 福州 350002；2. 福州建筑工程職業中專學校 計算機實驗室, 福建 福州 350007)

結合福建農林大學網絡工程特色實驗室建設的實踐,介紹了網絡工程特色實驗室的發展歷程、建設目標和原則,分析了網絡工程特色實驗室的設計方案,并描述了實驗室建設方案的特點、網絡拓撲結構、網絡設備和網絡安全項目內容,最后對后期實驗室建設的提出了幾點建議。

網絡工程； 特色實驗室； 網絡安全

隨著時代的進步,人們對網絡的依賴越來越強,一旦網絡癱瘓就會給社會帶來災難性的影響。因此,網絡安全專業人才的培養顯得尤為重要。網絡安全是網絡工程專業的專業課,也是一門多學科交叉的綜合性課程,對學生的理論和實操方面要求較高[1]。目前大多數高校網絡安全類課程偏重于理論教學,或有些實踐教學也在網絡工程實驗室或虛擬環境中進行[2-3]。因此,建設一個能夠將交換、安全、語音無線、存儲和操作系統等涉及的分散而復雜的知識點連在一起，形成網絡工程實踐教學知識體系的專業實驗室對高校網絡工程專業建設和培養合格的網絡特色專業人才具有重要的意義[4]。

我校于2009年招收首屆網絡工程2個班60名本科生,學院根據網絡工程專業教學實踐要求建設計算機網絡實驗室,并于2010年完成計算機網絡實驗室一期、2012年完成計算機網絡實驗室二期和網絡工程特色實驗室一期、2015年完成網絡工程特色實驗室二期。實現了網絡工程專業統一的實驗設備和實驗教學環境,可以針對不同層次的師生開展創新網絡工程特色實驗。所建設的實驗室具有服務教學科研、開放性、先進性的特點。網絡工程特色實驗室的建設使學生通過實驗教學掌握網絡工程專業的理論知識和實踐技能,具備較為熟練的解決網絡工程建設、網絡安全問題的能力,增強學生的市場競爭力[5]。

1 網絡工程特色實驗室發展歷程

網絡工程特色實驗室經歷的離散式(網絡設備的堆砌)、集中式(半自動化管理)、綜合型(智能化、全過程管理)、專業細分(行業特色、信息安全)等4代。

第一代離散式網絡實驗室的主要特點是實驗室的網絡設備單一、實驗平臺功能有限,沒有標準的實驗教材,實驗管理處于離散的狀態。實驗前期準備的時間比較長、設備利用率比較低,設備特別是設備的端口損耗很大,實驗教學課堂秩序比較亂。

第二代集中式網絡實驗室的主要特點是提供“一鍵清”功能，可以圖形化操作設備和設定多種登錄權限、無需拔插控制臺線管理設備、對課堂行為進行管理。與第一代實驗室相比,第二代實驗室的實驗準備時間縮短了,同時實驗設備損耗和管理難度都降低了。但集中式實驗室不能實現遠程實驗,不能對實驗數據進行收集和統計,也沒有有效的考核手段。

第三代綜合型網絡實驗室的主要特點是對實驗教學、實驗設備、實驗行為、實驗資料、實驗用戶的統一管理,可以支持遠程實驗，對實驗行為自動記錄與控制并且可以實現實驗用戶的分類管理,但實驗資源還無法在不同高校間共享。

第四代專業細分網絡實驗室繼承了第三代的全部優點同時可以開展更為細分的專業課程。我們的網絡工程特色實驗室就是要建成第四代的專業細分網絡實驗室。

2 網絡工程特色實驗室建設目標和原則

2.1 網絡工程特色實驗室建設目標

2.2 網絡工程特色實驗室建設原則

由于網絡發展迅速,網絡安全問題突出、涉及技術繁多,網絡工程特色實驗室需模擬真實的網絡環境和盡可能多的網絡及安全方面的技術以滿足教學需要,同時要做到低投入高產出。網絡工程特色實驗室建設就要遵循如下原則:技術先進、功能全面，設備可以兼容和擴展，設備好用、易用、實用，設備安全可控、能滿足不同層次實驗教學和科研方面的需求[8]。

3 網絡工程特色實驗室的建設方案

網絡工程特色實驗室是在網絡工程實驗的基礎上建設而成的,網絡工程特色實驗室可以按不同行業需求開展不同功能的實驗教學,模擬各行業的實際應用場景,同時提供相應行業應用管理平臺(相關的軟件)。網絡工程特色實驗室由工程、行業特色(企業行業應用、電子政務應用、電子商務應用、醫療行業應用、金融行業應用和下一代互聯網應用)、安全、語音無線、數據中心和運維管理等6大部分構成。行業特色組件中包括操作系統服務和行業應用平臺,操作系統服務可開展Linux和Windows 2個操作系統方面的實驗,而行業應用平臺由電子政務系統、企業ERP系統、社區醫療系統、京樂購物網站和網上銀行系統等構成。

網絡工程特色實驗室開展網絡存儲、操作系統、路由交換、無線、安全、語音和IPv6等相關專業技術的教學和科研實驗,擴展了傳統網絡實驗室的應用,提高了實驗室的利用率。通過開展各行業特色課程的應用教學將不同專業技術知識應用到相應的行業應用場景,使用項目驅動和行業應用場景教學法提高學生對專業知識點的掌控能力及知識的綜合應用能力,并通過職業素養和崗位職能等課程來培養學生的綜合素質和能力,從而提高學生的競爭力[9]。網絡工程特色實驗室可以開設的課程如圖1所示,網絡工程特色實驗室中的網絡安全專業課教學是重點,網絡安全專業課的授課內容主要以安全技術課程、安全管理課程和行業應用課程3個層次為主(見圖2)。

圖1 網絡工程特色實驗室可開設的課程

網絡工程特色實驗室是由LIMP、RCMS/NTC、CVM、安全設備和網絡設備5大部分組成,也就是銳捷公司的第四代網絡工程實驗室有銳捷公司提供的CVM,以及相關的應用和設計等課程包,方便教師進行相應行業的特色應用方面的實驗教學；有VPN、入侵檢測系統和防火墻構成的安全組件,可以在軟交換、語音網關、無線交換機和無線AP組成語音無線方面得以應用。銳捷S6200承擔了數據中心組件,運行維護管理組件是由SNC組成[10]。網絡工程特色實驗室的拓撲如圖3所示,綜合管理平臺如圖4所示。

圖2 網絡安全專業課的授課內容圖示

圖3 實驗室拓撲圖

圖4 實驗室綜合管理平臺

3.1 網絡工程特色實驗室特點

傳統的學生頂崗實習管理系統，基于傳統互聯網，缺乏移動性和便捷性，也難以實現學生實習位置的定位。高職院校在具體實施頂崗實習實踐過程中，普遍存在指導老師與學生的溝通不夠，實習學生放任自流、學生管理不到位等問題，導致頂崗實習實施效果較差。

(1) 技術先進，功能全面。網絡工程特色實驗室是第四代網絡工程實驗室,技術先進,可開展安全、語音、無線、路由交換、存儲、操作系統等專業課程的實驗教學,還可提供了對學生、設備、資料、課程、結果等方面的應用。

(2) 設備可以兼容和擴展。網絡工程特色實驗室不僅可以用銳捷的設備,也可以使用其他公司的產品,全面兼容Linux和Windows方面的應用。

(3) 設備好用、易用、實用。網絡工程特色實驗室平臺使用B/S模式,打開瀏覽器輸入地址就可以登錄實驗室設備、查看設備當前的占用情況。設備的管理界面統一,無需拔插設備console線,提供一鍵清功能，方便快捷清除設備配置,提供圖形界面,同時允許學生在宿舍遠程的登錄平臺對實驗進行預定、 預覽、 完成并提交實驗報告及查看實驗成績等[11]。

(4) 設備安全可控。網絡工程特色實驗室可以設定實驗設備的多種登錄權限,可以屏蔽一些敏感的命令從而避免學生學習過程中的誤操作。

(5) 設備多功能性。能滿足不同層次實驗教學和科研方面的需求。既能開設本科生不同年級的網絡工程實驗課程，又能為研究生及教師的科研工作提供相應的支持。

3.2 網絡工程特色實驗室的實驗內容

網絡工程特色實驗室可以完成的實驗內容有網絡設備配置、安全設備配置、語音無線配置、行業應用配置、存儲配置、崗位技能和職業素養等。目前主要開展網絡設備和安全設備配置方面的教學。每一個實驗項目都是由實驗目的、現實意義、預備知識、實驗設計、實驗拓撲、實驗指導等6部分組成。所有的課程教學資源包都是基于云計算的 SaaS 模式開發共享的[12]。

(1) 網絡設備配置。 網絡設備的配置是網絡工程特色實驗室的基礎,網絡工程特色實驗室模擬實際企業的網絡場景,對路由器交換機等常用的網絡設備進行配置,按實驗的不同難度分3類68組實驗項目,滿足不同層次學生的需求。

簡單實驗有23組,分別是配置DHCP、配置OSPF、配置OSPF認證、配置RIPv2、配置Trunk、配置VLAN、配置VLAN間路由、配置單臂路由、配置動態NAPT、配置動態路由產生默認路由、配置交換機Telnet、配置交換機基本信息、配置靜態NAT、配置靜態路由、配置快速生成樹、配置路由器Telnet、配置路由器基本信息、使用標準ACL控制網絡流量、使用標準ACL限制VTY訪問、使用擴展ACL限制應用服務、修剪VLAN、映射IP地址、在三層交換機上配置VLAN間路由。

中等難度實驗有21組,分別是配置DHCP、配置MSTP、配置MSTP+VRRP、配置OSPF被動接口、配置OSPF的多區域、配置OSPF區域間路由匯總、配置SPAN、配置TCP負載分配、配置VRRP單備份組、配置VRRP多備份組、配置策略路由、配置端口安全實現主機IP-MAC地址綁定、配置二層端口聚合、配置浮動路由、配置基于MAC的ACL、配置基于SVi的VRRP、配置基于時間的ACL、配置靜態路由重發布到OSPF、配置三層端口聚合、配置雙出口NAT、配置重發布RIP路由到OSPF。

難度比較大的實驗有24組,分別是配置BFD與OSPF路由聯動、配置GRE隧道實現VPN、配置IPSec Over GRE實現站點到站點的安全連接、配置IPSec VPN、配置IPSEC靜態隧道、配置OSPF NSSA區域、配置OSPF STUB區域、配置OSPF TOTALY STUB區域、配置OSPF 虛鏈路、配置OSPF多ABR選路原則、配置OSPF多ASBR選路原則、配置OSPF外部路由匯總、配置Pvlan、配置SuperVlan、配置VRF中的OSPF、配置VRF中的靜態路由、配置多點雙向重發布、配置進程間路由重發布、配置跨跳BFD與浮動靜態路由聯動、配置路由器雙向NAT功能、配置路由重發布中的度量修改、配置外部源地址轉換、配置直連BFD與浮動靜態路由聯動、配置重發布路由路徑過濾。

(2) 安全設備配置。安全設備的配置是網絡工程特色實驗室的重點,目前實驗室根據難易程度的不同開展了33組的實驗項目供教學使用。

簡單實驗有15組,分別是:查看UAC基本信息、查看防火墻的基本信息、配置 UAC 的靜態路由、配置UAC DHCP、配置UAC NAT功能、配置UAC混合模式、配置UAC路由模式、配置UAC透明模式、配置防火墻DHCP功能、配置防火墻NAT功能、配置防火墻安全規則、配置防火墻單VLAN的透明模式、配置防火墻多VLAN的透明模式、配置防火墻靜態路由、配置防火墻路由模式。

中等難度實驗有10組,分別是:配置UAC IP地址映射、配置UAC IP和MAC地址綁定、配置UAC 策略路由、配置UAC 端口映射、配置UAC 會話限制、配置防火墻IP地址映射、配置防火墻OSPF、配置防火墻策略路由、配置防火墻端口映射、配置防火墻上網用戶認證功能。

比較難的實驗有8組,分別是:配置UAC黑名單、配置UAC命令審計、配置本地WEB認證、配置防火墻SSL VPN功能、配置防火墻VDOM、配置防火墻VDOM-LINK、配置防火墻混合模式VDOM、配置流量控制。

4 下一步建設的建議

在已完成的網絡工程特色實驗室一期、二期的基礎上,做好三期的規劃。在已開展的68組的網絡設備配置和33組的網絡安全配置實驗項目的基礎上,再組織教師根據教學大綱的要求,開發新的實驗項目,編寫網絡設備配置、安全設備配置、語音無線配置、行業應用配置、存儲配置、崗位技能和職業素養等課程實驗指導書。為其他兄弟院校提供路由交換、安全、語音無線、存儲等方面的實驗環境[13],制定并執行網絡工程特色實驗室開放規章制度,與企業合作開展網絡、安全、語音無線、行業應用、存儲等方面的社會實踐和廠家認證培訓,為社會培養高級專業人才的同時獲得一些經濟效益。

以上結合我校網絡工程特色實驗室建設的實踐，介紹了實驗室建設的目標和原則，分析了實驗室建設的特點。通過特色實驗室的建設，能夠更好地服務于網絡工程專業人才的培養。

References)

[1] 王石, Chung K H,向婕. 我國高校網絡安全專業教學與實踐探索[J].黑龍江教育(高教研究與評估),2016(8):20-21.

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[3] 顧春峰,李偉斌,蘭秀風.基于VMware、GNS3實現虛擬網絡實驗室[J]. 實驗室研究與探索,2012,31(1):73-75.

[4] 高聯雄,趙波,吳慶暢. 網絡工程專業課程體系與專業方向設置實踐與探討[J].云南大學學報(自然科學版),2013,35(S1):150-152.

[5] 詹仕華,蔣萌輝,梁忠.網絡工程專業實驗室的設計與建設[J].實驗室科學,2012,15(2):140-142.

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[10] 容振邦,趙鐵柱,徐沛.基于J2EE的銳捷網絡工程遠程實驗室設計[J].實驗科學與技術,2016,14(2):58-62.

[11] 宋凌怡.高校計算機網絡安全實驗室的設計探討[J].廊坊師范學院學報(自然科學版),2011(6):35-37.

[12] 阮燦華.基于云計算的SaaS 模式的課程教學資源庫建設研究[J]. 智能計算機與應用,2013(2):57-59.

[13] 阮燦華,黃健,舒兆港.基于云計算的區域基礎教育資源共享策略研究[J]. 智能計算機與應用,2015(2):84-89.

Design and construction on characteristic laboratory of network engineering

Ruan Canhua1, Chen Xin2

(1. College of Computer and Information, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China；2. Computer Laboratory, Construction Vocational School in Fuzhou, Fuzhou 350007, China)

Combined with the practice of the construction on the characteristic laboratory of network engineering at Fujian Agriculture and Forestry University, the development history and the construction objective and principles of such laboratory are introduced. Its design plan is analyzed, and the characteristics of the laboratory construction plan, the network topology structure, the network equipment and network security project are described. Finally, some suggestions for the construction of the late laboratories are put forward.

network engineering; characteristic laboratory; network security

10.16791/j.cnki.sjg.2017.05.061

2016-11-01 修改日期：2017-01-03

福建省教育科學“十二五”規劃 2014年度課題(FJJKCGZ14-005)

阮燦華(1980―),男,福建福安,碩士,實驗師,主要研究方向為實踐教學管理、網絡安全、存儲技術、云計算.

E-mail：ruancanhua@fafu.edu.cn

TP393

B

1002-4956(2017)5-0242-05