一種迭代式的“‘綜合演練’網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”課程設(shè)計

吳君青，許 博，黃 華，曾 瓊

（1.陸軍工程大學 指揮信息系統(tǒng)學院，江蘇 南京 210007；2.福建省平和縣文化廣電體育局，福建 漳州 363701；3.陸軍工程大學 信息管理中心，江蘇 南京 210007）

1 概 述

網(wǎng)絡(luò)架設(shè)是計算機網(wǎng)絡(luò)教學中重要的實踐科目，對本科學員理解整個專業(yè)內(nèi)容有重要作用[1-2]，在軍事工程院校中，其對應科目為“‘綜合演練’網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”。該科目的目標是在規(guī)定時間內(nèi)完成指揮所的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，并部署必要的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。該科目具有實踐教學特性，對學員能力要求高，而且最終效果檢驗方法直觀，因此該科目在歷次實施中均受到各級領(lǐng)導的重視。

野外環(huán)境下實施教學，存在如下特點：①教學限制多。野外教學相關(guān)配套設(shè)施較簡單，所有物資都需要現(xiàn)場組裝，同時在保障方面有客觀缺陷，教學中需要考慮臨時斷電、電壓不穩(wěn)等客觀現(xiàn)實。②訓練時間集中。為了強化實踐學習效果，相關(guān)專業(yè)課程基本集中在3～5天內(nèi)完成。整個教學設(shè)計較緊湊，一旦確定則很難有時間調(diào)整改動。

由于上述客觀條件的限制，野外課程對學員要求更高：①需要掌握扎實的專業(yè)知識。學員不僅要有良好的理論基礎(chǔ)，還需要有較強的動手實踐能力。對于整個網(wǎng)絡(luò)架設(shè)能夠有良好的全局意識，不能局限于某個技術(shù)細節(jié)。②具備合適的管理協(xié)調(diào)能力。整個課程不僅需要小組內(nèi)部的團隊協(xié)作，還需要小組與其他組的人員溝通協(xié)調(diào)，相關(guān)組別有軟件組、網(wǎng)絡(luò)組、硬件組、攻防組等。

在實際教學中，很少有學員同時滿足要求。當前參訓學員中，大部分只有參加訓練時才能接觸到相關(guān)的設(shè)備和硬件。雖然設(shè)置了骨干人員，但是其自身也缺乏足夠的專業(yè)訓練，從而難以勝任整體協(xié)調(diào)工作。課程的教學目標是讓學員進一步學習和掌握相關(guān)技能并鍛煉其管理協(xié)調(diào)能力。作為教學組織者，需要按照學員的學習規(guī)律，制訂合理的教學計劃。因此，在設(shè)計教學方案時，需要針對野外環(huán)境的特殊性，綜合考慮現(xiàn)有學員的現(xiàn)狀，最終實現(xiàn)教學目標。

2 當前實施方案分析

計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為重要基礎(chǔ)，將多臺計算機連接在一起，形成龐大的信息網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)信息資源的傳遞與共享[3-4]。實踐教學是計算機網(wǎng)絡(luò)課程的重要組成部分，對培養(yǎng)學生的實踐能力有極為重要的作用。當前有多個文獻對其進行研究總結(jié)[5-7]，基本思路是基于虛擬仿真平臺完成實踐教學，其教學環(huán)境基本是室內(nèi)教學環(huán)境。作為軍事工程院校，其實踐環(huán)節(jié)具有野外特性，需要使用實物網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.1 教學目標和要求

“‘綜合演練’網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”課程的教學目標是使參訓學員通過實踐教學掌握網(wǎng)絡(luò)部署的基本原理和實踐組織方法，其教學內(nèi)容可分為局域網(wǎng)架設(shè)、廣域網(wǎng)架設(shè)和網(wǎng)絡(luò)運維，教學知識點包括線路部署和監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)IP規(guī)劃和配置、交換機配置、路由器配置和運維服務(wù)器配置。

整個課程需要架設(shè)的整體網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1（a）所示。為了便于教學開展，整個網(wǎng)絡(luò)以基本建筑為單位，可分為基本指揮所（簡稱基指）、后方指揮所（簡稱后指）和前線指揮所（簡稱前指）。其中，基指包括基指大帳篷和基指小帳篷兩個帳篷，后指為一個帳篷，前指則通過3臺節(jié)點車之間互聯(lián)實現(xiàn)組網(wǎng)。為了進一步配合網(wǎng)絡(luò)攻防的現(xiàn)地教學，網(wǎng)絡(luò)拓撲中專門加入攻防小帳篷?；负秃笾钢g通過有線以太網(wǎng)互聯(lián)，基指和前指之間通過微波互聯(lián)。

基指大帳篷是整個網(wǎng)絡(luò)開設(shè)的核心拓撲，示意圖如圖1（b）所示。在大帳篷中，包含12臺業(yè)務(wù)終端和2臺運維服務(wù)器。所有業(yè)務(wù)設(shè)備都以以太網(wǎng)方式互聯(lián)到二層交換機S2700，然后進一步連接到三層交換機S5700。二層交換機和三層交換機各自接入一臺網(wǎng)絡(luò)運維服務(wù)器，進行基本的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)維護。

在整個實踐教學中，對學員的要求是掌握線路部署和故障排除以及全網(wǎng)的IP規(guī)劃和配置，重點人員掌握交換機基本配置，最終目標是在規(guī)定時間內(nèi)完成整個指揮所的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，為其他業(yè)務(wù)開展提供基礎(chǔ)性支撐。

2.2 受訓學員特點分析

本課程的參訓學員主體為本科第4年的生長干部學員，其優(yōu)點是學習態(tài)度好，組織觀念強，接受新知識的速度較快，但也存在明顯的缺點，即重軟輕硬、管理生澀。

從往屆的演練情況來看，參訓學員在軟件操作方面沒有問題。通過學院的分業(yè)訓練和大學的綜合演練，學員基本上能夠理解指揮所網(wǎng)絡(luò)的開設(shè)步驟和方法，熟練使用相關(guān)的自主研發(fā)系統(tǒng)及開源軟件，實現(xiàn)對指揮所網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)控，但是在硬件操作方面問題較大，尤其是動手能力比較欠缺。因為學習時間和實驗設(shè)備的限制，參訓學員很難熟悉和制作相關(guān)硬件。前期雖然開設(shè)了專業(yè)實踐課，但是該課程教學目的是奠定綜合演練的知識基礎(chǔ)[2-3]，而且整個課程涉及網(wǎng)絡(luò)、軟件、安全等各方面的知識，真正用于硬件操作的學習時間很少，因此，參訓學員的實際動手問題在短期內(nèi)難以解決。

另一個問題是骨干的組織管理能力還需要加強。為了便于展開工作，當前設(shè)置了站長、組長和組員的3層機制。組長是整個具體開設(shè)工作的中堅核心，但是組長的管理能力亟須加強，具體表現(xiàn)就是組長對于網(wǎng)絡(luò)組全局的工作把握不準確，對人員的調(diào)度和去向掌握不明，對成員工作的分工和管理方法缺少足夠的認識。大部分情況下是一人單干模式，一旦面對基本指揮所等任務(wù)量大的環(huán)境，就無法勝任。該問題的根本原因在于骨干人員自身也缺乏足夠的專業(yè)訓練，從而難以勝任整體協(xié)調(diào)工作。

上述情況是客觀存在的，短時期內(nèi)難以改變這一現(xiàn)象。對于參訓學員，只有參加訓練時才能接觸到相關(guān)設(shè)備，因此“重軟輕硬”問題難以避免。骨干人員也是面對陌生事物，由于沒有足夠信息掌握實踐細節(jié)，因此很容易出現(xiàn)“管理生澀”問題，難以完成整體協(xié)調(diào)工作。

圖 1 網(wǎng)絡(luò)開設(shè)課程的實踐拓撲示意圖

2.3 實施計劃分析

當前的指揮所開設(shè)過程中，按照站長、組長和組員的3層機制開展工作，普遍采用圖2所示的實施流程。整個過程分為任務(wù)下達、站長受領(lǐng)、各組實施等階段。其中，指揮所保障分隊分為軟件組、網(wǎng)絡(luò)組、硬件組、攻防組等多個小組，每個組獨立完成物資領(lǐng)取、開展業(yè)務(wù)、值勤等工作。該實施流程簡單直接，便于指揮人員下達指令，在隊列形式上有利于明確各組工作任務(wù)。

圖 2 一種指揮所開設(shè)的實施流程

整個實施計劃的缺點是門檻太高。所有受訓學員直面最終網(wǎng)絡(luò)，中間沒有任何緩沖。由于沒有掌握基本細節(jié)，受訓學員搭建一次基本網(wǎng)絡(luò)需要花費很長時間。整個指揮所開設(shè)的業(yè)務(wù)有相關(guān)性，軟件組和攻防組依賴于網(wǎng)絡(luò)組，網(wǎng)絡(luò)組則依賴于硬件組。網(wǎng)絡(luò)組占用太多時間，導致最終的實施效果很不理想。實際實施中，教員需要花費很多精力協(xié)調(diào)指導，學員的實踐訓練價值不高。

3 多層迭代方案的教學設(shè)計

學生對“網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”的學習認識是有客觀規(guī)律的。只有遵循這一客觀規(guī)律，才能保持和提高學生的學習積極性。整個課程設(shè)計應該采用先易后難、從局部到整體的思路，進一步優(yōu)化課程教學。

3.1 教學實施方案

“網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”實施方案的示意圖如圖3所示。整個計劃分為局域網(wǎng)組網(wǎng)實踐、廣域網(wǎng)組網(wǎng)實踐和整體組網(wǎng)介紹。局域網(wǎng)組網(wǎng)和廣域網(wǎng)組網(wǎng)的實踐場地為基指大帳篷內(nèi)。組網(wǎng)實踐階段按照時間可自由調(diào)整，一般在基指大帳篷內(nèi)，時間緊迫則在其他帳篷由相關(guān)教員臨時指導。

（1）局域網(wǎng)組網(wǎng)實踐。這一階段的目標是讓所有學員徹底掌握網(wǎng)絡(luò)布線的實施和檢測、交換機的簡單配置和IP地址的配置學習。

（2）廣域網(wǎng)組網(wǎng)實踐。這一階段的目標是徹底掌握IP地址的規(guī)劃和配置、三層交換機的網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)運維。

（3）整體組網(wǎng)的注意事項介紹。經(jīng)過前面兩次內(nèi)容學習，學員對網(wǎng)絡(luò)開設(shè)基本有感性認識。這一階段的工作是教學宣講，主要是明確交流機制，說明物資準備的重要性和結(jié)點車通信問題。

依據(jù)上述實施內(nèi)容，可采用圖4所示“先重點后普通”的實施方案，分兩階段進行實踐教學。其中，重點人員即相對優(yōu)秀的學員，是指網(wǎng)絡(luò)原理掌握較好、實踐能力相對強的學員。重點人員可以由參訓學員自主推選。剩余學員都歸為普通人員。實際教學中一般分為2個批次進行培訓，每一批次的學員人數(shù)為20人左右，其中重點人員控制在6人，普通人員為14人左右。

具體流程如下：

（1）重點人員實踐。教員演示說明實驗網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)目標和相關(guān)器材，然后組織重點人員進行實踐操作訓練。在此期間，普通人員旁聽和觀看，不參加實踐操作。

（2）普通人員實踐。教員組織將普通人員平均分為兩個小組，然后重復進行實驗網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)訓練。整個過程中，重點人員旁聽和觀看，不參與實踐操作。

（3）總結(jié)。階段內(nèi)容實踐結(jié)束后，教員針對問題進行簡單總結(jié)，根據(jù)實踐完成效果安排骨干人選。

該方案有如下優(yōu)點：①小而全。實踐作業(yè)規(guī)模較小，設(shè)計相對簡單，但是涉及網(wǎng)絡(luò)組工作的所有內(nèi)容，課程內(nèi)容包含從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)再到業(yè)務(wù)部署的所有要素。②干擾少。沒有其他組員的相互干擾，本組學員可以專注學習“網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”的業(yè)務(wù)認識。③認識深刻。通過兩階段的實踐訓練，所有學員都能夠接觸組網(wǎng)流程，較為深刻地理解“網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”的全局內(nèi)容和必要細節(jié)。

圖 3 “網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”教學計劃示意圖

圖 4 多次迭代“網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”實施方案示意圖

3.2 其他注意事項

3.2.1 明確交流機制和內(nèi)容

教學過程中，教員需要向?qū)W員明確交流機制和交流內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)組自身工作量大，而其他組（軟件和攻防）則依賴網(wǎng)絡(luò)組。這要求網(wǎng)絡(luò)組必須快速準確地開始實驗網(wǎng)絡(luò)，其中，減少組之間的干擾是一個重要前提，特別是在網(wǎng)絡(luò)開始的前期階段，必須提醒學員明確交流機制和交流內(nèi)容。

常用的交流方式是組長負責制，即組之間的交流必須通過組長進行。網(wǎng)絡(luò)架設(shè)初期，很多問題有共性，組長負責制可以舉一反三，快速解決。不能出現(xiàn)的情況是，普通學員要求解決網(wǎng)絡(luò)問題，從而直接找到網(wǎng)絡(luò)組人員解決，這會嚴重擾亂網(wǎng)絡(luò)組的正常進度。

在交流內(nèi)容方面，網(wǎng)絡(luò)組負責布線和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，并明確每臺終端的IP配置信息。注意，網(wǎng)絡(luò)組不負責終端的具體配置和檢測，相關(guān)操作由負責終端的學員自己完成。

3.2.2 快速排除常見故障

網(wǎng)絡(luò)組需要熟悉一些常見故障的排查方法，若無法解決則直接找教員指導。在整個排查過程中，應該采取自底向上、由近及遠的思路。首先分析物理層的故障，然后分析鏈路層故障，最后分析IP層故障，整個排查使用對比法，即尋找正常的案例，比較不同案例之間的區(qū)別。常見的網(wǎng)絡(luò)故障表現(xiàn)和分析方法參考表1，這些問題在網(wǎng)絡(luò)架設(shè)初期很容易出現(xiàn)。

表 1 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)常見故障及分析

3.2.3 解決結(jié)點車通信問題

結(jié)點車負責基指和前指的網(wǎng)絡(luò)連接，但是歷屆學員都不理解連接原理。結(jié)點車之間通過微波方式實現(xiàn)遠程傳輸，有設(shè)備將微波信息轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號，輸出的信號使用以太網(wǎng)接口接入大帳篷的三層交換機。結(jié)點車本身也有三層交換機，需要配置OSPF的動態(tài)路由。整個配置過程查看提示即可。

4 結(jié) 語

指揮所“網(wǎng)絡(luò)開設(shè)”的教學核心是在野外環(huán)境下開展搭建一個全新網(wǎng)絡(luò)。該科目涉及多種科目，融合多種業(yè)務(wù)，如果采用并發(fā)齊上的教學模式，受訓學生很容易產(chǎn)生混亂。野外教學注重實踐操作，受訓學員雖然已經(jīng)參加網(wǎng)上推演、專業(yè)實踐等課程，但是依然需要時間適應。作為教學組織者，我們需要按照學員的學習規(guī)律制訂合理的教學計劃。

本文提出一種迭代式的教學計劃，提供從簡單到復雜、從局部到綜合的搭建環(huán)境，同時明確學員的交流機制，引導他們聚焦于業(yè)務(wù)問題，快速組建基本指揮所。整個教學過程中，需要引導學員掌握合理的故障排查機制，針對常見故障提供快速排查方法，從而減少不同業(yè)務(wù)組之間的相互干擾。

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