計 算 機 網 絡 測 試 實 驗 課 程 改 革

胡國強, 弋順超

(西北農林科技大學 a. 網絡與教育技術中心; b. 教學發展中心， 陜西 楊凌 712100)

0 引 言

網絡測試實驗，即利用專業網絡測試工具或測試軟件對實驗方案中設計的網絡線路質量通信、網絡設備配置、網絡拓撲等進行測試分析[1-2]，從而全方位、多維度地熟悉各個網絡設備的應用環境和使用方法，加深對網絡技術原理和方法的理解，提升網絡故障診斷水平及實際解決網絡故障的能力。

高校開設的計算機網絡課程實驗課一般在學院的計算機網絡實驗機房進行，實驗內容主要是以網絡的基本技術為主，很少涉及專業、全面的計算機網絡測試內容[3]。在計算機網絡的基本實驗中，由于缺少測試環節也使得基本網絡技術實驗內容不夠完善。網絡測試實驗的加入極大地豐富了網絡實驗的內容，可以讓任課教師和實習學生接觸到許多前沿的網絡測試知識、測試技術和測試設備，以提高自身的網絡技術實踐水平。目前，有些學校根據實際需要也增加了網絡測試實驗，但是增加的測試實驗都是單個、獨立的測試實驗，很少涉及綜合測試實驗，學生只能按部就班完成一個個獨立的網絡測試實驗。實際網絡環境都需要采用幾種或幾十種網絡基礎技術來搭建網絡，單個獨立的網絡測試實驗很難滿足實際調試網絡的需要。基于實際網絡調試的需要，本文在單個網絡測試實驗的基礎上增加了實際應用綜合測試實驗方案。此方案將多個網絡基礎測試實驗融合到一起，通過一個功能完整的綜合測試實驗來檢驗學生對單個網絡測試實驗的掌握程度。此方案不僅達到了獨立基礎測試實驗的實驗目的，而且可以讓學生融會貫通所學的計算機網絡技術。同時，此方案還包含了硬件測試和軟件測試，硬件測試和軟件測試的完美結合提高了學生對網絡技術的理解程度，開闊了師生調試網絡的思路。

1 現有的網絡測試實驗及存在的問題

網絡測試實驗的內容一般可分為硬件和軟件工具測試兩部分。

硬件工具就是利用現有的硬件測試工具，如測線儀、尋線儀、紅光筆、光功率計等硬件工具來檢測網絡異常或解決網絡故障。這些硬件工具的測試對象是網絡的物理鏈路部分，主要涉及線纜測試實驗。測線儀主要對雙絞線中的8根芯線的連通性進行依次測試檢查，然后根據測試結果判斷出該雙絞線能否正常通信。水晶頭故障、配線架故障、線纜太長造成的高衰耗、電磁干擾、機械壓力故障等均可引起雙絞線通信故障。尋線儀則利用感應尋線原理可以迅速高效地從大量的線束線纜中找到所需線纜，是網絡維護中最常用、最基本的查找線纜的工具，常用于雙絞線連通性測試實驗中。紅光筆常用于檢測光纖線路通斷；光功率計是指用于測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗的儀器，光功率計用來判斷光纖線路故障。光功率計與紅光筆組合使用，則能夠測量光纖線路[4-5]，連接損耗、檢驗光纖收發的連續性，并幫助評估光纖鏈路傳輸質量，紅光筆和光功率計用于光纖線路測試實驗中。

軟件測試工具即利用軟件程序或平臺來進行網絡測試實驗。測試軟件和平臺較多，按照功能可劃分為組網測試、鏈路層測試、以太網鏈路流量分析、 IP測試、VLAN網絡管理、交換機端口流量測試和長期流量測試、網絡故障診斷分析工具[6]。常用到的軟件測試工具如：Qcheck吞吐率測試工具；Mcast組播流測試工具；MCastTest超限組播測試工具；Ping Plotter Freeware帶寬測試工具；xChariot測量無線網帶工具等。

現有的網絡測試實驗一般由上述硬件測試實驗和軟件測試實驗組成，實驗內容多以單個基礎網絡測試實驗為主，本文在現有計算機網絡測試實驗的基礎上，設計了一種融合所有單個實驗項目的綜合網絡實驗測試方案，此方案能更好地檢測學生掌握的網絡技術，有助于學生融會貫通所學的網絡技術。

2 新實驗方案的設計

2.1 實驗方案設計思路

為了把當前獨立的基礎網絡測試實驗整合在一起，鍛煉學生調試復雜網絡的能力，本文設計了計算機網絡綜合測試方案拓撲，然后按照給定的拓撲，搭建測試網絡。網絡調試好后，學生可以基于搭建好的網絡來完成各種網絡測試實驗[7]。學生自己搭建網絡可以有效鍛煉學生的動手能力，讓學生掌握很多網絡測試方面的實踐技能。通過此實驗方案,開闊了學生調試網絡的思路，讓學生掌握多種網絡測試方法，培養學生獨立分析問題和解決問題的能力。搭建網絡的過程中，有可能碰到各種網絡問題，此時就需要借助于網絡測試工具來解決。整個調試過程，不僅完成了網絡測試實驗，而且增強了學生調試網絡的能力。

2.2 實驗拓撲

實驗方案的拓撲圖如圖1所示，由上至下可劃分為：運營商網絡(電信網和教育網)、出口防火墻、核心路由器、核心交換機、3層交換機、2層交換機和用戶。此實驗拓撲不僅可以完成現有的基本實驗項目和高級實驗項目，還可以完成現有的網絡測試實驗項目。

圖1 綜合網絡實驗方案拓撲圖

2.3 可完成的基本實驗項目和高級實驗項目

基本實驗項目：交換機基本配置；交換機堆疊；利用TFTP管理交換機配置；路由器基本配置；利用TFTP管理路由器配置；虛擬局域網VLAN；交換機端口聚合；生成樹的配置；點到點協議PPP；靜態路由；RIP version 1 路由協議；IP訪問列表；網絡地址轉換；升級交換機系統；升級路由器操作系統[8]。

高級實驗項目：幀中繼Frame-relay；RIP version 2 路由協議；OSPF路由協議；路由備份技術；路由過濾配置；路由重分布；策略路由；QOS；交換機集群管理；生成樹的高級技術；VLAN高級配置；VRRP；交換機QOS；組播；交換機安全；高級訪問列表；網絡地址轉換的應用；交換機端口鏡像；防火墻；VOIP；無線功能；VPN功能[9]。

2.4 可完成的網絡測試實驗

硬件測試項目：

(1) 用測線儀測試PC到2層交換機的連通性；

(2) 用尋線儀尋找任意PC所連網線在2層交換機的接口；

(3) 用紅光筆在2層交換機所在網絡間機柜上安裝的光纖配線架打光，在3層設備間的光纖配線架尋找有紅光的接口，以尋找連接兩個設備間的光纖接口；

(4) 用光功率計測試任意光纖線纜之間的線路衰減，以評估光纖鏈路傳輸質量或判斷光纖線路故障。

軟件測試項目：

(1) 整個實驗方案組網測試。搭建完如圖1所示的實驗拓撲后，可以進行組網測試實驗。

(2) 鏈路層測試。在PC到2層交換機之間可進行鏈路層測試。

(3) IP測試。在PC機上連接到教育網和電信網，進行IP測試。

(4) 網絡吞吐率測試。在PC機上安裝Qcheck軟件來完成網絡吞吐率測試。

(5) 組播測試。在PC機上安裝Mcast可以測試視頻直播服務器到PC之間有沒有開啟組播，在PC機上面安裝組播測試軟件MCastTest11，可測試組播網絡有沒有正常服務。

(6) 網速測試。可測試PC到教育網和電信網的訪問速度。

(7) FTP服務器壓力測試。在PC機上安裝Loadrunner壓力測試軟件，測試多個用戶并發登錄平臺FTP服務器的時候給系統增加的壓力情況；

(8) 防火墻的性能測試。對防火墻的吞吐性能測試、平均時延、并發連接數等進行測試。

(9) 防火墻檢測技術的測試。測試防火墻能否擋住外網對內網發起的各種攻擊。

(10) 各種路由協議測試。

2.5 可完成的綜合測試實驗項目

(1) 路由綜合實驗；

(2) 交換綜合實驗；

(3) 教育網互通測試實驗；

(4) 電信網互通測試實驗；

(5) 接入電信網和教育網帶寬測試；

(6) DNS解析測試。

3 實驗方案實施效果分析

在信息工程學院的計算機網絡測試實驗室選用此實驗方案開展實驗教學，此實驗方案對原來的實驗方法和實驗項目進行了部分的創新設計，增加了很多測試實驗項目和綜合測試實驗項目，提高了學生的學習興趣，取得了較好的實驗效果。新設計的實驗方案不僅涵蓋了幾乎所有的基礎網絡技術原理[10]，而且增加了許多很實用的網絡技術。通過實驗方案中所設計的實驗項目的練習，加強了學生對網絡原理的理解，加強了學生在復雜網絡環境下的調試能力，鍛煉了學生的創新能力，讓學生掌握了很多網絡測試方面的實踐技能。通過此實驗方案，開闊了學生調試網絡的思路，讓學生掌握了多種網絡測試方法，培養了學生獨立分析問題和解決問題的能力[11-12]。

通過后期對學生發放問卷后統計發現，90%的學生對計算機網絡測試技術很感興趣，83%的學生學習計算機網絡的積極性明顯提高。通過此實驗方案，學生的創新能力得到了提高和加強，對于學習后續課程或參加科研活動及競賽發揮著重要的作用[13]；但也有16%的學生表示，增加的計算機測試實驗太多，學校開設的計算機網絡實驗課課時太少，沒有時間實踐更多的計算機網絡測試技術。綜上所述，設計的實驗方案能夠幫助學生提高計算機網絡實踐能力，進一步提升學生學習能力、實踐能力和創新能力。但是受實驗課時的制約，部分網絡測試實驗項目還未開展，一些創新的網絡測試方法還沒有真正應用到實踐中，還需平衡各方因素，切實將以上計算機網絡測試實驗項目應用到具體教學實踐中[14]。

4 結 語

計算機網絡實踐教學有助于學生掌握所學的網絡技術，在夯實理論基礎的同時，加強實踐教學環節的訓練，可以幫助學生加深對基本理論、基礎知識的理解，提高學生分析解決問題的能力和綜合實踐能力[15]。本文分析了當前計算機網絡測試實驗教學存在的問題，設計了一套功能完整的、綜合實驗方案來解決計算機網絡測試實驗教學的不足。此實驗方案不僅能完成現有的網絡測試實驗項目，而且能完成好幾種綜合網絡測試實驗項目。通過采用多樣化的網絡測試實驗類型設計、綜合化的網絡測試實驗方法設計等，逐步加強學生的實踐能力，培養學生的創新思維能力與實踐能力。目前實驗方案中新設計的部分創新成果已經應用到了具體教學實踐中，新設計的計算機網絡測試實驗方案已經應用到了計算機網絡教學實踐中，取得了初步的成果[14]。接下來將繼續深化計算機網絡測試實驗教學改革，完善計算機網絡實驗項目，希望取得更大成果，為高校計算機網絡測試實驗課程改革探索出新的思路和方法。

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