普通本科院校网络互连技术实践教学研究

摘要：针对普通本科院校网络工程专业学生后续发展和就业理念多元化发展的现象，制定新的网络互连技术实践教学内容，采用仿真工具与真实设备实训相结合的实践教学方法，满足学生不同层次的发展需求。

关键词：本科院校； 网络互连； 实践教学

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）02-0343-03

1 概述

据不完全统计，2011年底全国共有300多所高校开设网络工程专业[1]。多数本科院校开办网络工程专业之时，正是国内企事业单位网络工程项目建设蓬勃发展的时期，定位主要侧重于网络工程的建设者、网络系统的管理与维护者[2]。因此许多本科院校选择在《网络管理技术》或《系统集成》课程中开设了网络互连技术教学内容。网络互连技术实践性很强，借助于实践既可进一步强化网络原理的学习内容，也为后续课程良好的教学奠定基础。因此，实践内容与教学方法的设计与运用对教学效果起着重要作用。

网络互连实践需要有独立网络设备，许多开设网络工程专业的高校都通过校企合作方式建立了相关实训室[3]。由于网络技术与设备快速更新，许多高校由于资金原因导致网络实训室设备不足或相对落后。随着网络应用的逐步深入及新型网络技术的出现，社会对传统路由、交换的组网需求逐渐下降，加上职业院校网络工程专业办学规模兴起，对本科院校的网络工程专业学生就业造成了巨大压力。本科院校，尤其是二本高校学生的后续发展和就业理念正呈现多元化发展[4-5]。物理设备实训需要花费大量的时间，部分选择考研或打算在网络编程方向发展的学生对路由、交换等网络设备配置兴趣不大。

因此，适时更新实践内容与教学方法、兼顾学生多元化发展需求、优化网络互连技术教学效果是网络工程专业亟待探索的课题。结合我校网络工程专业实际情况，作者们在教学过程中重新设计了网络互连实践教学内容，采用网络仿真工具与真实设备相结合的实践手段进行了两届本科学生教学，取得了良好的教学效果。该文介绍了实践内容设计与网络仿真工具的选择策略，希望对同类本科院校网络工程专业相关课程教改有一定的借鉴作用。

2 实践内容规划

网络互连实践目的是帮助学生全面消化、理解和掌握课程理论教学内容，培养学生的实际动手能力和综合实践能力，从而使学生的综合素质得到较好地提升。网络工程专业学生的实践能力的培养可以按基本技能、综合应用技能这个方向循序渐进推进[1-2]。因此互连技术实践内容可分为基础实验与综合实验两大部分。

2.1 基础实验设计

如表1所示，基础实验分为交换机互连、路由器互连和网络安全配置3大类。

2.1.1 交换机互连类

开设跨交换机VLAN隔离与通信、利用单臂路由实现VLAN间路由和利用三层交换机实现VLAN间路由等VLAN通信实验模块；生成树配置实验；链路聚合配置实验。让学生了解交换机基本功能，熟悉交换机互连的常用技术及其原理，掌握交换机基本配置、VLAN配置以及VLAN间通信的解决方案与相关配置；掌握生成树、快速生成树基本原理与配置方法；掌握端口聚合基本原理、应用场景与配置方法。

2.1.2 路由器互连类

开设静态路由、默认路由与浮动路由等静态路由配置实验；RIP v1、RIP v2协议配置与分析实验；OSPF协议配置与分析实验；广域网协议封装实验。通过路由器互连实验让学生了解路由器主要功能及其与交换机的区别；熟悉常用路由协议原理；掌握路由器基本配置、静态路由和动态路由配置；掌握常见的路由协议故障排除方法。

2.1.3 网络安全管理

开设PAP和CHAP认证配置等路由器身份认证配置实验；端口安全与访问控制列表实验；地址转换实验；SNMP配置实验。通过网络安全管理系列实验让学生了解路由、交换设备支持的网络安全功能，熟悉网络设备的安全功能应用场景及其配置方法。

2.2 综合实验设计

综合实验要具有概括性，能将基础试验中涉及的内容有机融合起来，有效拓宽学生视野，帮助学生将掌握的知识进一步融会贯通，达到灵活综合运用的目的。因此综合实验既要能帮助学生系统回顾网络设备的基本配置，又要让学生切实体会学有所用，提高学习兴趣，为后续课程教学打下基础。图1是我们设计的综合实验网络拓扑，各网络单元需要配置的基本信息在图中一并列出。

图1 综合实验网络拓扑图

服务器200.1.1.2上运行有WWW和FTP服务。该综合实验要求全网互通。连接在VALN10、VLAN20、VLAN30、VLAN40主机互相都能够ping通，且都能够ping通服务器200.1.1.2。VALN10、VALN20中的主机能够访问服务器200.1.1.2的WWW服务，但不能访问FTP服务，VLAN30、VLAN40中的主机不能够访问服务器200.1.1.2的WWW服务，但能访问FTP服务。

该案例涉及的知识点有：三层交换机实现VLAN间路由、生成树配置、OSPF动态路由协议、路由器身份认证、访问控制列表、NAT转换等，能够较好地涵盖基础实验内容。该案例稍作变通就能够设计出多个侧重点不同的案例，如在交换机间配置链路聚合、全网启用RIP协议或配置静态路由、采用CHAP认证等。完成该案例后，学生将能够较为系统地理解和掌握网络互连的关键技术。

3 实践教学方法

与操作真实设备相比，使用仿真工具进行实验过程中，学生不需关注物理设备连接，有利于减少干扰、便于学生独立完成实验。仿真工具可以保存实验拓扑和配置信息，在个人电脑上重现所有实验，不受实验课时的限制方便地实现“24小时”学习，有利于学生对交换机、路由器相关知识的理解，提高对交换机及路由器配置方法及命令的学习效率。另外，仿真工具的运用还可以解决物理设备紧张的问题。

结合学生不同发展方向的现状，我们采用了仿真工具与物理设备相结合的实践内容教学模式。理论教学时，教师先用仿真工具进行演示，帮助学生理解课程难点。实践教学过程中采用差异化教学方法。对于打算在网络配置与系统集成方向发展的学生，鼓励具备一定基础后在物理设备上完成实验。对于想在网络编程方向发展或考研的同学，以仿真工具练习为主，物理设备为辅。既满足率学生多元化发展的需求，又解决了物理设备紧张的不足，能较好地实现教学中的教、学、做合一的教学目标。

目前，计算机网络实验常用软件工具有NS2、NS3、OPNET、GNS3和Packet Tracer等。NS2、NS3和OPNET侧重于路由协议原理的模拟，适用于科学研究；后几种软件更适合于路由交换的组网与配置模拟。GNS3直接加载路由器IOS来实现模拟，占内存比较多，CPU使用率高，适合高级用户。Packet Tracer是思科公司推出的面向思科认证网络工程师CCNA （Cisco Certified Network Associate）认证考试教学的模拟软件，支持常用协议模型，具有良好的图形界面、可方便地再现网络环境，jL4NJInUBvfCQ+sxy/R9H39780isoW1q6IIo4LKVGhI=操作方便、交互性强、直观形象。

Packet Tracer提供多种型号的路由器、交换机、服务器等网络设备仿真，可方便地实现VLAN 实验、生成树、链路聚合、静态路由、RIP和OSPF动态路由、网络地址转换配置，支持多路由器与多交换机配置，完全可以胜任网络互连技术实验教学。Packet Tracer支持实时模式（Real-time） 和仿真模式（Simulation） 两种模拟模式。实践教学过程中在实时模式下灵活地设置网络拓扑结构、网络协议和仿真参数、测试网络连通性，利用仿真模式观察模拟协议数据单元在网络中的传送情况，跟踪数据单元在网络各节点的详细处理过程，既能直观理解协议的运行机制，也可以进行网络故障分析与诊断。

4 总结

网络互连技术系网络工程专业核心教学内容，实践性较强。该文从实践教学内容和方式两个方面探索了网络互连技术实践教学改革方案，满足了学生不同层次的发展需求，克服了网络设备资源紧张的问题，达到了教、学、做合一的教学目标。

参考文献：

[1] 吴明君，张伟，振，霞.网络工程专业课程体系建设实践与探索[J].师范大学学报：然科学版，2012（30）：434：437.

[2] 曹介南.高等学校网络工程专业培养方案[M].北京：清华大学出版社，2011.

[3] 张建伟.构建网络工程专业实践教学体系[J].计算机教育，2009（12）：114：122.

[4] 吴江文.网络工程专业人才培养体系的研究[J].高教论坛，2008（4）：31-34.

[5] 高东发，阳爱民，谢建国.我国网络工程专业建设的研究现状述评[J].计算机教育，2010（12）：29-31，45.