计算机网络实验室方案的设计和实现

姚 坚，彭好佑，杨登攀

(海南软件职业技术学院人事处，海南 琼海 571400)

随着计算机信息技术的迅猛发展，社会急需大量具有计算机网络搭建、网络调试、网络维护、网络管理和网络设计的高级应用型人才［1］，而计算机网络技术专业课程具有较强的实践性和工程性，单纯依靠课堂理论教学远远不能达到教学要求，只有通过相关的实验实训，才能使学生更加有效地理解网络技术的理论知识，并通过实验和对工程项目进行设计、开发和施工，达到对相关专业理论的熟练应用，提升专业实践技能。网络实验室是学校信息化的重要组成部分，是培养学生动手能力和加深对理论知识理解的实践基地，是培养专业网络技术人才的摇篮。高职院校对学生的动手能力要求更高，更需要建立满足教学、科研需求的计算机网络实验室，来保证教学质量，提高学生的网络技能。

1 建设目标

1)满足实验教学需求［2－3］。适应计算机网络技术的发展，建立网络实验室，能完成各种基础性和综合性教学实验，即可以进行网络搭建、网络管理、网络安全和网络攻防等实验，让学生在实验中学习理论知识，掌握专业的网络技术，并通过自己设计、组建、开发，培养动手能力和创新能力。

2)满足教师科研需求［2－3］。网络实验室的搭建采用主流的先进网络设备，支持新的网络技术，能模拟、搭建成熟、先进的网络环境，如IPv6，VOIP，入侵检测等，使对网络技术感兴趣的教师能从事最前沿的专业研究，提高科研能力和教学水平。

3)满足实习和培训基地建设的要求［2－3］。网络实验室能组建大型的局域网、企业网，模拟各种城域网、广域网的网络环境，提高学生的网络技能和工程实战能力。网络实验室的搭建，还可以成为其他院校的的实习基地和社会人员的培训基地，培养网络专业的社会人才。

2 设计原则

1)可靠性［4－6］。设计网络实验室时，要考虑网络产品的稳定性和兼容性。在设计网络架构中，既要保证系统的正常运行，又要确保实验互不影响，具有较高的吞吐能力和低时延性。

2)先进性［4，6－7］。实验室的建设要能满足教师和学生对计算机网络前沿技术的研究和实验需求，能够开设相关的前沿实验。

3)灵活性［7］及可扩展性［4，8］。网络实验室的平台要具有灵活的网络划分，以满足各种实验项目的要求，还要考虑网络技术的发展前景，具有可扩展性，使网络设备硬件和网络管理软件能够方便的升级和扩展，以提高网络实验室的整体性能。

4)可管理性。在网络实验室中，可对网络进行统一和有效的管理。在建设中，选用先进的网络管理平台，对整个网络设备进行管理，具备流量监控、分析和统计功能，并能远程控制。

3 设计和实现

为了灵活地构建各种网络环境，网络实验室应尽可能包含常用的网络设备，并能模拟复杂的网络环境，以满足计算机网络教学、科研需求。网络实验室应包含的设备见表1。

表1 网络实验室包含的设备

3.1 网络实验室的设计

1)总体思路。根据网络实验室的基本设计原则，设计网络实验室的整体框架结构。为了方便管理，使之具有灵活性、可扩展性，通过网络实验管理中心平台对整个实验室进行管理。通过实验平台把网络设备、学生区域和教师区域连接起来，学生和教师可以通过网络实验管理中心平台对网络设备进行配置，其设计如图1所示。

图1 实验室的框架结构

2)实验小组的设计思路。每个实验小组都是一个独立的实验平台，有独立的网络实验管理中心平台器，并通过它对本组网络进行配置。通过组之间的网络设备，模拟更加复杂的网络环境，以满足设计、开发、组建不同的拓扑结构网络的要求，满足教学和科研要求。各组的交换机、路由器、防火墙通过网络实验管理中心平台登陆、配置和维护，管理方便，维护简单。实验小组平台如图2所示。

图2 实验小组平台

3.2 网络实验室的实现

3.2.1 网络实验室管理中心平台的配置

实现网络实验管理中心平台器对网络设备进行管理的配置命令如下:

配置完成后，通过 Telnet 172.16.1.1 9002，可以登陆swith-2进行配置，如图3所示。

图3 Telnet 172.16.1.1 9002 登陆 switch-2 交换机

3.2.2 实验小组设备配置清零

在网络实验管理中心平台器编写相关脚本，运行该脚本对9台网络设备进行还原，删除培训内容，为下次新实验做好准备，具有高管理性。

3.2.3 整个网络的实验实现拓扑图

整个网络实验室设计如图4所示，网络实验管理中心平台使用三层核心交换机，连接防火墙LAN区，通过防火墙的WAN口连接Internet，DMZ区连接WEB，FTP服务器，相关的教学资源可以放置在WEB，FTP服务器中，实现资源共享。

图4 网络实验室整体拓扑结构

3.2.4 能支撑的实验

1)基础网络实验。这类实验主要培养网络的设计和规划、组网、工程实施能力，实现网络的互联，包括局域网组建、Vlan技术划分、Stp，Mstp冗余技术、广域网接入等实验。

2)网络安全方面的实验。网络安全能力的培养主要体现在网络攻击和反攻击2个方面。主要实验有防火墙的安装、访问控制设置、NAT转换、MAC地址绑定等。

3)无线网络和语言实验。主要包括无线AP的接入，无线与有线无缝连接，VOIP语音电话等实验。

4)网络管理方面的实验。主要培养网络的管理和问题解决能力，包括网络设备的升级、密码恢复、配置文件备份、性能管理和网络认证、网络监控、故障分析等。

4 结束语

网络实验室的建设，从实验的设计目的和设计原则出发，具有可靠性、可管理性和先进性等，能模拟复杂的网络环境，支撑大量的网络实验，满足高职院校教学和科研要求。网络实验室的建设对提高教学与科研质量、培养网络管理和科研人才、提高学生的实践能力和就业竞争力具有重要意义。

［1］汤琳.高效网络实验室的建设和探讨［J］.绵阳师范学院学报，2009(8):69－71.

［2］杨建良.普通高校计算机网络实验室的规划与设计［J］.实验室研究与探索，2009(4):71－74.

［3］刘行兵，刘春红，沈西蕊.本科网络工程专业网络实验室建设探讨［J］.中国现代教育装备，2007(12):118－120.

［4］刘永刚.谈高校网络实验室建设与应用［J］.电脑知识与技术，2010(2):836－838.

［5］梁志勇，臧辉如.浅谈民办高校网络实验室建设［J］.实验科学与技术，2013(4):168－169.

［6］赵利，田克纯，符杰林，等.工科院校通信网络实验室规划与建设［J］.高教论坛，2005(12):122－125.

［7］郭雅.高校网络实验室建设方案探讨与设计［J］.电脑知识与技术，2009(7):5179－5181.

［8］聂娅，郑炜.计算机网络实验室方案的设计与建设［J］.实验室科学，2009(6):126－129.