部署中高职计算机网络课程专业实训教学环境的研究

2021-12-03姚友军

电子元器件与信息技术 2021年4期

姚友军

（南京江宁高等职业技术学校，江苏南京 211100）

0 引言

中高职计算机网络专业课程的教学目标是培养实用性专业网络技术人员，理实一体化教学模式广泛应用于中高职的课堂教学，中高职网络专业骨干课程包括网络组建、网络操作系统 Windows、Linux服务配置，及网络安全等，基础专业理论课程是网络基础，高级课程包括数据库，网络编程，及网络管理语言perl、powershell和python等，以往教学过程中对于网络基础等的基础性理论课程教学模式过于简单，通常使用传统的授课模式，教师讲解学生记忆，最多PPT图片展示，效率低下，特别是对于在校时间短的中职学生，效果往往很差，并不能为专业骨干课程打好基础，不能适应未来职业发展的需要，而高级课程需要对网络的骨干课程有深入的理解，所以专业学习能否深入进行还在于几门骨干课程能否顺利实施。

1 使用思科的Packet tracer软件搭建网络基础与网络组建课程实训软件环境

在长期的中高职教学过程中，本人立足理实一体化教学模式进行教学改革，参照思科的CCNA培训课程，在教学过程中将网络基础与网络组建课程进行有机结合，使用Packet tracer软件的模拟环境功能充分展示数据包通信过程，帮助学生理解网络基础基本工作原理，进行网络组建课程理实一体化教学[1]。教学过程中使用Packet tracer的行动向导功能解决项目化教学引导的问题，并能进行自动评价，解决学生不知道做什么，做的对不对的问题，甚至于可以将答案参照做在行动向导上，帮助学生记忆。基础学习从模仿开始，让学生学会模仿、学会专业思维，为入门理论分析与实训教学提供了教学方法与手段，同时也提供学生实训环境，没有损坏真实设备的担忧。Packet tracer可以运行在Windows和Linux两个操作系统环境，它甚至还可以运行在Ipad上，突破了教学实训环境限制，学生随时随地学习、实训。

2 使用vmware workstation等软件搭建网络组建、网络操作系统服务、网络安全课程实训环境

Vmware公司开拓了虚拟化市场应用，成为行业先锋，它们的产品Vmware workstation广泛应用于实训教学，快照功能成为快速环境恢复与搭建环境的最有效工具，在虚拟机上部署操作系统服务成为最常用的教学、实训的方法，相似软件还有Oracle的Virtualbox，这两个软件具有Windows和Linux的两个版本，功能相似、方便使用，现在流行的Ubuntu桌面是一种LInux的开发版本，具有Windows无法比拟的稳定性和可定制性，成为中高级网络学习阶段的必备工具。思科、华为、山石等著名网络设备企业多都有自己的虚拟化产品，MikroTik的产品RouterOS可以直接部署于虚拟机进行使用，这些广泛应用于市场虚拟化产品，为我们进行实训教学提供了现存的虚拟设备[2]。

3 使用GNS3虚拟化软件进行设备虚拟，搭建网络组建、网络安全课程实训环境

使用Vwmare、virtualbox等虚拟化软件虚拟硬件设备进行网络组建、网络安全教学时，网络拓扑环境不能很清楚的表现出来，使用自由社区软件的GNS3虚拟出来的路由器、交换机、防火墙等设备搭建网络拓扑环境清楚，对于从入门到中高级阶段的学生非常适用，GNS3提供了Wmware的版本，在Windows平台下实现基于Linux平台的Qemu虚拟环境的交换机、防火墙，在Wnidows平台实现大型网络环境的虚拟进行实训教学，为计算机网络专业学生提供了专业教学环境。

4 Linux平台使用提高软件环境稳定性

Packet tracer、Vmware、Virtualbox、GNS3都有Windows版本与Linux版本两种，现在Linux 版本Ubuntu桌面环境广泛被使用，工作稳定、开源，具有很强的可定制性，使用Ubuntu平台的GNS3工作稳定，设备模拟器Qemu环境被各厂商支持，很多虚拟化软件工作环境可以在这个平台运行，而且Ubuntu的KVM环境与Qemu有机整合，在Ubuntu环境下使用Vmware workstation虚拟出的计算机与GNS3能实现通信，但因为软件的兼容性问题，总会出现这样或那样的问题，不太稳定，而在KVM环境虚拟出来的计算机可以稳定地与GNS3虚拟出来的各种虚拟设备进行网络通信，现在64位的计算机突破了内存瓶颈，只要计算机性能足够好，就能通过一台计算机虚拟出来复杂的网络环境，进行实验研究，我们甚至可以虚拟出Vmware esxi或其他数据中心环境来研究它们的通信及服务，进行相关的实验、部署前的环境测试。

真实训环境下研究网络中数据包通信过程，配置硬件设备端口镜像去使用wireshark等工具抓包研究通信过程、进行协议分析是必备研究、分析、排错的手段，这样配置虽不复杂，但要求有多余的端口来连接线缆，教学过程中往往会出现一些低级问题，如端口连接出错、线缆出错，使用虚拟化平台教学，只要对虚拟线缆进行抓包就可以立即显示出来，杜绝了类似问题，节约大量教学时间。

5 使用EVE-ng虚拟化实训环境进行实验与测试

单机使用的GNS3有和Packet tracer类似的操作界面，非常方便网络拓扑的绘制，教学过程中使用非常有利于学生网络专业思维的形成，同时设备操作和真实设备一样，有比Packet tracer模拟器上的设备更加丰富的设备及设备命令功能，但如果进行学生测试用的实训环境的部署，还是相当费时费力的。EVE-ng虚拟环境虚拟的设备和GNS3相似，使用web页方式管理与操作方便操作，入门简单，将eve-ng环境部署在vmware esxi数据中心服务器的虚拟环境，可以快速生成大量服务器，方便学生考试用测试环境搭建[3]。

6 使用Veyon广播电子教学软件，方便统一教学

传统的实训教学，因为实验室空间及硬件设备价值不菲，往往不能人手一组网络实训设备，学生需要分组，有些学生可能就没有实训的机会。将实训环境虚拟部署在一台计算机上，有利于集中管理，教学过程中每位学生一台计算机，一个虚拟的实训环境，每位同学就都有实训的机会了。计算机教学过程广泛使用广播电子教学软件，很容易将学生典型的错误案例进行集中讲解，有助于课堂教学中教师对课堂的掌控，但当安装了虚拟机Vwmare workstaion、Virtualbox等软件后，计算机往往会生成虚拟网卡实现主机与虚拟机进行通信，很多电子广播教学软件如极域电子教室不能识别多见网卡环境，不能正常广播。使用开源软件Veyon，能配置指定地址通过点对点单播方式来实现广播教学，虽在广播的性能上不如商用软件来的理想，但广播、学生演示等功能还是相当齐全，它有下发作业的功能，虽没有收交作业功能，期待改进，也可以通过其他技术，如samba共享，FTP文件服务器来实现文件的传输[4]。

7 使用WDS或PXE进行大规模机房部署及使用统一身份认证进行授权管理

传统的实训教学不太适合大规模进行，但有了虚拟化仿真技术及广播电子教学软件后，就可以很好的完成了，教学的效果要比大屏投影好的多，但这样的机房实训环境部署来的复杂的多，现在流行的还原卡方式进行系统传送以及进行计算机恢复的机房管理方式不太能适用于这种情况，Linux环境Ubuntu桌面与还原卡的兼容性有待研究。使用Windows环境的WDS部署及Linux的PXE系统安装通过网络进行系统安装的方法能够解决系统大规模部署问题，而现在使用Puppet进行程序的自动部署与安装也广泛流行，适于Windows环境与Linux环境，为快速大规模布置软件提供了方法[5]。使用Windows的域环境进行用户权限的限制或是红帽的IPA用户集中权限管理，能有效进行用户权限的分配与管理，也有ldap的用户认证及Raidious的权限分配，但实现起来难度要大的多，集中式权限管理让教师在实训时临时开启权限也很方便。