网络工程实验的教学要求综述

作者：李海龙 徐东辉 李卉 单位：第二炮兵工程学院

计算机网络是信息系统的基础。信息类专业培养的人才不仅需要掌握计算机网络的理论知识，还要具备一定的网络工程应用能力，能够设计规划、组建、管理、维护网络系统。《计算机网络》课程是信息类专业的主干课程，教学中需要配套建设实验教学资源，将理论知识转化为工程运用能力。在院校建设网络工程配套的实验环境，需要很大的投入。本文探索了一种基于BosonNetsim软件模拟平台的网络工程实验教学模式。以期运用得当，能在有限的资源下，培养、锻炼学生的网络工程素质。

网络工程实验的教学需求

《计算机网络》及其相关课程的实践特征比较明显。知识应用的体系，以计算机网络体系结构中的“网络层”为界，可以分为两类:网络层以上，比较侧重计算机网络的软件服务;网络层以下，则比较侧重硬件环境的建设和工程运用。网络层以上的应用取决于用户的具体业务，网络层以下的工程应用则是计算机网络的基础。所以网络层以上的应用，通常设置为非信息类专业的公共选修课程。而工程应用则通常在信息类专业的高年级专业课中实施。网络工程应用所涉及到的内容，主要包括:网络拓扑的设计;骨干设备的选型;接入方式与广域网模块的选择;带宽设置与分配;网络地址的规划管理;局域网内VLAN的规划;日常维护与安全管理等。这些过程的完成，都与具体的硬件设备密切相关。比如线缆的选择，就取决于所选择的模块和接入方式。网络中所涉及到的硬件设备门类繁多，各厂商的产品性能特点不一。工程管理人员必须对各种设备的技术参数、工作特性有非常熟悉的了解。院校相关课程的教学中，必须要将这些内容嵌入到理论授课的过程中，有针对性地开展实践教学。

虚拟组网与系统集成训练

通常所说的网络系统集成(NSI，NetworksSystemIntegration)，就是根据用户需求，合理选择各种软硬件产品，通过综合性的技术设计、工程施工、安装调试、管理监测和应用开发等环节，按低耗、高效、可靠的系统组织原则，完成系统软硬件配置及网络应用系统的安装和开发，最终向用户提供一个具有优良性价比的计算机网络系统及应用系统的全过程。可以看到，这一过程是一个复杂的系统工作。对于在校学生来说，参与这样一个完整过程的机会并不多。即便拿到一个成熟的案例，也往往不能参与其中，体会规划、设计、组建和配置管理的过程。而组网模拟则正好解决了这一矛盾。利用模拟软件，可以灵活地使用各型号设备，有机地自主组网。可以利用所搭建的环境，实验各类技术的运用，熟悉网络工作过程。不仅能够熟悉、了解网络设备的特征，还能灵活地“组网”。所以，利用软件模拟工具来模拟组网及管理的过程是初学者学习组网知识、熟悉设备、练习配置管理的最佳选择。对于实验教学，在实际硬件环境中实践系统集成全过程或者其中的一部分技术过程，建设投入和难度同样比较大。而且，用实际设备进行实验时，无法让多个学生同时操作一套设备。如果每个学生配置一套网络设备用来实验教学，资源浪费又太大。用模拟器对学生进行实验训练，由于每个学生都是在本机上单独训练，不需要设备共享，很好地解决了这一问题。

基于BosonNetsim的网络工程虚拟实验体系建设

建构主义教育技术应用观强调“用技术学习”(LearnwithIT)，主张把信息技术作为学习工具。学生不能直接从教师或者技术中学习什么，只能从思维中学习。技术作为知识构建、情境创设的工具，作为一种交流媒介和智能伙伴促进学习者的知识构建与思维发展。BosonNetsim所模拟的，就是一种环境和可供学习者交互的智能操作系统。它一方面模拟了可自由连接组网的Cisco全系列网络软硬件环境，另一方面提供了一系列可供用户自由学习的配套实验系统(如图2所示CCNA实验)。学生可以按照设计的需求，自行选型设备、挑选模块、搭建环境，并载入软件系统环境中进行配置。也可以在成熟的实验环境下，按照既定的目的要求，自主完成实验。在这种环境下，学习者拿到的只是一个可供自由组建硬件环境的基础工具。按照教师或者自己设计方案的要求，逐步地在软件环境中进行与实际设备同样的操作。同样的软件系统运用、同样的故障处理过程。规划实验教学时，可以灵活地将理论授课中需要实践的知识，在BosonNetsim的环境中进行设计应用。教师只需要规划实验的知识点，由学生自主决定选用哪些设备、使用哪种链路、搭建何种环境、以怎样的步骤来实施、碰到故障和问题如何决策解决、配置完成以后如何检验。所以，基于BosonNetsim的实验体系建设，首先要根据理论课程的教学要求，规划出可以在BosonNetsim环境中开展的知识点配套实验。比如《计算机网络》课程，就可以配套开展:交换机的端口管理、VLAN相关配置、三层交换实现VLAN间路由、路由器的接口配置及直连路由的验证、静态路由和默认路由配置、RIP协议配置、OSPF协议配置、NAT配置、ACL配置、DHCP配置等。

第二步，规划每一个知识点的实验组织形式和难度要求。比如拓扑形式、配置时序、预期的效果等。第三步，规划各实验在配置过程的问题及其处理方法。设备选择不当、拓扑连接错误、地址规划不合理、配置细节错误，都会导致实验过程中的故障。这些问题都要进行分门别类的梳理，并制定相应的应对方案。第四步，设计实验的评价方法。网络工程实验的测评，可根据具体情况制定不同程度的评价标准。比如动态路由协议的配置，最直接的方法就是在实验拓扑中连接模拟的PC设备进行终端连通测试。如果测试畅通，就证明路由配置成功。当端到端的测试不通时，也有可能部分配置正确。此时，可以逐跳地进行ping测试。找到出现故障的节点，查看相关路由的路由表。视动态路由协议学到的路由项多少来确定学生成绩。

BosonNetsim虚拟实验教学的组织

组织基于BosonNetsim的网络工程实验教学，形式非常灵活。教师可以按照内容需要，课内安排配套上机实验。也可以综合规划，以课程设计的形式课后完成。组织实验课时，对硬件环境也没有特殊的要求。只需要普通机房，甚至可以不需要网络环境。评定成绩时，可以将学生完成的拓扑文件、配置文件作为作业直接提交，也可以通过网络测试命令在模拟环境中现场测评。