作者：李海龍 徐東輝 李卉 單位：第二炮兵工程學(xué)院

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。信息類專業(yè)培養(yǎng)的人才不僅需要掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論知識(shí)，還要具備一定的網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用能力，能夠設(shè)計(jì)規(guī)劃、組建、管理、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程是信息類專業(yè)的主干課程，教學(xué)中需要配套建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程運(yùn)用能力。在院校建設(shè)網(wǎng)絡(luò)工程配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，需要很大的投入。本文探索了一種基于BosonNetsim軟件模擬平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。以期運(yùn)用得當(dāng)，能在有限的資源下，培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)工程素質(zhì)。

網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》及其相關(guān)課程的實(shí)踐特征比較明顯。知識(shí)應(yīng)用的體系，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的“網(wǎng)絡(luò)層”為界，可以分為兩類:網(wǎng)絡(luò)層以上，比較側(cè)重計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的軟件服務(wù);網(wǎng)絡(luò)層以下，則比較側(cè)重硬件環(huán)境的建設(shè)和工程運(yùn)用。網(wǎng)絡(luò)層以上的應(yīng)用取決于用戶的具體業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層以下的工程應(yīng)用則是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。所以網(wǎng)絡(luò)層以上的應(yīng)用，通常設(shè)置為非信息類專業(yè)的公共選修課程。而工程應(yīng)用則通常在信息類專業(yè)的高年級(jí)專業(yè)課中實(shí)施。網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用所涉及到的內(nèi)容，主要包括:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì);骨干設(shè)備的選型;接入方式與廣域網(wǎng)模塊的選擇;帶寬設(shè)置與分配;網(wǎng)絡(luò)地址的規(guī)劃管理;局域網(wǎng)內(nèi)VLAN的規(guī)劃;日常維護(hù)與安全管理等。這些過程的完成，都與具體的硬件設(shè)備密切相關(guān)。比如線纜的選擇，就取決于所選擇的模塊和接入方式。網(wǎng)絡(luò)中所涉及到的硬件設(shè)備門類繁多，各廠商的產(chǎn)品性能特點(diǎn)不一。工程管理人員必須對(duì)各種設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、工作特性有非常熟悉的了解。院校相關(guān)課程的教學(xué)中，必須要將這些內(nèi)容嵌入到理論授課的過程中，有針對(duì)性地開展實(shí)踐教學(xué)。

虛擬組網(wǎng)與系統(tǒng)集成訓(xùn)練

通常所說的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成(NSI，NetworksSystemIntegration)，就是根據(jù)用戶需求，合理選擇各種軟硬件產(chǎn)品，通過綜合性的技術(shù)設(shè)計(jì)、工程施工、安裝調(diào)試、管理監(jiān)測(cè)和應(yīng)用開發(fā)等環(huán)節(jié)，按低耗、高效、可靠的系統(tǒng)組織原則，完成系統(tǒng)軟硬件配置及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的安裝和開發(fā)，最終向用戶提供一個(gè)具有優(yōu)良性價(jià)比的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)的全過程。可以看到，這一過程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工作。對(duì)于在校學(xué)生來說，參與這樣一個(gè)完整過程的機(jī)會(huì)并不多。即便拿到一個(gè)成熟的案例，也往往不能參與其中，體會(huì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、組建和配置管理的過程。而組網(wǎng)模擬則正好解決了這一矛盾。利用模擬軟件，可以靈活地使用各型號(hào)設(shè)備，有機(jī)地自主組網(wǎng)。可以利用所搭建的環(huán)境，實(shí)驗(yàn)各類技術(shù)的運(yùn)用，熟悉網(wǎng)絡(luò)工作過程。不僅能夠熟悉、了解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特征，還能靈活地“組網(wǎng)”。所以，利用軟件模擬工具來模擬組網(wǎng)及管理的過程是初學(xué)者學(xué)習(xí)組網(wǎng)知識(shí)、熟悉設(shè)備、練習(xí)配置管理的最佳選擇。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)際硬件環(huán)境中實(shí)踐系統(tǒng)集成全過程或者其中的一部分技術(shù)過程，建設(shè)投入和難度同樣比較大。而且，用實(shí)際設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，無法讓多個(gè)學(xué)生同時(shí)操作一套設(shè)備。如果每個(gè)學(xué)生配置一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用來實(shí)驗(yàn)教學(xué)，資源浪費(fèi)又太大。用模擬器對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，由于每個(gè)學(xué)生都是在本機(jī)上單獨(dú)訓(xùn)練，不需要設(shè)備共享，很好地解決了這一問題。

基于BosonNetsim的網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)

建構(gòu)主義教育技術(shù)應(yīng)用觀強(qiáng)調(diào)“用技術(shù)學(xué)習(xí)”(LearnwithIT)，主張把信息技術(shù)作為學(xué)習(xí)工具。學(xué)生不能直接從教師或者技術(shù)中學(xué)習(xí)什么，只能從思維中學(xué)習(xí)。技術(shù)作為知識(shí)構(gòu)建、情境創(chuàng)設(shè)的工具，作為一種交流媒介和智能伙伴促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)構(gòu)建與思維發(fā)展。BosonNetsim所模擬的，就是一種環(huán)境和可供學(xué)習(xí)者交互的智能操作系統(tǒng)。它一方面模擬了可自由連接組網(wǎng)的Cisco全系列網(wǎng)絡(luò)軟硬件環(huán)境，另一方面提供了一系列可供用戶自由學(xué)習(xí)的配套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(如圖2所示CCNA實(shí)驗(yàn))。學(xué)生可以按照設(shè)計(jì)的需求，自行選型設(shè)備、挑選模塊、搭建環(huán)境，并載入軟件系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行配置。也可以在成熟的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，按照既定的目的要求，自主完成實(shí)驗(yàn)。在這種環(huán)境下，學(xué)習(xí)者拿到的只是一個(gè)可供自由組建硬件環(huán)境的基礎(chǔ)工具。按照教師或者自己設(shè)計(jì)方案的要求，逐步地在軟件環(huán)境中進(jìn)行與實(shí)際設(shè)備同樣的操作。同樣的軟件系統(tǒng)運(yùn)用、同樣的故障處理過程。規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以靈活地將理論授課中需要實(shí)踐的知識(shí)，在BosonNetsim的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。教師只需要規(guī)劃實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，由學(xué)生自主決定選用哪些設(shè)備、使用哪種鏈路、搭建何種環(huán)境、以怎樣的步驟來實(shí)施、碰到故障和問題如何決策解決、配置完成以后如何檢驗(yàn)。所以，基于BosonNetsim的實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)，首先要根據(jù)理論課程的教學(xué)要求，規(guī)劃出可以在BosonNetsim環(huán)境中開展的知識(shí)點(diǎn)配套實(shí)驗(yàn)。比如《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課程，就可以配套開展:交換機(jī)的端口管理、VLAN相關(guān)配置、三層交換實(shí)現(xiàn)VLAN間路由、路由器的接口配置及直連路由的驗(yàn)證、靜態(tài)路由和默認(rèn)路由配置、RIP協(xié)議配置、OSPF協(xié)議配置、NAT配置、ACL配置、DHCP配置等。

第二步，規(guī)劃每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)組織形式和難度要求。比如拓?fù)湫问健⑴渲脮r(shí)序、預(yù)期的效果等。第三步，規(guī)劃各實(shí)驗(yàn)在配置過程的問題及其處理方法。設(shè)備選擇不當(dāng)、拓?fù)溥B接錯(cuò)誤、地址規(guī)劃不合理、配置細(xì)節(jié)錯(cuò)誤，都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中的故障。這些問題都要進(jìn)行分門別類的梳理，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案。第四步，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法。網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)的測(cè)評(píng)，可根據(jù)具體情況制定不同程度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。比如動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的配置，最直接的方法就是在實(shí)驗(yàn)拓?fù)渲羞B接模擬的PC設(shè)備進(jìn)行終端連通測(cè)試。如果測(cè)試暢通，就證明路由配置成功。當(dāng)端到端的測(cè)試不通時(shí)，也有可能部分配置正確。此時(shí)，可以逐跳地進(jìn)行ping測(cè)試。找到出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)，查看相關(guān)路由的路由表。視動(dòng)態(tài)路由協(xié)議學(xué)到的路由項(xiàng)多少來確定學(xué)生成績(jī)。

BosonNetsim虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織

組織基于BosonNetsim的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，形式非常靈活。教師可以按照內(nèi)容需要，課內(nèi)安排配套上機(jī)實(shí)驗(yàn)。也可以綜合規(guī)劃，以課程設(shè)計(jì)的形式課后完成。組織實(shí)驗(yàn)課時(shí)，對(duì)硬件環(huán)境也沒有特殊的要求。只需要普通機(jī)房，甚至可以不需要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。評(píng)定成績(jī)時(shí)，可以將學(xué)生完成的拓?fù)湮募⑴渲梦募鳛樽鳂I(yè)直接提交，也可以通過網(wǎng)絡(luò)測(cè)試命令在模擬環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)評(píng)。