文章編號(hào)：1672-5913(2008)08-0100-03

摘要：本文提出了在使用NetSim網(wǎng)絡(luò)模擬器構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與教學(xué)思路，并給出了內(nèi)容設(shè)計(jì)方案的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：虛擬平臺(tái)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；內(nèi)容設(shè)計(jì)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求較高，需要有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，因此需要大量的建設(shè)資金。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置越豐富，對(duì)硬件和相應(yīng)的支撐軟件的投入要求也越高?；谏鲜鲈颍壳暗木W(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很少，而涉及大量資金投入的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)幾乎沒有。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)是非常不利的。

1虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

我們課題組曾提出過運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的思想，并應(yīng)用于實(shí)踐取得了較好的效果。目前課題組正在承擔(dān)校級(jí)教改項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生產(chǎn)實(shí)習(xí)的改革與研究——虛擬軟件工廠實(shí)習(xí)基地”，并取得了一些階段性成果。本文所述內(nèi)容涉及其中的一個(gè)子項(xiàng)目：用NetSim網(wǎng)絡(luò)模擬器構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室及其創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)。

Boson NetSim for ccnp是Boson公司推出的一款路由器、交換機(jī)模擬軟件，可以為我們搭建免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備和組成方式都可由我們自行決定。它是操作最接近真實(shí)環(huán)境的模擬工具，但與使用真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備相比，可省去制作網(wǎng)線連接設(shè)備，頻繁變換Console線，不停地往返于設(shè)備之間的環(huán)節(jié)。它的命令和最新的Cisco的IOS保持一致，可以模擬出Cisco的35系列交換機(jī)和45系列路由器。學(xué)生可以在自己的PC機(jī)上搭建各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為設(shè)計(jì)綜合性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及考核學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了免費(fèi)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2綜合性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)與教學(xué)

我們這里特指涉及大量設(shè)備的綜合性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，目的是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性解決實(shí)際問題的能力。在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中涉及的此類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的路由配置與管理、復(fù)雜VLAN的構(gòu)建與維護(hù)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的安全配置與管理等。對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，難以做到每個(gè)學(xué)生擁有一套單獨(dú)的設(shè)備。分組實(shí)驗(yàn)又使得動(dòng)手能力差的學(xué)生更加依賴于動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生，同時(shí)也不方便對(duì)同組學(xué)生的能力分別進(jìn)行考核。而利用Boson Netsim for ccnp，每個(gè)學(xué)生搭建自己的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，獨(dú)立地做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析都帶有自己實(shí)驗(yàn)環(huán)境的印記，學(xué)生之間難以互相抄襲。

為了使綜合性網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)真正發(fā)揮作用，內(nèi)容的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。下面我們針對(duì)上述列舉的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各舉一例闡述。

2.1針對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的路由配置與管理問題

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上，首先對(duì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)路由配置給出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)步驟。以O(shè)SPF動(dòng)態(tài)路由配置為例，其指導(dǎo)步驟如下：

(1) 使用Network Designer設(shè)計(jì)拓?fù)鋱D，將拓?fù)鋱D裝載到模擬器NetSim(或?qū)⒁延械耐負(fù)鋱D裝入)，進(jìn)入路由器，對(duì)路由器進(jìn)行配置。

(2) 按照要求配置好路由器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即相關(guān)的IP地址，注意要和對(duì)方的地址信息一起檢查，不能和對(duì)方有相同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，路由器直接相連的串口要屬于同一個(gè)網(wǎng)段。

(3) 查看路由器的運(yùn)行配置文件，看是否有已經(jīng)存在的路由信息，如果有，先刪除相關(guān)的信息。靜態(tài)路由器的刪除方式是全局模式下，在no后面將show running-config中ip route的信息原樣照抄即可。

(4) 查看路由表的信息，確保沒有路由信息。進(jìn)行下一步配置。

(5) 查看串口的封裝格式，封裝格式要一致。要求互連的路由器的直接相連的串口封裝一致；

(6) 設(shè)置路由器的ID號(hào)。

(7) 啟動(dòng)OSPF協(xié)議。

(8) 在路由器的各個(gè)接口使能OSPF協(xié)議并將路由器的各個(gè)接口劃分到不同的區(qū)域，注意骨干域的劃分。

(9) 使用show ip route查看路由表的相關(guān)信息。

(10) 配置靜態(tài)路由，再一次查看路由表，記錄路由表信息的變化情況。

然后，給出一個(gè)如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，要求學(xué)生按上述步驟做路由配置并演示結(jié)果。做完后，再給出事先教師做好的演示答案供學(xué)生參考。

最后，從實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中提煉出典型網(wǎng)絡(luò)路由配置與管理問題，要求學(xué)生給出解決問題的思路、實(shí)現(xiàn)方案、方案實(shí)施后的效果、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì)。我們與校網(wǎng)絡(luò)中心合作，設(shè)計(jì)了一組有關(guān)路由配置與管理的實(shí)驗(yàn)題目。學(xué)生通過做這組實(shí)驗(yàn)題目能取得與在實(shí)際工作中獨(dú)立地解決實(shí)際問題相同的效果。

圖1 路由配置拓?fù)鋱D

2.2針對(duì)復(fù)雜VLAN的構(gòu)建與維護(hù)問題

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上，首先要求學(xué)生熟悉VLAN的基本原理、IEEE 802.1Q協(xié)議、VLAN數(shù)據(jù)的封裝格式，并在實(shí)驗(yàn)前閱讀“VLAN基本原理和配置指導(dǎo)”的相關(guān)內(nèi)容，然后給出一個(gè)演示示例。某公司有若干臺(tái)計(jì)算機(jī)，生產(chǎn)部5臺(tái)，財(cái)務(wù)部4臺(tái)，人事部4臺(tái)，信息中心3臺(tái)。分成四個(gè)組，對(duì)應(yīng)的VLAN組名分別是Prod、Fina、Huma、Info。用Boson NetSim for CCNP創(chuàng)建拓?fù)鋱D并按端口劃分VLAN的方法進(jìn)行配置。虛擬局域子網(wǎng)的拓?fù)鋱D如圖2所示，設(shè)計(jì)規(guī)則見表1。

圖2 虛擬局域子網(wǎng)的拓?fù)鋱D

VLAN的主要配置過程：

(1) 在Boson NetSim for CCNP上構(gòu)建上述拓?fù)?，裝載后，在菜單上選中要配置的交換機(jī)。

(2) 按空格鍵進(jìn)入命令行：

> //此時(shí)進(jìn)入了交換機(jī)的普通模式，只能查看。

(3) 在上一步“>”提示符下輸入“enable”進(jìn)入特權(quán)模式，命令格式為“> enable”，出現(xiàn)特權(quán)模式提示符：# ， 輸入“config t”進(jìn)入特權(quán)模式(config)#

(4) 起名字

(config)# hostname Switch1

Switch1(config)# enable password level 15xxxxx

Switch1(config)#

(5) 設(shè)置VLAN名稱

Switch1(config)# Vlan 2 name Prod

Switch2(config)# Vlan 3 name Fina

Switch3(config)# Vlan 4 name Huma

Switch3(config)# Vlan 5 name Info

以上配置按表1中的規(guī)則進(jìn)行。

(6) 名為“Switch1”的交換機(jī)的VLAN端口配置如下：

Switch1(config)# int e 0/2

Switch1(config-if)# Vlan-membership static 2

Switch1(config)# int e 0/3

Switch1(config-if)# Vlan-membership static 2

可在特權(quán)模式下使用“show vlan vlan#”命令顯示剛才所做的配置。其他交換機(jī)上的配置類似。

最后，從實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中提煉出典型VLAN的構(gòu)建與維護(hù)問題，要求學(xué)生給出解決問題的思路、實(shí)現(xiàn)方案、方案實(shí)施后的效果、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì)。一道實(shí)驗(yàn)題目示例如下：某公司有三個(gè)部門，分別是生產(chǎn)部、銷售部和財(cái)務(wù)部。三個(gè)部門都有內(nèi)部資料不能對(duì)外，要求部門之間不能相互訪問，但是所有的部門都可以通過一個(gè)出口訪問因特網(wǎng)。該公司另外有兩臺(tái)服務(wù)器，要求大家都可以訪問。要求利用Network Designer畫出相應(yīng)的模擬環(huán)境拓?fù)鋱D，并在Boson NetSim中測(cè)試方案的正確性。

實(shí)驗(yàn)后，給出相應(yīng)的分析與思考問題檢驗(yàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)后的效果。一道思考題示例如下：如果希望財(cái)務(wù)部可以訪問銷售部，但是反過來不行，如何處理？還需要進(jìn)行什么配置？

2.3針對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的安全配置與管理問題

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上(以配置防火墻為例)，首先要求學(xué)生理解NAT的工作原理、工作過程、NAT配置的主要命令及其含義和使用方法，并掌握標(biāo)準(zhǔn)訪問控制列表和擴(kuò)展訪問控制列表的配置方式。然后給出一個(gè)防火墻的配置的實(shí)例：

(1) 組網(wǎng)需求

某公司通過一臺(tái)路由器的接口Serial 0訪問Internet。公司內(nèi)部對(duì)外提供WWW、FTP和Telnet服務(wù)，公司內(nèi)部子網(wǎng)為192.168.1.0，其中內(nèi)部FTP服務(wù)器地址為192.168.1.1，內(nèi)部Telnet服務(wù)器地址為192.168.1.2，內(nèi)部WWW服務(wù)器地址為192.168.1.3，公司對(duì)外地址為202.38.160.1，在路由器上配置了地址轉(zhuǎn)換。這樣內(nèi)部PC機(jī)可以訪問Internet外部PC和內(nèi)部服務(wù)器。通過配置防火墻希望實(shí)現(xiàn)以下要求：

● 只有特定外部網(wǎng)絡(luò)用戶可以訪問內(nèi)部服務(wù)器。

● 只有特定內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主機(jī)可以訪問外部網(wǎng)絡(luò)。

假定外部特定用戶的IP地址為202.39.2.3。

(2) 組網(wǎng)圖(見圖3)

圖3 防火墻配置實(shí)例組網(wǎng)圖

(3) 配置步驟

● 允許防火墻

Router(config)# firewall enable

● 設(shè)置防火墻缺省過濾方式為允許包通過

Router(config)# firewall default permit

● 配置訪問規(guī)則禁止所有包通過

Router(config)# access-list 101 deny ip any any

……(其他配置細(xì)節(jié)略去)

最后，從實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中提煉出典型的安全配置與管理問題供學(xué)生實(shí)驗(yàn)。一個(gè)防火墻配置的題目為：某公司從ISP申請(qǐng)到IP地址兩個(gè)，技術(shù)部門一個(gè)地址，管理部門和財(cái)務(wù)部門共用一個(gè)地址。技術(shù)部門與其它兩個(gè)部門位于不同的位置，中間通過電信網(wǎng)絡(luò)連接。技術(shù)部門大約500人，管理部門大約100人，財(cái)務(wù)部門大約60人。設(shè)計(jì)一個(gè)合適的方案，滿足如下要求：① 除了財(cái)務(wù)部門外，都可以正常接入Internet；② 上班時(shí)間，技術(shù)部門不能使用QQ。分析題目給出的問題，畫出相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，給出解決問題的思路、實(shí)現(xiàn)方案、方案實(shí)施后的效果、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì)。

實(shí)驗(yàn)后，給出相應(yīng)的分析與思考問題檢驗(yàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)后的效果。例如，做完防火墻配置實(shí)驗(yàn)后，可以給出如下思考題：如何使用訪問控制列表來防止DDoS攻擊？

3結(jié)束語(yǔ)

通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容上可以進(jìn)行更多的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，并且可以靈活地設(shè)置教學(xué)的組織形式，而學(xué)生可以自主地構(gòu)建逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。但虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只是對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的有益補(bǔ)充而不能完全替代它。只有兩者有機(jī)結(jié)合，才能真正對(duì)提高學(xué)生的整體素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新人才發(fā)揮積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉安豐，徐學(xué)軍，陳志剛等. 運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2004，23(10):5-7.

[2] 李成忠，張新有，賈真. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J]. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué))，2005，6(4):72-76.

[3] 吳軍強(qiáng). 高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建[J]. 昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，21(1):26-29.

[4] 李林法，張英香. 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22(7):11-14.

[5] 楊朝暉，張薇，曾光明等. 改革高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)高素質(zhì)人才[J]. 高等理科教育，2005，62(4):106-108.