錢愛增

摘 要:VLAN技術(shù)是整個計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學的重難點內(nèi)容之一,筆者根據(jù)學習者的特征以及實驗教學內(nèi)容的特點,利用我校的網(wǎng)絡(luò)實驗室,從不同的角度對傳統(tǒng)意義上的三個VLAN實驗項目利用不同的方法進行了教學設(shè)計與實現(xiàn),既讓學習者的想法在實驗中得以驗證,又加深了他們對實驗內(nèi)容的理解,取得了較好的教學效果。

關(guān)鍵詞:VLAN 路由器 Trunk

中圖分類號:TP393.2 文獻標識碼:A 文章編號:1673-8454(2009)15-0075-04

可網(wǎng)管交換機的設(shè)置及VLAN技術(shù)是計算機網(wǎng)絡(luò)課程的重難點內(nèi)容之一,不僅理論知識比較抽象,對實驗環(huán)境的硬件要求也很高。筆者根據(jù)學習者的特征以及實驗教學內(nèi)容的特點,利用我校的網(wǎng)絡(luò)實驗室,從不同的角度,對傳統(tǒng)意義上的三個VLAN實驗項目利用不同的方法進行了教學設(shè)計與實現(xiàn),既讓學習者的想法在實驗中得以驗證,又加深了他們對實驗內(nèi)容的理解,取得了較好的教學效果。

一、學習者特征分析

學習者的一般特征是指對學習者有著影響的生理、心理和社會等方面的特點。[1]本實驗是針對計算機專業(yè)三年級學生開設(shè)的,其年齡均在20歲以上,思維有較強的抽象性,觀察實物目的性和系統(tǒng)性較強,注意力更穩(wěn)定,成就動機增強,具備較強的自我管理、自由思考和學習的能力。而且,在此之前,他們已開設(shè)過許多實驗課,具備了較強的實踐動手能力。

更值得注意的是,在VLAN技術(shù)內(nèi)容課堂講解時,許多同學針對傳統(tǒng)意義上的三個VLAN實驗項目提出了不同的實現(xiàn)方法,如VLAN間互訪能否用雙臂路由器、三層交換機或物理連線的方法實現(xiàn),能否實現(xiàn)跨交換機的VLAN間互訪等,想法很具有創(chuàng)新意識和開拓意義,雖然有不足,但樸實直接。實驗本身就是一個通過具體實驗來驗證思路是否正確的過程,因此,根據(jù)同學們自身的這些特點,除傳統(tǒng)意義上的單交換機VLAN劃分實驗、采用trunk技術(shù)實現(xiàn)跨交換機VLAN劃分實驗、單臂路由器實現(xiàn)單交換機VLAN互訪實驗三個實驗外,我們對其他各子實驗項目也進行了實驗教學設(shè)計。

二、實驗教學內(nèi)容分析

本次實驗內(nèi)容為VLAN技術(shù),除了要從理論上將該技術(shù)的實現(xiàn)機理給學生講明白外,還要在實驗設(shè)備交換機和路由器上將該技術(shù)的結(jié)果實現(xiàn),因此實驗教學內(nèi)容重點放在講解各實驗項目在實驗設(shè)備上實現(xiàn)的原理、數(shù)據(jù)流程、進行配置的具體步驟和測試結(jié)果的分析上。

三、確定實驗教學目標

教學目標是師生活動的重要依據(jù),根據(jù)學習者特征分析和實驗教學內(nèi)容分析,結(jié)合計算機專業(yè)學生培養(yǎng)的總目標,確定本實驗教學的目標為掌握VLAN技術(shù)在交換機和路由器等實驗設(shè)備上的具體實現(xiàn),能夠做到單組獨立完成,鍛煉同學們的動手能力和理論聯(lián)系實際的能力。[1]進而提高學生的計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與組建能力、虛擬局域網(wǎng)應(yīng)用能力、交換機路由器等設(shè)備的配置能力,提高學生的局域網(wǎng)理論認識水平和實踐操作能力。

根據(jù)同學們自身的特點,除傳統(tǒng)意義上的第三個VLAN實驗項目外,我們還設(shè)計了另外五個具體實驗項目。八個子實驗項目分別用阿拉伯數(shù)字進行了標記,它們構(gòu)成了第三層次的子目標,傳統(tǒng)的三個實驗項目用字母“t”進行了標記,實驗教學目標體系如圖1所示。

四、實驗教學實施過程

實驗教學過程設(shè)計實際上就是實驗教學實施流程的設(shè)計,不同類型的實驗項目其實驗教學過程的組織方式不同。[2]本實驗要求學生能根據(jù)所學VLAN理論知識,按照實驗?zāi)繕说囊髞碓O(shè)計實驗的步驟,利用實驗室提供的實驗設(shè)備單組獨立完成實驗,實驗具體設(shè)計步驟如下。

1.單交換機VLAN劃分實驗

該實驗是學生在VLAN技術(shù)實驗中遇到的第一個實驗,是學習后續(xù)幾個實驗的基礎(chǔ),實驗過程相對比較簡單,關(guān)鍵是理解VLAN理論知識的內(nèi)涵,從實驗的結(jié)果聯(lián)系相關(guān)的VLAN理論知識再去重新認識,從而達到掌握VLAN技術(shù)實驗的目的,因此本實驗教學安排1個學時。

實驗用到一臺可網(wǎng)管交換機DCS3926、3臺PC機和連接線若干,分別將pc1、pc2和pc3連接至該交換機的1、2、3端口上,IP地址和子網(wǎng)掩碼分別配置為192.168.1.1/24、192.168.1.2/24和192.168.1.3/24。我們在交換機上建立VLAN10和VLAN20兩個VLAN,其中交換機端口1劃分到VLAN10中,交換機端口2和3劃分到VLAN20中。

DCS3926交換機配置如下:[3]

(1)創(chuàng)建VLAN

switch#config //進入交換機配置模式

switch(config)#vlan 10 //建立vlan10

switch(config-vlan10)#exit //退出vlan10

switch(config)#vlan 20

(2)將端口放入VLAN中

switch#config

switch(config)#vlan 10 //進入vlan10

switch(config-vlan10)#switchport interface Ethernet 0/0/1 //將交換機端口1加入到vlan10中

switch(config-vlan10)#exit

switch(config)#vlan 20 //進入vlan20

switch(config-vlan20)#switchport interface Ethernet 0/0/2-3 //將交換機端口2和3加入到vlan20中

(3)驗證結(jié)果

配置完畢后,用ping命令進行測試:結(jié)果pc1不能與pc2和pc3通信,pc2和pc3互通。

2.跨交換機VLAN劃分實驗

該實驗是前一個實驗的擴展,實現(xiàn)跨交換機相同VLAN間通信,因為有了實驗1做基礎(chǔ),本實驗安排1個學時。本實驗用到DCS3926可網(wǎng)管交換機兩臺、PC機4臺和相關(guān)連接線,pc1、pc2 、pc3和 pc4IP地址與子網(wǎng)掩碼配置分別為192.168.1.1/24、192.168.1.2/24、192.168.1.3/24和192.168.1.4/24。在兩臺交換機上分別建立VLAN10和VLAN20兩個VLAN,并將該交換機的1~8端口放入VLAN10中,將9~16端口放入VLAN20中,具體交換機配置參見實驗1。

本實驗分為兩個子實驗,實驗(1)采用物理連線的方法實現(xiàn)跨交換機相同VLAN間通信,實驗(2)采用trunk技術(shù)實現(xiàn)跨交換機相同VLAN間通信,分別如下:

(1)物理連線方法

如圖2所示,分別將兩臺交換機的VLAN10和VLAN20用網(wǎng)線直接連接,pc1、pc2、pc3和pc4均接在相應(yīng)交換機的相應(yīng)VLAN中,用ping命令進行測試,結(jié)果pc1與pc2,pc3和pc4能夠互通,但pc1、pc2與pc3、pc4不通,實現(xiàn)了跨交換機相同VLAN間通信。

(2)采用trunk技術(shù)方法

如圖3所示,兩臺DCS3926交換機通過24號端口相連,pc1、pc2分別連接在switch A和switch B的VLAN10的1號端口上,pc3、pc4分別連接在switch A和switch B的VLAN10的9號端口上,Switch A上配置trunk步驟如下:

switch A#config

switch A(config)#interface Ethernet 0/0/24 //進入switch A24號端口配置模式

switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport mode trunk //設(shè)置switch A24號端口為trunk模式

switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport trunk allowed vlan all //允許switch A所有VLAN通過

switch B上作同樣配置,然后用ping命令進行測試,結(jié)果顯示pc1與pc2互通,pc3與pc4互通,而pc1、pc2與pc3、pc4不通。

(3)兩種方法對比分析(見表1)

從表1對比我們可以得出一個很顯然的結(jié)論:trunk技術(shù)方法遠遠優(yōu)越于物理連線方法。

3.VLAN間互訪實驗

VLAN間互訪實驗仍然是前面兩個實驗的延續(xù),該實驗總體又分為單交換機互訪和跨交換機互訪兩個子部分,具體實現(xiàn)如下:

單交換機VLAN間互訪實驗共有四種實現(xiàn)方法,所用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示,分別實現(xiàn)如下:

1)物理連線方法

如圖4中Ⅰ圖所示,在交換機switch A上的VLAN10和VLAN20用一根網(wǎng)線直接相連,用ping命令測試pc1和pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

2)用三層交換機方法

將圖4中Ⅱ圖中的“設(shè)備”接上一臺DCRS5526三層交換機,Ⅱ圖則變?yōu)橛萌龑咏粨Q機實現(xiàn)VLAN間互訪的拓撲結(jié)構(gòu),圖中pc1接在switch A的1號端口上,pc3接在switch A的9號端口上。首先,分別在switch A和三層交換機DCRS5526上分別創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8端口放入VLAN10中,將9~16口放入VLAN20中,詳細步驟參見實驗1中在DCS3926配置VLAN的過程,三層交換機DCRS5526交換機路由配置如下:[4]

switch#config

switch (config)#interface vlan 10 //進入vlan10接口配置模式

switch (config-if-vlan10)#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 //為vlan10配置接口地址

switch (config-if-vlan10)#exit

switch (config)#interface vlan 20 //進入vlan20接口配置模式

switch (config-if-vlan20)#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0 //為vlan20配置接口地址

用雙絞線將三層交換機1號端口接在switch A的2號端口上,將三層交換機9號端口接在switch A的10號端口上,為pc1配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.1.254,為pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.2.254。

配置完畢,在pc1上用ping命令測試pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

3)用路由器方法

將圖4中Ⅱ圖中的“設(shè)備”接上一臺DCR1792路由器,Ⅱ圖則變?yōu)橛寐酚善鲗崿F(xiàn)VLAN間互訪的拓撲結(jié)構(gòu),圖中pc1接在switch A的1號端口上,pc3接在switch A的9號端口上。首先,分別在switch A上創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8端口放入VLAN10中,將9~16口放入VLAN20中,詳細步驟參見實驗1中在DCS3926配置VLAN的過程,路由器DCR1702具體配置如下:[5]

router#config //進入路由器配置模式

router_config#interface f0/0//進入路由器f0/0口的配置模式

router_config_f0/0#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//為f0/0口配置IP地址

router_config_f0/0#exit

router_config#interface e0/1//進入路由器e0/1口的配置模式

router_config_e0/1#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//為e0/1口配置IP地址

用雙絞線將路由器f0/0端口接在switch A的2號端口上,將路由器e0/1端口接在switch A的10號端口上,為pc1配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.1.254,為pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.2.254。

配置完畢,在pc1上用ping命令測試pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

4)用單臂路由器實現(xiàn)

如圖4中Ⅲ圖所示,將路由器接在交換機的24號端口上,然后在交換機上創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8號端口放入VLAN10中,將9~16號端口放入VLAN20中,詳細步驟參見實驗1中在DCS3926配置VLAN的過程,將24號端口配置為trunk模式,允許所有VLAN通過,詳細步驟參見實驗2中在DCS3926配置trunk的過程。路由器具體配置如下:[5]

router#config

router_config#interface f0/0.1//進入f0/0.1子接口配置模式

router_config_f0/0.1#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//為f0/0.1子接口配置IP地址

router_config_f0/0.1#encapsulation dot1q10//封裝dot1q10協(xié)議

router_config_f0/0.1#exit

router_config#interface f0/0.2//進入f0/0.2子接口配置模式

router_config_f0/0.2#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//為f0/0.2子接口配置IP地址

router_config_f0/0.2#encapsulation dot1q20//封裝dot1q20協(xié)議

為pc1配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.1.254,為pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.2.254。

配置完畢,在pc1上用ping命令測試pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

5)單交換機VLAN間互訪各種實現(xiàn)方法對比分析

從表2我們可以得出一個很顯然的結(jié)論:單臂路由方法遠遠優(yōu)越于其他幾種方法。

(2)跨交換機VLAN間互訪實驗

跨交換機VLAN間互訪實驗是單交換機VLAN間互訪實驗的擴展,和單交換機VLAN間互訪的4個子實驗項目相對應(yīng),即可以通過物理連線方法、三層交換機、路由器和單臂路由器四種方法均可實現(xiàn)跨交換機VLAN間互訪實驗,實驗拓撲如圖5所示,根據(jù)圖5所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),參照單交換機VLAN間互訪實驗,可以很快做出這四個實驗項目,同樣按著表2四種實現(xiàn)方法的對比分析,我們可以很顯然地得出通過單臂路由器方法實現(xiàn)跨交換機VLAN間互訪實驗是最好的,所以在此僅給出通過單臂路由器實現(xiàn)跨交換機VLAN間互訪的具體實現(xiàn),具體實現(xiàn)如下:

如圖5中Ⅲ圖所示,在交換機switch A和switch B上創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8號端口放入VLAN10中,將9~16號端口放入VLAN20中,詳細步驟參見實驗1中在DCS3926配置VLAN的過程。將交換機switch A的23、24號端口和switch B的24號端口配置為trunk模式,允許本交換機上所有VLAN通過,詳細步驟參見實驗2中在DCS3926配置trunk的過程,交換機switch A和switch B通過2號端口連接,switch A通過23號端口和路由器f0/0接口連接。路由器配置兩個子接口,IP地址和子網(wǎng)掩碼分別為192.168.1.254/24和192.168.2.254/24,詳細配置過程參見實驗3單臂路由器實驗中路由器配置。

分別為pc1和pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24和192.168.1.20/24,網(wǎng)關(guān)均為為192.168.1.254,為pc2和pc4配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24和192.168.2.20/24,網(wǎng)關(guān)均為為192.168.2.254。

配置完畢,用ping命令測試,結(jié)果pc1、pc2、pc3和pc4互通。

五、教學效果評價

對實驗教學效果的評價是整個實驗教學設(shè)計中不可或缺的環(huán)節(jié),是檢驗實驗教學目標是否達成的重要手段。[2]實驗教學效果評價的方法很多,本實驗我們采用的方法為實驗過程觀察、書寫實驗報告和問卷調(diào)查,問卷調(diào)查內(nèi)容為:(1)你是否喜歡這種實驗教學方式?(2)你對本實驗課滿意度如何?(3)你認為本實驗課的優(yōu)點是什么?缺點是什么?(4)本實驗課你的主要收獲是什么?

實驗過程中,同學們的思路都比較清晰,每個實驗從開始到結(jié)束以及中間環(huán)節(jié)等均安排合理,絕大多數(shù)同學在規(guī)定的實驗學時內(nèi)都能完成實驗。實驗后同學們都按照自己的想法寫出了翔實的實驗報告,從他們實驗報告的技術(shù)對比分析中得出了各種技術(shù)的優(yōu)劣。

從問卷調(diào)查結(jié)果來看,大多數(shù)學生非常喜歡這種實驗方式,對本節(jié)實驗課比較滿意。絕大多數(shù)同學均認為本次實驗真正體現(xiàn)了實驗的作用,在實驗中它們對三個傳統(tǒng)VLAN實驗項目有了新的認識,進一步加深了對VLAN理論知識的理解。從這里,我們可以看出學生對本實驗課給予了充分的肯定。?筅

參考文獻:

[1]南國農(nóng),李運林.電化教育學(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1998.8:239-259.

[2]米偉娜,王海燕等.基于Boson Netsim虛擬平臺的vlan實驗教學設(shè)計[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2008,18(10):121-124.

[3]神州數(shù)碼(北京)有限公司.DCS3926s以太網(wǎng)交換機使用手冊. http://networks.digitalchina.com.2004.3.

[4]神州數(shù)碼(北京)有限公司.DCRS5526s以太網(wǎng)交換機使用手冊. http://networks.digitalchina.com.2003.11.

[5]神州數(shù)碼(北京)有限公司.DCR1702路由器使用手冊. http://networks.digitalchina.com.2006.7.