沈藝敏

摘 ? 要：為解決大班教學(xué)、實(shí)訓(xùn)或大型技能培訓(xùn)場(chǎng)景中，多間計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用電子教室系統(tǒng)集控授課的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，本文以使用最廣泛的極域電子教室系統(tǒng)為例，在捕獲分析電子教室通信數(shù)據(jù)機(jī)制的基礎(chǔ)上，經(jīng)反復(fù)測(cè)試和應(yīng)用實(shí)踐，提出一套行之有效、普適性強(qiáng)的跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室電子教室集控教學(xué)技術(shù)解決方案。

關(guān)鍵詞：電子教室 ?跨網(wǎng)段 ?組播路由

中圖分類號(hào)：G434 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（c）-0218-02

在計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，具有“廣播教學(xué)”、“多屏互動(dòng)”、“文件分發(fā)”、“在線研討”等多種教學(xué)功能的電子教室軟件，已成為不可或缺的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。受限于單一實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)數(shù)，在大班教學(xué)、實(shí)訓(xùn)或集中培訓(xùn)場(chǎng)景中，授課教師需要使用教師端的電子教室軟件同時(shí)控制多間實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生端計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)，滿足對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)量、座位數(shù)的剛性需求。

在規(guī)范的校園網(wǎng)環(huán)境下，為使不同的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立運(yùn)行、互不干擾，各實(shí)驗(yàn)室往往分配在不同的VLAN和IP網(wǎng)段內(nèi)，各實(shí)驗(yàn)室之間為網(wǎng)絡(luò)隔離狀態(tài)，電子教室教師端只能與同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的學(xué)生端計(jì)算機(jī)交互。因計(jì)算機(jī)座數(shù)不足，需要多間實(shí)驗(yàn)室集控教學(xué)時(shí)，管理員一般采用在多間實(shí)驗(yàn)室間臨時(shí)敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)線路，修改計(jì)算機(jī)IP地址，將多間計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室終端連接到同一網(wǎng)段的方法。該方法人工消耗大，實(shí)施和恢復(fù)過(guò)程中繁瑣往復(fù)效率低，且在實(shí)驗(yàn)室間物理距離超過(guò)百米或臨時(shí)布線難度大時(shí)，幾無(wú)可操作性。

為解決電子教室軟件跨網(wǎng)段、跨計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室集群使用的技術(shù)問(wèn)題，本文以極域電子教室系統(tǒng)為例，在對(duì)該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)捕獲分析的基礎(chǔ)上，使用組播路由技術(shù)及一系列配套技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)電子教室軟件跨網(wǎng)絡(luò)、跨實(shí)驗(yàn)室的集控教學(xué)應(yīng)用。

1 ?極域電子教室軟件的組播通信機(jī)制分析

使用Omnipeek捕獲極域電子教室軟件通信過(guò)程，可分析出該電子教室軟件在教師端、學(xué)生端交互過(guò)程中，均采用組播協(xié)議進(jìn)行通信。

（1）軟件啟動(dòng)時(shí)發(fā)送IGMP消息加入組播組。

（2）教師端使用組播地址224.50.50.42發(fā)現(xiàn)學(xué)生端，學(xué)生端使用組播地址225.2.2.111加入教師端群組。

（3）教師端使用組播地址225.2.2.11控制學(xué)生端，發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)廣播投屏教學(xué)演示。

由此得出，解決跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室使用極域電子教室軟件的技術(shù)關(guān)鍵，在于實(shí)現(xiàn)組播路由互通。

2 ?集控?cái)?shù)學(xué)應(yīng)用

利用樓層或匯聚三層交換機(jī)的組播路由功能，實(shí)現(xiàn)極域電子教室跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室的集控教學(xué)應(yīng)用。

在連接各實(shí)驗(yàn)室的樓層交換機(jī)或匯聚交換機(jī)上，配置組播路由轉(zhuǎn)發(fā)，是實(shí)現(xiàn)極域電子教室跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室集控應(yīng)用的最便捷方法，但依賴于交換機(jī)功能和性能條件，受限于校園網(wǎng)部署模式和實(shí)驗(yàn)室分布情況，僅在滿足以下網(wǎng)絡(luò)條件時(shí)可用。

（1）各計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)關(guān)配置在樓層或匯聚交換機(jī)上，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)未設(shè)置網(wǎng)關(guān)服務(wù)器或交換機(jī)。

（2）樓層或匯聚交換機(jī)為支持組播路由技術(shù)的三層交換機(jī)。

（3）一般情況下，需集控使用電子教室軟件的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)分布在同一樓宇內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)邏輯上連接至同一樓層或匯聚交換機(jī)，避免跨區(qū)域的多跳組播路由轉(zhuǎn)發(fā)。

滿足以上條件時(shí)，在樓層或匯聚三層交換機(jī)上按需開(kāi)啟組播路由，即可實(shí)現(xiàn)極域電子教室的跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室集控使用。以思科交換機(jī)為例，設(shè)VLAN10為實(shí)驗(yàn)室1，VLAN11為實(shí)驗(yàn)室2，VLAN12為實(shí)驗(yàn)室3，3間實(shí)驗(yàn)室需在同1個(gè)電子教室教師端下集控使用，配置命令如下。

3750（config）#interface vlan 10 - 12

3750（config-if）#ip pim dense-mode

或

3750（config-if）#ip pim sparse-mode

3 ?實(shí)現(xiàn)技術(shù)步驟

使用Intel網(wǎng)卡PROSet高級(jí)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)和windows server的組播路由功能，實(shí)現(xiàn)極域電子教室跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室集控應(yīng)用，具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)步驟如下。

（1）固定安置一臺(tái)2008 R2或更高版本的Windows server操作系統(tǒng)的服務(wù)器或PC，配置至少一塊支持Intel PROSet高級(jí)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)卡（如Intel 82574千兆網(wǎng)卡），連接至實(shí)驗(yàn)室所在樓層或樓宇交換機(jī)的trunk模式接口。

（2）安裝Intel網(wǎng)卡PROSet高級(jí)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，在網(wǎng)卡高級(jí)配置中，添加需集控的各實(shí)驗(yàn)室所在VLAN ID，系統(tǒng)將在控制面板的網(wǎng)絡(luò)連接頁(yè)面，生成與各VLAN ID對(duì)應(yīng)的虛擬網(wǎng)卡。

（3）為生成的各VLAN ID對(duì)應(yīng)虛擬網(wǎng)卡配置相應(yīng)網(wǎng)段IP地址。

（4）開(kāi)啟系統(tǒng)的“路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)”功能。

（5）在服務(wù)器管理器中，依次展開(kāi)“角色”→“網(wǎng)絡(luò)策略和訪問(wèn)服務(wù)”→“路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)”→“IPV4”，在IPV4下的“常規(guī)”選項(xiàng)卡上點(diǎn)擊右鍵菜單的“新增路由協(xié)議”一項(xiàng)，選擇添加“IGMP”，開(kāi)啟組播路由功能。

（6）在上一步操作界面上，右擊“IGMP”，選擇“新增接口”，將需要跨網(wǎng)段集控使用的VLAN ID對(duì)應(yīng)虛擬網(wǎng)卡逐次添加，設(shè)置為IGMP路由器模式。

至此，相應(yīng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室已可集控在同一電子教室軟件教師端中教學(xué)使用。該實(shí)現(xiàn)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 ?跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室集控使用電子教室軟件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)總結(jié)

電子教室軟件由廣播通信機(jī)制向組播通信機(jī)制的升級(jí)，不僅實(shí)現(xiàn)了性能的大幅提升，避免了無(wú)謂的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泛濫損耗，同時(shí)為電子教室應(yīng)用跨網(wǎng)段、跨實(shí)驗(yàn)室集控教學(xué)奠定了可行性基礎(chǔ)。

前述兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法相比較，使用windows server架設(shè)組播路由的方式幾乎不存在限制性條件，構(gòu)建更靈活，普適性更強(qiáng)，從校園網(wǎng)整體規(guī)劃的高度看，能將組播流量最小化控制在所需傳輸范圍內(nèi)，有效避免組播流量擴(kuò)散沖突，管理操作也更適合實(shí)驗(yàn)室管理員獨(dú)立掌控，是本文推薦使用的最佳實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法。

參考文獻(xiàn)

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