吳家興，陳 雯，唐章彬，曾艷玲

(東華大學 信息科學與技術(shù)學院，上海 201620)

網(wǎng)絡(luò)通信是通過網(wǎng)絡(luò)將各個孤立的設(shè)備連接起來，通過信息交換實現(xiàn)人與人、人與計算機、計算機與計算機之間的通信。目前許多高校在本科生和研究生教育中都開設(shè)“計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗”課程，旨在培養(yǎng)學生掌握網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為以后的工作和學習奠定基礎(chǔ)，并推動網(wǎng)絡(luò)通信新技術(shù)的發(fā)展。由于“計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗”是一門理論與實踐性很強的課程，教學質(zhì)量直接影響學生的應用水平。因此需要根據(jù)新時代人才需求，結(jié)合當前網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)的發(fā)展趨勢，對該課程進行改革探索，提高課程教學質(zhì)量，使其適應網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步，培養(yǎng)行業(yè)需要的人才。

一、“計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗”課程教學存在的問題

1. 課程設(shè)計的片面性

計算機網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容復雜多樣[1]，教師在教學時常常把晦澀難懂的學術(shù)知識拆分為若干知識點，使問題變得簡單，學生易于理解。然而計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識體系是一環(huán)扣一環(huán)的。比如，要保證網(wǎng)絡(luò)層的連通性，必須建立在物理層連通基礎(chǔ)之上，所以將物理層實驗和網(wǎng)絡(luò)層實驗分開教學存在一定弊端。雖然教學時將知識點拆分可簡化知識的復雜程度，但導致學生片面地理解計算機網(wǎng)絡(luò)知識，不能從全局了解整個計算機網(wǎng)絡(luò)以及每個知識點間的聯(lián)系。因此，以拆分知識點的方式教學會使學生對計算機網(wǎng)絡(luò)課程知識理解存在片面性，無法從宏觀上系統(tǒng)地學習知識并真正認知計算機網(wǎng)絡(luò)。

2. 實驗教學存在限制

(1) 我校(東華大學)信息科學與技術(shù)學院有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的實驗教學學時，本科生平均每學期不超過28學時，研究生為32學時。教師要在有限的時間內(nèi)傳授相關(guān)知識較為困難，只能壓縮教學內(nèi)容。

(2) 在實踐教學方面，由于學生較多，設(shè)備數(shù)量不充足，學生的實驗需求與時間限制產(chǎn)生矛盾，實驗室只能協(xié)調(diào)安排各類實驗，使學生每次實驗的時間跨度較大，平均1周左右，導致學生實驗時對上一次實驗內(nèi)容有所遺忘，影響教學質(zhì)量。

(3) 實驗設(shè)備固定，學生只能在實驗室做實驗，學生的實驗需求與實驗空間產(chǎn)生矛盾。此外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，設(shè)備更新快，而實驗室設(shè)備常常不能及時更新，使學生做實驗時不能及時接觸到最新技術(shù)和設(shè)備。

針對上述問題，我們對“計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗”課程進行了教學改革，以提高學生學習效率。

二、“計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗”虛實結(jié)合教學新方案

1. 綜合性實際案例教學

在過去的教學中，往往是將每個知識點分開講解并進行實驗，如RIP基礎(chǔ)實驗、OSPF基礎(chǔ)實驗等。雖然這樣的做法可將晦澀難懂的計算機網(wǎng)絡(luò)知識體系分解成各知識點逐一講解，使學生容易接受。但是這也影響了每個知識點間的聯(lián)系，大部分學生不會將知識點串聯(lián)起來，在做一些較復雜的實驗時無從下手。

針對上述情況，我們采用案例教學法，增加綜合性實驗分析案例，充分利用學?，F(xiàn)有的實驗條件，模擬企業(yè)綜合性組網(wǎng)方案，使學生學會運用系統(tǒng)的整體思維分析網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、開發(fā)、應用、管理與維護等問題。新增實驗有企業(yè)網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計、防火墻配置和地址轉(zhuǎn)換方案、IPv6協(xié)議通信解決方案、校園網(wǎng)Web和Telnet服務(wù)器搭建方案、交換機鏈路故障的備份方案、廣播風暴問題的解決方案等。這些綜合性實驗的開設(shè)提升了學生綜合解決問題的能力，因地制宜，與時俱進，反映了當今科技進步，對培養(yǎng)綜合能力強的高素質(zhì)創(chuàng)新人才具有重要作用。

2. 更新實驗設(shè)備

新穎的實體(物理)設(shè)備可以運用最新的技術(shù)。2019年2月，學院投入大量資金更新了網(wǎng)絡(luò)通信實驗室[2]的一些設(shè)備。在不改變實驗室搭建好的網(wǎng)絡(luò)拓撲的前提下，以華為H3C30-20為基礎(chǔ)的交換路由設(shè)備替換了過去的H3C設(shè)備。這次設(shè)備更新不僅提升了硬件的計算速度、通信速率和存儲容量，還提高了設(shè)備的兼容性和魯棒性，在進行綜合性實驗時，設(shè)備間的協(xié)調(diào)能力大幅度改善。學生使用最新的設(shè)備，避免做實驗時出現(xiàn)人為因素以外的設(shè)備問題。在這些新設(shè)備上可以讓學生使用當前的最新技術(shù)，提升了他們的專業(yè)技能。一流工科人才的培養(yǎng)離不開一流的實驗室，目前我校的主要網(wǎng)絡(luò)通信實驗設(shè)備已經(jīng)達到國內(nèi)一流水平，接近國際先進水平，良好的硬件條件有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

3. 利用華為模擬器eNSP

虛擬實驗平臺是對實體實驗的補充。eNSP[3]為華為公司推出的圖形化網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，該平臺通過對真實網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的仿真模擬，幫助ICT(信息與通信產(chǎn)業(yè))從業(yè)者和客戶快速熟悉華為數(shù)碼通信系列產(chǎn)品，了解并掌握相關(guān)產(chǎn)品的操作和配置，提升對企業(yè)ICT網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)和運行維護能力，從而幫助企業(yè)構(gòu)建更加高效、優(yōu)質(zhì)的ICT網(wǎng)絡(luò)。eNSP高度仿真軟件擁有強大的仿真功能，可模擬華為AR路由器、x7系列交換機的大部分特性，還可模擬PC終端、Hub、云、幀中繼交換機等實體設(shè)備。通過使用模擬實體設(shè)備對其進行組網(wǎng)，得到所需的網(wǎng)絡(luò)連接。該模擬器自帶仿真設(shè)備配置功能，可快速學習華為命令行。該模擬器還自帶接口抓包工具，能抓取網(wǎng)絡(luò)接口端的數(shù)據(jù)包，直接展示協(xié)議交互過程。eNSP對外免費開放，可直接通過官網(wǎng)下載安裝，無需申請許可，而且門檻低，適用范圍廣，適合初學者、專業(yè)人員、學生、教師及技術(shù)人員使用。

4. 虛實結(jié)合教學

學習是一種真實情景的體驗[4]。為了提升學生的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合水平，我們在原有的教學內(nèi)容中增添了具有一定難度的綜合性實驗。為了突破課時和實驗環(huán)境的限制，要求學生在課后安裝華為eNSP虛擬實驗軟件，利用課余時間，既可以對課堂知識進行及時復習，也可以為下次課程做好預習。學生合理利用課余時間，線下線上相結(jié)合，充分利用實驗資源，虛實結(jié)合，可以快速提升網(wǎng)絡(luò)實驗動手能力。對于基礎(chǔ)較好的學生，甚至可以不受場合和時間的限制，讓他們自由發(fā)揮對網(wǎng)絡(luò)的學習和創(chuàng)新，提升他們的實踐能力和創(chuàng)新能力。

圖1所示為在eNSP模擬器上搭建的關(guān)于防火墻配置和地址轉(zhuǎn)換實驗的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。下面進行虛實結(jié)合的對比。(1)在eNSP模擬器上組網(wǎng)較為方便，如同網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)組建即可。但是由于設(shè)備不同，指令上與H3C有所差異。(2)在華為H3C實驗設(shè)備上組網(wǎng)時，由于實驗設(shè)備的連接拓撲結(jié)構(gòu)是固定的，需要根據(jù)拓撲信息在交換機上進行相應的配置，劃分VLAN，形成邏輯上的連接。

圖1 防火墻配置和地址轉(zhuǎn)換實驗網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

如圖1所示，該拓撲圖分為兩個網(wǎng)段，其中PC1、PC2、Switch和FireWall化為一個網(wǎng)段，Router和FireWall化為另一個網(wǎng)段。PC1、PC2對應各自的網(wǎng)段設(shè)置不同的IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)；Router和FireWall對應的端口設(shè)置不同的IP地址。本實驗采用NAT對跨網(wǎng)段的地址進行轉(zhuǎn)換，并且在FireWall上設(shè)置防火墻，滿足下列要求：①在FireWall上啟用NAT功能，使PC1能夠訪問到Router；②在FireWall上啟用Firewall功能，禁止PC2訪問Router。組網(wǎng)配置結(jié)束后，使用ping命令驗證實驗結(jié)果。結(jié)果表明，內(nèi)網(wǎng)的PC1和PC2分別ping外網(wǎng)的Router，PC1能與Router通信，而PC2不能與Router通信，實現(xiàn)了防火墻對PC2與Router通信的限制作用。

充分、合理地利用資源，將虛實結(jié)合起來，做好線下線上的綜合教學，讓學生可以更扎實地掌握復雜的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識，有效提升學生的綜合應用能力和創(chuàng)新能力。

三、結(jié)語

本文提出了一種以實體設(shè)備平臺為主、虛擬實驗平臺為輔的“計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗”課程教學新方案。課上教師主要進行基礎(chǔ)理論知識教學，課后讓學生使用華為eNSP模擬器自行實驗。網(wǎng)絡(luò)實驗室教學以綜合性實驗為主，讓學生在實驗中牢固地掌握計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當然，利用華為eNSP模擬器也可以搭建綜合性實驗，在課后進行總結(jié)與補充。采用虛實結(jié)合的教學方法，學生可以靈活地利用自己的課余時間學習網(wǎng)絡(luò)知識，突破了傳統(tǒng)實驗教學的空間和時間限制，使他們能夠?qū)W習系統(tǒng)、完整的知識體系，以系統(tǒng)的思維看待網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、開發(fā)、應用、管理與維護等問題。學院對學生開放網(wǎng)絡(luò)實驗室，通過實驗室案例教學，使學生接觸實體設(shè)備，體驗真實系統(tǒng)，為以后的學習和工作打下堅實的基礎(chǔ)。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是高等教育的重要目標，結(jié)合eNSP虛擬實驗，提高了學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學生的科學素質(zhì)。