吳家興，陳 雯，唐章彬，曾艷玲

(東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620)

網(wǎng)絡(luò)通信是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)孤立的設(shè)備連接起來(lái)，通過(guò)信息交換實(shí)現(xiàn)人與人、人與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。目前許多高校在本科生和研究生教育中都開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)”課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為以后的工作和學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，并推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信新技術(shù)的發(fā)展。由于“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)”是一門(mén)理論與實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生的應(yīng)用水平。因此需要根據(jù)新時(shí)代人才需求，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)該課程進(jìn)行改革探索，提高課程教學(xué)質(zhì)量，使其適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，培養(yǎng)行業(yè)需要的人才。

一、“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1. 課程設(shè)計(jì)的片面性

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容復(fù)雜多樣[1]，教師在教學(xué)時(shí)常常把晦澀難懂的學(xué)術(shù)知識(shí)拆分為若干知識(shí)點(diǎn)，使問(wèn)題變得簡(jiǎn)單，學(xué)生易于理解。然而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識(shí)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(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)層實(shí)驗(yàn)分開(kāi)教學(xué)存在一定弊端。雖然教學(xué)時(shí)將知識(shí)點(diǎn)拆分可簡(jiǎn)化知識(shí)的復(fù)雜程度，但導(dǎo)致學(xué)生片面地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，不能從全局了解整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及每個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系。因此，以拆分知識(shí)點(diǎn)的方式教學(xué)會(huì)使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程知識(shí)理解存在片面性，無(wú)法從宏觀上系統(tǒng)地學(xué)習(xí)知識(shí)并真正認(rèn)知計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

2. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在限制

(1) 我校(東華大學(xué))信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)，本科生平均每學(xué)期不超過(guò)28學(xué)時(shí)，研究生為32學(xué)時(shí)。教師要在有限的時(shí)間內(nèi)傳授相關(guān)知識(shí)較為困難，只能壓縮教學(xué)內(nèi)容。

(2) 在實(shí)踐教學(xué)方面，由于學(xué)生較多，設(shè)備數(shù)量不充足，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求與時(shí)間限制產(chǎn)生矛盾，實(shí)驗(yàn)室只能協(xié)調(diào)安排各類實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的時(shí)間跨度較大，平均1周左右，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)上一次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所遺忘，影響教學(xué)質(zhì)量。

(3) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備固定，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室設(shè)備常常不能及時(shí)更新，使學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)不能及時(shí)接觸到最新技術(shù)和設(shè)備。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們對(duì)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)”課程進(jìn)行了教學(xué)改革，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

二、“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)”虛實(shí)結(jié)合教學(xué)新方案

1. 綜合性實(shí)際案例教學(xué)

在過(guò)去的教學(xué)中，往往是將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)分開(kāi)講解并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如RIP基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、OSPF基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等。雖然這樣的做法可將晦澀難懂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系分解成各知識(shí)點(diǎn)逐一講解，使學(xué)生容易接受。但是這也影響了每個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，大部分學(xué)生不會(huì)將知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，在做一些較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)從下手。

針對(duì)上述情況，我們采用案例教學(xué)法，增加綜合性實(shí)驗(yàn)分析案例，充分利用學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，模擬企業(yè)綜合性組網(wǎng)方案，使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用系統(tǒng)的整體思維分析網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、管理與維護(hù)等問(wèn)題。新增實(shí)驗(yàn)有企業(yè)網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、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(jī)鏈路故障的備份方案、廣播風(fēng)暴問(wèn)題的解決方案等。這些綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)提升了學(xué)生綜合解決問(wèn)題的能力，因地制宜，與時(shí)俱進(jìn)，反映了當(dāng)今科技進(jìn)步，對(duì)培養(yǎng)綜合能力強(qiáng)的高素質(zhì)創(chuàng)新人才具有重要作用。

2. 更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備

新穎的實(shí)體(物理)設(shè)備可以運(yùn)用最新的技術(shù)。2019年2月，學(xué)院投入大量資金更新了網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室[2]的一些設(shè)備。在不改變實(shí)驗(yàn)室搭建好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那疤嵯拢匀A為H3C30-20為基礎(chǔ)的交換路由設(shè)備替換了過(guò)去的H3C設(shè)備。這次設(shè)備更新不僅提升了硬件的計(jì)算速度、通信速率和存儲(chǔ)容量，還提高了設(shè)備的兼容性和魯棒性，在進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)備間的協(xié)調(diào)能力大幅度改善。學(xué)生使用最新的設(shè)備，避免做實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)人為因素以外的設(shè)備問(wèn)題。在這些新設(shè)備上可以讓學(xué)生使用當(dāng)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(kāi)一流的實(shí)驗(yàn)室，目前我校的主要網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平，接近國(guó)際先進(jìn)水平，良好的硬件條件有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

3. 利用華為模擬器eNSP

虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充。eNSP[3]為華為公司推出的圖形化網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，該平臺(tái)通過(guò)對(duì)真實(shí)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(duì)企業(yè)ICT網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)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(qiáng)大的仿真功能，可模擬華為AR路由器、x7系列交換機(jī)的大部分特性，還可模擬PC終端、Hub、云、幀中繼交換機(jī)等實(shí)體設(shè)備。通過(guò)使用模擬實(shí)體設(shè)備對(duì)其進(jìn)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(xué)習(xí)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(guò)程。eNSP對(duì)外免費(fèi)開(kāi)放，可直接通過(guò)官網(wǎng)下載安裝，無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可，而且門(mén)檻低，適用范圍廣，適合初學(xué)者、專業(yè)人員、學(xué)生、教師及技術(shù)人員使用。

4. 虛實(shí)結(jié)合教學(xué)

學(xué)習(xí)是一種真實(shí)情景的體驗(yàn)[4]。為了提升學(xué)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合水平，我們?cè)谠械慕虒W(xué)內(nèi)容中增添了具有一定難度的綜合性實(shí)驗(yàn)。為了突破課時(shí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，要求學(xué)生在課后安裝華為eNSP虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，利用課余時(shí)間，既可以對(duì)課堂知識(shí)進(jìn)行及時(shí)復(fù)習(xí)，也可以為下次課程做好預(yù)習(xí)。學(xué)生合理利用課余時(shí)間，線下線上相結(jié)合，充分利用實(shí)驗(yàn)資源，虛實(shí)結(jié)合，可以快速提升網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，甚至可以不受場(chǎng)合和時(shí)間的限制，讓他們自由發(fā)揮對(duì)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，提升他們的實(shí)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(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。下面進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合的對(duì)比。(1)在eNSP模擬器上組網(wǎng)較為方便，如同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(shí)驗(yàn)設(shè)備上組網(wǎng)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是固定的，需要根據(jù)拓?fù)湫畔⒃诮粨Q機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)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(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

如圖1所示，該拓?fù)鋱D分為兩個(gè)網(wǎng)段，其中PC1、PC2、Switch和FireWall化為一個(gè)網(wǎng)段，Router和FireWall化為另一個(gè)網(wǎng)段。PC1、PC2對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的端口設(shè)置不同的IP地址。本實(shí)驗(yàn)采用NAT對(duì)跨網(wǎng)段的地址進(jìn)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(wèn)到Router；②在FireWall上啟用Firewall功能，禁止PC2訪問(wèn)Router。組網(wǎng)配置結(jié)束后，使用ping命令驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了防火墻對(duì)PC2與Router通信的限制作用。

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

三、結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種以實(shí)體設(shè)備平臺(tái)為主、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為輔的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)新方案。課上教師主要進(jìn)行基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)，課后讓學(xué)生使用華為eNSP模擬器自行實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)以綜合性實(shí)驗(yàn)為主，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中牢固地掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)然，利用華為eNSP模擬器也可以搭建綜合性實(shí)驗(yàn)，在課后進(jìn)行總結(jié)與補(bǔ)充。采用虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方法，學(xué)生可以靈活地利用自己的課余時(shí)間學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間和時(shí)間限制，使他們能夠?qū)W習(xí)系統(tǒng)、完整的知識(shí)體系，以系統(tǒng)的思維看待網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、管理與維護(hù)等問(wèn)題。學(xué)院對(duì)學(xué)生開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室案例教學(xué)，使學(xué)生接觸實(shí)體設(shè)備，體驗(yàn)真實(shí)系統(tǒng)，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是高等教育的重要目標(biāo)，結(jié)合eNSP虛擬實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。