基于Ｂｏｓｏｎ Ｎｅｔｓｉｍ虛擬平臺的ｖｌａｎ實驗教學設計

【摘要】vlan的劃分是計算機網絡技術課程實驗教學的重難點內容之一，文章中利用Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對同網段內vlan的劃分及跨網段間vlan的互訪兩類實驗進行了教學設計。

【關鍵詞】Boson Netsim； vlan； 實驗教學設計

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097 (2008) 10—0121—04

計算機網絡技術作為教育技術學專業的一門專業基礎課程，對學生的就業和專業發展都具有重要的作用。其中，交換機的設置及vlan的劃分又是該門課程的重難點內容之一，不僅理論知識比較抽象，對實驗環境的硬件要求也很高，很多學校在進行該內容的實驗教學時還存在一些困難，主要表現在：“①儀器設施不足，硬件環境達不到實驗要求；②實驗中因誤操作導致的網絡設備損壞難以恢復；③網絡產品更新換代快，實驗室設備更新難以與之同步”[1]。基于以上原因，運用虛擬現實技術創設虛擬實驗室的研究顯現出很大的發展空間。Boson公司的Netsim軟件就創建了這樣一個虛擬的環境，它是一款Cisco路由器、交換機的模擬程序，是目前最流行、操作最接近真實環境的模擬工具。我們借助Boson Netsim軟件提供的虛擬平臺對vlan相關實驗進行了教學設計。

一 確定實驗教學目標

我們通過對學習需要的分析確定了該實驗的教學目標。總的教學目標是通過該實驗使教育技術專業本科學生的網絡設計與組建能力、虛擬局域網劃分能力、交換機配置能力，局域網理論知識和實踐操作能力得到綜合提高，這一總體目標實際上與計算機網絡技術課程的總目標是一致的。在總目標的基礎上，結合該實驗內容我們把總目標分解為三個二級層次目標：一是學生能夠熟練使用Boson Network軟件；二是掌握相同網段內vlan的劃分；三是掌握不同網段間vlan的互訪。三個目標之間是依次遞進的關系，即后一個目標的實現有賴于前一個目標的達成。圍繞這三個二級層次目標，我們又設計了4個具體的實驗項目，并構成了第三層次的分解目標。實驗教學目標體系如圖1所示：

二 學習者特征分析

該實驗是針對教育技術學專業本科學生的，他們已經具備較強的計算機操作能力和一定的網絡知識，掌握了局域網的組建及測試方法并自行學習了交換機和路由器配置的基本命令等，具有一定的開展新實驗的知識積累。在此基礎上，學生能夠對不同網絡進行虛擬環境下vlan的劃分，并能夠在教師指導下理解、掌握vlan劃分的原理、方法和步驟。

三 實驗環境的創設和實驗內容的選擇

實驗環境的創設是開展實驗教學首先要考慮的因素。該實驗選擇Boson Netsim軟件創設的虛擬平臺作為實驗環境，并在此虛擬環境下進行實驗教學設計。

Boson公司的Netsim是一個適合多種操作系統的軟件平臺，提供了完整的動態網絡系統設計、仿真和分析的可視化環境，其命令和最新的Cisco的IOS基本保持一致[2]。主要功能如下：

1 靈活地設計仿真環境。學生可通過Netsim軟件，自定義網絡拓撲圖，然后根據自己設計的拓撲圖來配置交換機、路由器等設備，所有的操作與真實的環境完全相同。為相關教學提供了很大的靈活性，同時也是Netsim最大的優點。

2 定制經典的網絡實驗。Netsim軟件除允許用戶自定義網絡拓撲圖外，還提供一些定制好的經典的網絡拓撲圖，并給出操作步驟和命令答案，非常適合學生課后自學。

3 與國際認證考試接軌。Netsim是一種Cisco路由器和交換機配置模擬程序，能夠模擬Cisco環境下的網絡硬件平臺。它為那些正在準備CCNA、CCNP考試，卻苦于沒有實驗設備、實驗環境的學生提供了練習考試中命令的有力環境和工具。

4 更新設備庫及時。Boson會不定期在其主頁發布最新版本的Netsim軟件，最新版不僅減少了BUG，而且對其設備庫進行及時更新。[3]

實驗內容的選擇是整個實驗教學設計中最重要的一個環節。對于教育技術學專業學生而言，在實驗內容的選取上，應遵循新穎性，實用性，綜合性，拓展性，可操作性等原則[4]。根據分層次實驗教學目標的要求并遵循以上原則，我們設計了4個教學實驗項目，分別是：①Netsim軟件的安裝和使用；②一臺交換機內vlan的劃分；③兩臺交換機間vlan的劃分；④單臂路由實現vlan間互訪。這4個實驗項目均為當前網絡技術領域較新穎、具有較高實用價值和較強可操作性的實驗項目。

四 實驗教學過程的設計

實驗教學過程設計實際上就是實驗教學實施流程的設計，不同類型的實驗項目其實驗教學過程的組織方式不同。實驗類型一般有：演示實驗、驗證實驗、操作實驗、綜合實驗、設計實驗、研究實驗。該實驗定位為綜合、設計性實驗，要求學生綜合應用基礎性實驗教學中所學的知識、所掌握的方法來完成實驗過程。這類實驗在實驗指導書上只寫明實驗目標、要求，提供相關設備及部分相關資料，由學生自己設計實驗方案，學生自己確定實驗方法、步驟，利用實驗室提供的設備獨立完成整個實驗過程。具體設計步驟如下：

1 Netsim軟件的安裝和操作

為了使學生掌握Netsim軟件的安裝和操作，并能夠靈活運用該軟件，我們計劃了兩個課時，內容安排上主要從三方面進行：①安裝軟件。需要注意的是如果本機沒有安裝Microsoft forms2.0（大部分Windows 2000以上的操作系統都有該組件）和Adobe Acrobat程序（查看PDF文件的程序），Boson是不能啟動的，所以如果缺少以上任意一項內容，在軟件安裝過程中則會提示下載，下載完后才可以繼續安裝；②軟件組建及主要按鈕的介紹。這部分重點介紹三個組件Network Designer、Control Panel、Lab Navigator及各組件上的重要按鈕；③學生自己操作并熟悉軟件。

2 同一交換機上的vlan配置

由于學生是初次接觸到vlan劃分的知識，同時該內容的學習和掌握是后續內容學習的基礎，所以這一環節既是重點又是難點，因此實驗教學安排兩個課時。實驗進行前首先向學生介紹要用到的重要命令和vlan劃分的理論知識等，使學生在開展實驗設計前能夠在頭腦中形成一個完整的認識，然后再由學生進行實驗設計，教師在這個過程中起到一定的指導作用。下面介紹到的實驗也應該依此原則進行。該實驗要求在一個交換機（2950型）上劃分出兩個不同的vlan ，PC1接入VLAN10，PC2 和PC3接入VLAN11，拓撲圖如圖2所示：

交換機的主要配置如下：

（1） 創建vlan

switch #vlan database//進入vlan配置模式

switch（vlan）#vlan10 name VLAN10

switch（vlan）#vlan 11 name VLAN11//新建VLAN10和VLAN11

（2） 把端口放入vlan中

switch #configure terminal

switch（config）#interface f0/1

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 10//把端口1放入VLAN10中

switch（config）#interface f0/2

switch（config-if）#switchport mode access

switch（config-if）#switchport access vlan 11//把端口2放入VLAN11中

把端口3也放入vlan 11中，其配置和端口2相同。

（3） 測試

配置結束后運用ping命令測試：結果為PC1和PC2、PC3均不通，PC2和PC3互通。

3 跨交換機的vlan配置

該實驗仍然屬于同一網段內vlan的劃分，實現的是跨交換機間vlan的配置，是前一個實驗的拓展。因為對vlan有了一定的認識，并進行過虛擬環境下實際的設計操作，所以該實驗可以安排一個課時。本實驗要求把交換機C2950A的12號端口和C2950B的12號端口劃分為VLAN1，把交換機C2950A的10號端口和C2950B的10號端口劃分為VLAN2，把交換機C2950A的11號端口和C2950B的11號端口劃分為VLAN3[5][6]。實驗拓撲圖如圖4所示：

（1） 交換機C2950A的配置

VTP的配置：

C2950A>enable//進入特權用戶模式

C2950A#vlan database//進入vlan配置模式

C2950A（vlan）#vtp server//把C2950A交換機設置為服務器模式

C2950A（vlan）#vtp domain lab//把vtp的域名命名為lab

Vlan Trunk的配置：

C2950A（config）#interface f0/12

C2950A（config-if）#switchport mode trunk//配置12端口為trunk端口

接下來Vlan的創建和端口的劃分同實驗2所示。

（2） 交換機C2950B的配置

C2950B（vlan）#vtp client//把C2950B交換機設置為客戶端模式

C2950B（vlan）#vtp domain lab// vtp的域名和C2950A中命名相同

C2950B作為客戶端會自動學習C2950A中劃分的vlan，所以我們不需要再給C2950B劃分vlan，而是直接把相應端口放進去就好。其他配置同C2950A。

（3） 測試

配置完后測試結果為：PC1和PC2可以互通；PC3和PC4可以互通；其他組合方式均不可以互通。

4 單臂路由實現vlan間互訪

前面兩個實驗，同一vlan間可以互通，不同vlan之間不能互通。那么，如何實現規定vlan之間的互訪呢？這就需要在網絡中增加路由器或是三層交換機，由此我們設計了“單臂路由實現vlan間互訪”的實驗。該實驗仍然是前邊實驗的進一步拓展，實驗拓撲圖如圖6所示：

主要的配置過程如下所示：

（1） 交換機的配置

交換機的配置和實驗2基本相同，只是我們還需要在把連接路由器的端口f0/11配置為vlan trunk，這里不再贅述。本實驗的關鍵在于為各個vlan 配置邏輯接口IP地址，以C2950A為例：

C2950A (config) # interface vlan 2

C2950A (config-if) #ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

C2950A (config-if) #no shutdown

（2） 路由器的配置

配置多個子接口、以實現VLAN之間的路由。具體操作步驟如下：

Router (config) #interface FastEthernet0/0

Router (config-if) #no ip address

Router (config-if) # interface FastEthernet0/0.1//配置子接口

Router (config-subif) # ip address 192.168.1.1 255.255.255.0//子端口對應vlan IP地址

（3） 測試

測試結果為各個PC機之間均可以互通。

對于這樣一系列要求較高的綜合、設計性實驗，學生需要綜合運用前面做過的多項驗證性、操作型基礎實驗的知識才能順利完成這些實驗。通過獨立完成這樣的綜合性實驗可以達到培養學生綜合實驗能力的目標。

五 實驗教學效果評價

對實驗教學效果的評價是整個實驗教學設計中不可或缺的環節，是檢驗實驗教學目標是否達成的重要手段。實驗教學效果的評價方法很多，結合網絡實驗課程教學的特點，我們主要通過兩種方式評價計算機網絡課程的實驗教學，即書寫實驗報告和實踐操作。其中實踐操作評價又可以分為：實物演習式評價和模擬演習式評價。所謂實物演習即學生操作真實設備，參與真實網絡組建和劃分等針對現場實物的操作方式。通過參加這些真實的實踐、實習、組建等活動，來檢驗實驗教學的效果。所謂模擬演習即借助模擬軟件（如Boson Netsim）創設的虛擬實驗環境來設計并組建相關實驗的虛擬操作方式，通過模擬演習也可以檢測實驗教學的效果。

由于硬件條件的限制，該實驗選擇模擬演習評價方式，即構思一個綜合性較強的實驗，由學生在規定的時間內設計并操作完成。通過對學生實驗設計成功率和所用時間的分析，教師可以檢測到實驗教學的效果，并及時給予有針對性的幫助和指導。

不同專業的計算機網絡技術課程實驗教學設計會存在一定的差異。本實驗教學的設計是針對教育技術專業學生進行的，所以在目標定位，實驗內容、實驗項目的確定及實驗過程的組織等方面都體現了教育技術專業的特色并考慮了教育技術專業的需求，具有一定的專業針對性，對教育技術學本科生學習vlan及教師的教學都具有一定的幫助和指導作用。

參考文獻

[1][3] 謝慧，聶峰.基于Boson Netsmi的計算機網絡仿真實驗教學研究[J].實驗技術與管理，2007，(5):89-91.

[2] 黃勇.Bosonnetsim模擬軟件在交換機VLAN配置教學中的應用[J].科技資訊，2006，(5):165-166.

[4] 徐建東，王海燕.計算機網絡技術實驗教學設計[J].寧波大學學報，2004，(2):107-110.

[5] 石碩.交換機/路由器及其配置[M].北京:電子工業出版社，2007:38-45.

[6] 甘剛.網絡設備配置與管理[M].北京:清華大學出版社，2007:213-221.