計算機網絡實驗平臺和實驗項目的設計

陳慶章　王子仁　段云飛

摘要:計算機網絡已經成為IT相關專業的重要課程,并逐漸成為非計算機專業熱選課程。為了支撐計算機網絡課程的教學和相關研究工作,我們建設了現代網絡技術研究實驗室。本文給出建設該實驗室的總體思路和詳細方案,包括以網絡組建、網絡互聯、IP地址規劃、局域網、路由器交換機為基礎的必備網絡實驗,以及網絡存儲技術、集合通信(VOIP/多媒體視頻)、安全技術、無線技術、智能網管技術等高級實驗。文中還給出了該實驗室所支持的實驗項目。

關鍵詞:計算機網絡實驗室;網絡實驗室方案;實驗平臺;實驗項目設計

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

1背景和目標

浙江工業大學信息學院現擁有計算機科學與技術、電子信息工程、通信工程、自動化、電氣工程和電子科學與技術共計6個本科專業。計算機網絡類課程是學院各專業的主干課程,是學生高度重視的課程之一。該課程也逐步擴展到學校其他學院,作為大學生信息技術基礎課程開設。計算機網絡課程對培養學生工程實踐能力、適應經濟和社會發展對信息技術應用的直接需求具有重要意義。

計算機網絡課程和實驗也是研究生的重要課程。網絡相關技術和應用是學院教師重要的研究方向之一,研究環境的改進和研究水平的提高,直接關系研究生的培養質量。

學院近年來承擔了多項與計算機網絡技術相關的國家級科學研究項目以及大量省級科技計劃項目和企業委托網絡工程。這些項目的順利實施,對浙江信息技術產業的發展和傳統產業改造發揮著關鍵作用。

無論從教學、科研、還是社會服務等方面的需求看,建設一個先進的現代網絡技術研究實驗室(以下簡稱網絡實驗室)是非常必要的。

該實驗室的建設,將實現以下目標。

(1) 進一步突出計算機科學與技術專業在網絡技術方面的特色,以網絡技術為教學核心內容,以網絡工程為主要工程訓練載體,以網絡技術和應用為學科研究方向,以網絡應用開發引領學生的科技創新活動;著重突出培養學生針對網絡環境下和網絡工程中發現(分析)問題和解決問題的能力。

(2) 依據社會對網絡工程的實際需求和網絡技術發展水平,努力實現學生能力與用人單位實際需求無縫銜接,將進一步完善和加強“學生在干中學、教師在干中教”的培養模式;培養德智體全面發展的、在網絡技術和工程方面有較強能力的實用型高級技術人才。

(3) 實驗室將成為:學生在先進網絡技術上的學習中心;學生在在網絡工程能力提高上的實踐訓練中心;學生開展網絡相關的科技創新活動中心;教師從事網絡相關的科學研究和工程實驗的中心。

2實驗平臺的總體設計

2.1總體思路

現代網絡技術教學與研究實驗室應當是一個先進的“融合型”網絡實驗室,根據功能和實驗內容進行劃分,網絡實驗室將分為三個層次,如圖1所示。

(1) 網絡課程基礎實驗平臺

包括網絡組建、網絡互聯、IP地址規劃、局域網、廣域網設計等以路由器交換機為基礎的必備網絡實驗,重點解決本科教學中的網絡基礎實驗問題。受益面:信息學院全體本科生、學校選修計算機網絡課程的本科生和研究生。

(2) 網絡課程提升實驗平臺

從實驗內容的廣度和深度上擴充實驗平臺,使之基本涵蓋計算機網絡的整個學科,如新IPv6平臺、“瘦AP”WLAN技術、深度安全防御、網絡流量分析等。

(3) 新技術拓展科研平臺

在前面兩個層次建設的基礎上,針對計算機網絡的熱點和前沿研究方向,搭建新技術拓展的科研平臺,如網絡存儲技術、集合通信(VOIP/多媒體視頻)、高級安全技術、無線技術、智能網管技術等,可以支持教師從事網絡工程等前沿的網絡技術的科學研究工作。

2.2實驗內容深度和廣度考慮

(1) 支持的課程

該實驗室建成后,希望可以完整地支持計算機科學與技術專業、電子信息工程類專業本科生計算機網絡課程教學的實驗,支持在全校范圍內開設的網絡課程的基本實驗,支持研究生教學中開設的網絡課程的實驗。主要課程包括:“計算機網絡原理”、“網絡系統規劃與設計”、“計算機網絡與通信”、“數字通信與計算機網絡”、“計算機網絡系統”、“數字通信系統與通信網”、“信息安全”、“TCP/IP網絡原理與技術”、“網絡程序設計”、“多媒體通信”、“無線通信網絡”、“計算機網絡與控制”、“網絡安全”、“電子商務與安全認證”等。

(2) 內容的廣度和深度

擬建的網絡實驗室的實驗內容應當涵蓋路由與交換、網絡安全、網絡存儲、無線網絡、語音與視頻、IPv6、網絡管理、中小企業VPN接入、大型企業園區網、行業縱向網、語音/視頻/數據三網合一、企業安全等方面的驗證型、設計型和綜合型實驗。

緊跟計算機網絡發展的熱點技術,網絡實驗室可以完成具有一定技術深度的實驗與研究,如:與IPv6技術相關的6to4隧道、ISATAP隧道、OSPFv3、PIM-SSM、NAT-PT等實驗與研究;與無線網技術發展——“瘦”AP技術相關的信道自適應調整、AP功率自適應調整、802.11e、802.11i、漫游快速切換等實驗與研究;與安全技術發展——關聯化、深度防御相關的入侵抵御、蠕蟲控制、端點準入防御、抗DOS、虛擬化分區隔離、虛擬補丁、數字疫苗等實驗與研究;與存儲技術發展——iSCSI相關的SAN、WSAN、NAS、虛擬存儲、遠程容災等實驗與研究;與Voice&Video over IP技術相關的H.323/SIP雙棧、H.261/ H.263/ H.263++/H.264、 H.239雙流、回聲抵消、靜音壓縮等實驗與研究;與網絡管理技術發展——業務與用戶管理相關的NetStream流統計、動態VPN技術、基于業務的QoS、用戶行為管理等實驗與研究。

3實驗平臺設計

(1) 路由與交換技術實驗平臺,如圖2所示。

(2) 網絡安全技術實驗平臺,如圖3所示。

(5) 網絡管理技術實驗平臺,如圖6所示。

(6) IP多媒體通信技術實驗平臺,如圖7所示。

(7)IP網絡存儲技術實驗平臺,如圖8所示。

其中,IPv6協議及相關技術實驗所需的設備同路由與交換技術實驗的設備。

4實驗項目設計

建成后的網絡實驗室可以支持的基本實驗項目如表1所示,同時,可以根據課程或科研的需要擴展實驗項目。

5實驗室建設效果

(1) 支持網絡課程實驗教學。網絡實驗室的建成,可以較好地支持信息學院和全校計算機網絡課程的實驗教學,對計算機網絡基本原理的理解、計算機網絡的工程能力訓練,都將發揮重要作用。相信學生在這樣的平臺上訓練,其動手能力和創新意識都會迅速提高,對網絡知識的掌握會更加扎實,極大地提高學生的綜合素質。

(2) 支持課程建設與完善教學計劃。網絡實驗室的建成,為進一步完善和調整信息學院本科教學計劃提供了物質保證。在為原有的網絡課程提供實驗平臺以外,可以開設一些更加實用的計算機網絡課程,如“TCP/IP網絡原理與技術”、“網絡安全協議與技術”、“路由技術”等。

(3) 支持研究生教學。網絡實驗室的建成,同時可以支持信息學院的研究生教學,為研究生提供教學、實習和研究的實驗平臺。

(4) 支持教師科研。網絡實驗室的建設,可以支持教師關于計算機網絡方面的研究工作,提高教師的科研能力與水平,提升教師隊伍整體素質,加速科研成果的產生。

(5) 支持計算機學科建設。網絡實驗室的建設,為教師申報各類研究課題提供了物質基礎與技術平臺,以教學和科研為兩個支撐點,加速計算機學科建設。計算機科學與技術是浙江省重點一級學科,以現代網絡技術研究實驗室為依托,學科建設會更上一層樓。

(6) 服務社會。高校在擁有大量的高新技術人才的同時,又具備一流的實驗設施,可以為社會上各行業提供軟件、應用、實驗、開發、認證、培訓等增值服務,可以向當地社會提供技術交流、課題研究支撐,成為區域信息化建設的龍頭,更好地為浙江省的經濟建設服務。

The Design of Computer Network Experiment Platform and Test Projects

CHEN Qing-zhang1, WANG Zi-ren1, DUAN Yun-fei2

(1.Department of Computer Science,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China; 2. H3C Communication

Technology Co., Ltd., Hangzhou 310053, China)

Abstract: The course of computer network becomes the very important one of information technology (IT) majors, and it also becomes the hot-selected course of non-computer majors gradually. We build a modern network research lab to foster the teaching and relative research work of the computer network course. In this paper, we give the main idea and detail plan, in this lab, a lot of advanced experiments including network building, network connecting, IP layout, LAN, network experiments based router and switch, and network storage technology, collective communication (VOIP/ multimedia video), security technology, wireless technology and intelligent network management system technology can be implemented. We also list the test projects fostered in the lab.

Key words: computer network lab; network lab plan; experiment platform; test project design