建設職校新一代網絡實驗室

文/楊建清 唐超

建設職校新一代網絡實驗室

文/楊建清 唐超

隨著信息技術的廣泛應用，當前職業院校計算機網絡技術人才培養的層次和數量嚴重滿足不了社會的實際需求。文章從信息技術的發展狀況，職業院校網絡實驗室的現狀，計算機網絡專業人才職業崗位群分布以及對應職業崗位的職業技能要求等出發，提出職業院校建設新一代網絡實驗室的技術和方法，以及運行和管理的建議。

隨著物聯網、云計算、云存儲、三網合一技術的推動和發展，計算機網絡專業技術人才的需求量大幅增長，但是當前職業院校計算機網絡專業人才培養的層次和數量嚴重滿足不了社會的實際需求。當前職業院校計算機網絡實驗室設備陳舊，功能單一，大多只能滿足數據通信的基本實驗，不能滿足當前網絡應用的多業務實驗需求，也不能滿足職業教育模擬職業崗位的環境需求。本文就當前職業院校新一代計算機網絡實驗室建設的問題，從職業崗位，職業能力分析入手，提出了建設網絡實驗室的技術和方法。

職業崗位劃分

進入新世紀初，信息技術迅猛發展，計算機網絡技術得到廣泛應用，社會急需計算機網絡技術人才。為適應社會的需求，很多職業院校開設了計算機網絡相關專業，建設了配套的計算機網絡實驗室（一般只有計算機，交換機和路由器設備），能實現網絡操作系統、網絡服務、網絡設備的安裝和配置實驗，這在當時是能夠滿足社會需求的。隨著信息技術的發展，當前的MPLS技術，流量工程，VPN技術，IPV6技術，服務質量，VOIP技術，視訊融合通信，IPTV技術，網絡安全技術，以及城域網、光網絡、云計算、云存儲、物聯網等新技術模擬已無法在原來實驗室中實現。根據當前信息技術發展和社會需求狀況，對于職業院校，建設新一代的計算機網絡實驗室是新時期培養計算機網絡專業人才的迫切需要。

從事計算機網絡相關的職業，分析其工作對象和工作內容，大概可分為計算機網絡規劃設計師、計算機網絡工程師、計算機網絡管理師（員）等職業崗位。

建設需求分析

新一代的計算機網絡實驗室應能滿足當前職業崗位職業能力訓練的技術需求，還應滿足學員異地試驗需求。

網絡實驗室三大崗位

計算機網絡規劃設計師

計算機網絡規劃設計師熟練掌握計算機網絡設計及相關領域知識，掌握客戶思維方式，了解市場趨勢，具有國際化視野；能夠透徹分析大中型網絡設計項目需求，能夠與委托方和受益方進行充分溝通，能夠提供設計項目專業、市場導入等方面的咨詢；能夠提出大中型網絡設計項目總體實施方案，并有效制定項目工作計劃及資源配置計劃；能夠全面把握設計中的關鍵因素，提出具有前瞻性的設計思路和設計方案，能夠領導、管理和協調設計團隊有效地完成設計工作目標；能夠對設計團隊成員實施有效的業務指導和技能培訓；能夠獨立完成或組織領導完成大中型設計項目的效果圖、施工圖或制作模型；能夠把握設計項目的商業目標和社會功能，有效地控制設計項目導入市場的主要環節，并能及時解決市場導入過程中出現的復雜問題。

計算機網絡工程師

計算機網絡工程師掌握計算機網絡專業知識及市場營銷原理以及商務談判技巧，能夠準確理解客戶需求和上級指令，能獨立與委托人商談并形成協議/合同草案，能獨立起草一般設計項目文檔；熟練掌握技術經濟學、社會學等相關學科知識，能比較全面地把握設計中的關鍵問題，有扎實的專業設計基礎和計算機運用功底，能夠獨立完成中小型設計項目的拓撲結構、綜合布線系統、設備選型和系統應用；能夠充分運用設計手段幫助設計項目順利導入市場，并能夠根據市場目標調整或改進設計成果。有團隊協作精神，正確使用項目經費、安排時間，協調團隊人員關系的能力。

計算機網絡管理師（員）

計算機網絡管理師（員）了解計算機網絡專業知識和社會經濟學常識，能理解委托人的需求，能理解工作任務及上級指令，能夠做好數據收集、分類、整理工作，能夠協助上級設計師起草設計文檔；掌握七大計算機技術(局域網組網技術、網絡設備技術、網絡安全技術、綜合布線技術、操作系統技術、網頁設計技術、程序設計技術)，以及設計方法論，能把握設計中的關鍵問題，熟悉電腦輔助設計工具，能在指導下完成小型設計項目設計草圖等；了解客戶反饋跟蹤技巧，能夠根據既定的工作規程解決設計方案實施中的常規性問題；有團隊協作精神，聽從指揮，正確使用項目經費、設備、材料、儀器，嚴格按項目進度要求施工，按時、按量完成上級交給的任務。

職業能力訓練的技術需求

根據當前計算機網絡技術發展狀況，職業崗位群分布情況以及職業崗位對職業能力的要求，新一代網絡實驗室的建設需要滿足當前計算機網絡職業崗位職業能力訓練和試驗的需求。經過對計算機網絡職業崗位的職業能力分析，新一代網絡實驗室的建設應滿足如下需求：

1.滿足日常交換網絡配置和管理任務需求；

2.滿足路由網絡配置和管理任務需求；

3.滿足家庭網絡、公司網絡、校園網絡、企業網絡等的接入、配置和管理任務需求；

4.滿足網絡VoIP配置和管理任務需求；

5.滿足網絡IPTV配置和管理任務需求；

6.滿足無線網絡配置和管理任務需求；

7.滿足網絡存儲配置和管理任務需求；

8.滿足網絡安全配置和管理任務需求；

9.滿足網絡可靠性、可用性配置和管理任務需求；

10.滿足專用網（IPSEC VPN，MPLS VPN，SSL VPN）配置和管理任務需求；

11.滿足城域網及城域接入網絡配置和管理任務需求；

12.滿足用戶接入AAA、證書服務配置和管理任務需求；

13．滿足云計算、云存儲、物聯網通信平臺的搭建任務需求。

異地試驗需求

異地試驗需求就是滿足學員隨時隨地通過互聯網登錄實驗室進行試驗的需求。

圖1網絡實驗室的拓撲結構

網絡實驗室邏輯設計

網絡實驗室邏輯設計是在充分的需求分析的基礎上進行的設計，主要對實驗室的拓撲結構、試驗單元命名、設備命名、線纜命名的設計。

網絡實驗室拓撲結構

根據對職業院校新一代計算機網絡實驗室建設需求分析，要滿足不同崗位的職業能力訓練，模擬不同職業崗位的職業場景，拓撲結構設計就是為滿足不同職業崗位職業場景的設計。圖1是網絡實驗室拓撲結構圖。

1．拓撲結構說明

該拓撲結構圖中，共分為3個功能域，10大模塊。

（1）學員實驗域，共8個模塊（組），每模塊（組）6個工位。設備主要分為基本通信設備，網絡安全設備，語音設備，視頻設備，服務器和個人計算機等。基本通信設備主要有4臺多功能模塊化多業務路由器（支持IPv4/IPv6全系列路由協議），2臺多層高性能路由交換機，3臺二層可管理交換機，1臺寬帶Modem，1臺無線路由器，1臺企業級無線訪問點；網絡安全設備主要有1臺狀態防火墻，1臺IPS，1臺IDS；語音設備主要有2臺IP電話，2臺模擬電話以及路由器上的語音模塊；視頻設備主要有1臺視頻會議攝像頭， 1臺視頻會議終端；服務器和個人計算機主要有1臺PC服務器、6臺高性能個人計算機。該試驗域的主要功能是為學員提供交換、路由、無線、VoIP、IPTV、視頻會議、服務質量、網絡安全等職業場景模擬實驗服務。在建設實驗室時，職業院校可以根據自己資金預算和培養對象，選取自己需要的設備或者分期逐步建設。

（2）教師實驗管理域，共1個模塊，具有學員實驗域模塊的實驗設備，另外增添MCU（用于視頻會議場景）、IP-PBX（用于語音通信場景）、DSLAM（用于ADSL寬帶接入場景）、網絡存儲設備、光纖交換機、無線控制器、認證服務器等設備。該模塊作為教師學習、試驗、科研而使用，并兼有對整個網絡實驗室進行管理和服務功能。

（3）核心交換域，共1個模塊，與校園網鏈接（滿足異地試驗）。4臺多層高性能模塊化路由交換機組成環網或網狀網，支持全系列IPv4/IPv6路由協議，支持M P L S協議，冗余連接教師實驗管理域和學員實驗域各模塊。該模塊結合其他實驗模塊模擬核心交換、城域網交換、城域網接入等職業場景。

2．設備選取說明

（1）網絡設備選取

建設實驗室選取網絡設備時根據職業院校自己培養對象和資金預算適當選取，例如只進行基本通信實驗的實驗室可以選取基本通信設備，需要信息安全的實驗室可以增加安全設備，需要融合通信的實驗室可以增加語音和視頻設備，需要網絡服務和存儲試驗的實驗室可以增加對應的設備。

表1 線纜命名和編碼格式

表2 光纜命名設計表（樣例）

（2）通信線纜選取

實驗室的通信線纜設計中有三種，分別是光纜、雙絞線和電話線。光纜鋪設需要端接設備、光纖跳線和光纖模塊，價格較貴，對于投資規模不大的院校，可以考慮用雙絞線代替，本案例之所以采用光纜只是模擬職業場景，讓學員親身感受環境；雙絞線和電話線的鋪設相對簡單，雙絞線從核心交換域到每個模塊鋪設，電話線從教師實驗管理域到學員實驗域鋪設。

網絡實驗室命名設計

為了增強網絡設計可讀性，方便隨后的進一步設計和以后的日常運行和管理，需對實驗室的重要設備進行命名。命名的基本原則是簡單、明了、易懂，能表示意思。命名的主要工作是確定命名的語法格式，使用的字符數，邏輯結構等。

（1）學員實驗域模塊命名設計

學員實驗域的模塊共8個，主要的目的是為學員提供實驗服務，本案例中學員實驗域模塊命名分別為ST01、ST02、ST03、ST04、ST05、ST06、ST07、ST08。

（2）教師實驗管理域命名設計

教師實驗管理域，共1個模塊，本案例中命名為“TE”。

（3）核心交換域命名設計

核心交換域，共1個模塊，本案例中命名為“C”，核心設備共4臺，分別命名為C1、C2、C3、C4。

（4）線纜命名設計

線纜命名主要對連接網絡實驗室的各個功能模塊的線纜進行命名、編號，方便施工和以后運行、職業場景模擬與維護。基本原則是能體現線纜端接模塊，線纜命名采用表1里的格式。

這里的線纜主要有三類：光纜、雙絞線、電話線（可以用雙絞線代替）。在以下命名中，“G”代表光纜，“S”代表雙絞線, “D”代表電話線，表2是光纜命名設計樣例，其他雙絞線和電話線命名和編碼設計均按照表1的格式編寫。

網絡實驗室物理設計

網絡實驗室物理設計主要是對實驗室骨干線纜物理布線路由圖設計和實驗單元模塊物理線纜布線設計，以及網絡實驗室物理環境設計。

實驗室骨干線纜物理布線路由圖設計

圖2是實驗室骨干線纜物理布線路由圖，三種干線線纜是光纜、雙絞線和電話線，具體的連接參考邏輯設計線纜標示。

實驗單元模塊物理線纜布線

實驗單元模塊的布線有干線接入、實驗單元機柜內部走線、實驗單元機柜到桌面布線幾個方面。

干線接入全部采用配線架接入，共有三種線纜，即光纜、雙絞線和電話線，分別用不同的配線架壓接。

實驗單元機柜內部走線分兩種情況：一是管理鏈路的布線，二是可變動跳接鏈路布線。對于管理鏈路的布線一次性壓接好，做好標記，不允許實驗人員跳接和變更，用于網絡管理、試驗管理、拓撲還原等工作。對于可變動跳接鏈路線纜，全部采用跳接線纜，根據模擬不同職業場景進行靈活跳接。

桌面的設備有個人計算機、IP電話、模擬電話、視頻會議攝像頭、視頻會議終端等設備，從實驗單元機柜到桌面計算機的布線根據實際需求布設雙絞線和電話線。

網絡實驗室物理環境

網絡實驗室物理環境設計應按照機房設計的標準進行，可以參考《GB50174-2008電子信息系統機房建設規范》，主要有通風和空調系統設計、配電系統設計、采光設計、裝飾設計、防水、防火、防盜、防雷、防靜電設計等。

網絡實驗室建設施工和測試

根據網絡實驗室物理設計進行施工。建設施工應找有資質的單位施工，簽訂施工合同，按照建設方案設計施工方案，施工計劃，施工細則。施工過程中可以分階段測試驗收。

圖2 實驗室骨干線纜物理布線路由

網絡實驗室資源開發與管理

實驗資源開發和運用

實驗資源開發綜合考慮不同職業崗位的不同職業場景，工作流程，職業能力等因素。開發流程為：職業崗位->職業環境->職業能力->職業場景模擬->網絡拓撲設計->網絡實現方案設計（包括邏輯和物理的設計）->網絡實施->網絡測試->網絡報告等。實驗資源的運用要根據不同層次的學習對象，選取對應培養目標的實驗資源，按照步驟完成職業崗位的職業場景實驗，并根據職業標準進行考核。

管理制度

建立網絡實驗室使用管理制度，安全管理制度，衛生管理制度，軟件硬件的維護管理制度等。

(作者單位為廣州白云工商技師學院計算機系)