一種迭代式的“‘綜合演練’網絡開設”課程設計

吳君青，許 博，黃 華，曾 瓊

（1.陸軍工程大學 指揮信息系統學院，江蘇 南京 210007；2.福建省平和縣文化廣電體育局，福建 漳州 363701；3.陸軍工程大學 信息管理中心，江蘇 南京 210007）

1 概 述

網絡架設是計算機網絡教學中重要的實踐科目，對本科學員理解整個專業內容有重要作用[1-2]，在軍事工程院校中，其對應科目為“‘綜合演練’網絡開設”。該科目的目標是在規定時間內完成指揮所的網絡架設，并部署必要的網絡業務。該科目具有實踐教學特性，對學員能力要求高，而且最終效果檢驗方法直觀，因此該科目在歷次實施中均受到各級領導的重視。

野外環境下實施教學，存在如下特點：①教學限制多。野外教學相關配套設施較簡單，所有物資都需要現場組裝，同時在保障方面有客觀缺陷，教學中需要考慮臨時斷電、電壓不穩等客觀現實。②訓練時間集中。為了強化實踐學習效果，相關專業課程基本集中在3～5天內完成。整個教學設計較緊湊，一旦確定則很難有時間調整改動。

由于上述客觀條件的限制，野外課程對學員要求更高：①需要掌握扎實的專業知識。學員不僅要有良好的理論基礎，還需要有較強的動手實踐能力。對于整個網絡架設能夠有良好的全局意識，不能局限于某個技術細節。②具備合適的管理協調能力。整個課程不僅需要小組內部的團隊協作，還需要小組與其他組的人員溝通協調，相關組別有軟件組、網絡組、硬件組、攻防組等。

在實際教學中，很少有學員同時滿足要求。當前參訓學員中，大部分只有參加訓練時才能接觸到相關的設備和硬件。雖然設置了骨干人員，但是其自身也缺乏足夠的專業訓練，從而難以勝任整體協調工作。課程的教學目標是讓學員進一步學習和掌握相關技能并鍛煉其管理協調能力。作為教學組織者，需要按照學員的學習規律，制訂合理的教學計劃。因此，在設計教學方案時，需要針對野外環境的特殊性，綜合考慮現有學員的現狀，最終實現教學目標。

2 當前實施方案分析

計算機網絡系統以網絡環境、軟件和網絡協議為重要基礎，將多臺計算機連接在一起，形成龐大的信息網絡，從而實現信息資源的傳遞與共享[3-4]。實踐教學是計算機網絡課程的重要組成部分，對培養學生的實踐能力有極為重要的作用。當前有多個文獻對其進行研究總結[5-7]，基本思路是基于虛擬仿真平臺完成實踐教學，其教學環境基本是室內教學環境。作為軍事工程院校，其實踐環節具有野外特性，需要使用實物網絡環境。

2.1 教學目標和要求

“‘綜合演練’網絡開設”課程的教學目標是使參訓學員通過實踐教學掌握網絡部署的基本原理和實踐組織方法，其教學內容可分為局域網架設、廣域網架設和網絡運維，教學知識點包括線路部署和監測、網絡IP規劃和配置、交換機配置、路由器配置和運維服務器配置。

整個課程需要架設的整體網絡拓撲如圖1（a）所示。為了便于教學開展，整個網絡以基本建筑為單位，可分為基本指揮所（簡稱基指）、后方指揮所（簡稱后指）和前線指揮所（簡稱前指）。其中，基指包括基指大帳篷和基指小帳篷兩個帳篷，后指為一個帳篷，前指則通過3臺節點車之間互聯實現組網。為了進一步配合網絡攻防的現地教學，網絡拓撲中專門加入攻防小帳篷。基指和后指之間通過有線以太網互聯，基指和前指之間通過微波互聯。

基指大帳篷是整個網絡開設的核心拓撲，示意圖如圖1（b）所示。在大帳篷中，包含12臺業務終端和2臺運維服務器。所有業務設備都以以太網方式互聯到二層交換機S2700，然后進一步連接到三層交換機S5700。二層交換機和三層交換機各自接入一臺網絡運維服務器，進行基本的網絡業務維護。

在整個實踐教學中，對學員的要求是掌握線路部署和故障排除以及全網的IP規劃和配置，重點人員掌握交換機基本配置，最終目標是在規定時間內完成整個指揮所的網絡架設，為其他業務開展提供基礎性支撐。

2.2 受訓學員特點分析

本課程的參訓學員主體為本科第4年的生長干部學員，其優點是學習態度好，組織觀念強，接受新知識的速度較快，但也存在明顯的缺點，即重軟輕硬、管理生澀。

從往屆的演練情況來看，參訓學員在軟件操作方面沒有問題。通過學院的分業訓練和大學的綜合演練，學員基本上能夠理解指揮所網絡的開設步驟和方法，熟練使用相關的自主研發系統及開源軟件，實現對指揮所網絡的實時監控，但是在硬件操作方面問題較大，尤其是動手能力比較欠缺。因為學習時間和實驗設備的限制，參訓學員很難熟悉和制作相關硬件。前期雖然開設了專業實踐課，但是該課程教學目的是奠定綜合演練的知識基礎[2-3]，而且整個課程涉及網絡、軟件、安全等各方面的知識，真正用于硬件操作的學習時間很少，因此，參訓學員的實際動手問題在短期內難以解決。

另一個問題是骨干的組織管理能力還需要加強。為了便于展開工作，當前設置了站長、組長和組員的3層機制。組長是整個具體開設工作的中堅核心，但是組長的管理能力亟須加強，具體表現就是組長對于網絡組全局的工作把握不準確，對人員的調度和去向掌握不明，對成員工作的分工和管理方法缺少足夠的認識。大部分情況下是一人單干模式，一旦面對基本指揮所等任務量大的環境，就無法勝任。該問題的根本原因在于骨干人員自身也缺乏足夠的專業訓練，從而難以勝任整體協調工作。

上述情況是客觀存在的，短時期內難以改變這一現象。對于參訓學員，只有參加訓練時才能接觸到相關設備，因此“重軟輕硬”問題難以避免。骨干人員也是面對陌生事物，由于沒有足夠信息掌握實踐細節，因此很容易出現“管理生澀”問題，難以完成整體協調工作。

圖 1 網絡開設課程的實踐拓撲示意圖

2.3 實施計劃分析

當前的指揮所開設過程中，按照站長、組長和組員的3層機制開展工作，普遍采用圖2所示的實施流程。整個過程分為任務下達、站長受領、各組實施等階段。其中，指揮所保障分隊分為軟件組、網絡組、硬件組、攻防組等多個小組，每個組獨立完成物資領取、開展業務、值勤等工作。該實施流程簡單直接，便于指揮人員下達指令，在隊列形式上有利于明確各組工作任務。

圖 2 一種指揮所開設的實施流程

整個實施計劃的缺點是門檻太高。所有受訓學員直面最終網絡，中間沒有任何緩沖。由于沒有掌握基本細節，受訓學員搭建一次基本網絡需要花費很長時間。整個指揮所開設的業務有相關性，軟件組和攻防組依賴于網絡組，網絡組則依賴于硬件組。網絡組占用太多時間，導致最終的實施效果很不理想。實際實施中，教員需要花費很多精力協調指導，學員的實踐訓練價值不高。

3 多層迭代方案的教學設計

學生對“網絡開設”的學習認識是有客觀規律的。只有遵循這一客觀規律，才能保持和提高學生的學習積極性。整個課程設計應該采用先易后難、從局部到整體的思路，進一步優化課程教學。

3.1 教學實施方案

“網絡開設”實施方案的示意圖如圖3所示。整個計劃分為局域網組網實踐、廣域網組網實踐和整體組網介紹。局域網組網和廣域網組網的實踐場地為基指大帳篷內。組網實踐階段按照時間可自由調整，一般在基指大帳篷內，時間緊迫則在其他帳篷由相關教員臨時指導。

（1）局域網組網實踐。這一階段的目標是讓所有學員徹底掌握網絡布線的實施和檢測、交換機的簡單配置和IP地址的配置學習。

（2）廣域網組網實踐。這一階段的目標是徹底掌握IP地址的規劃和配置、三層交換機的網絡配置和網絡運維。

（3）整體組網的注意事項介紹。經過前面兩次內容學習，學員對網絡開設基本有感性認識。這一階段的工作是教學宣講，主要是明確交流機制，說明物資準備的重要性和結點車通信問題。

依據上述實施內容，可采用圖4所示“先重點后普通”的實施方案，分兩階段進行實踐教學。其中，重點人員即相對優秀的學員，是指網絡原理掌握較好、實踐能力相對強的學員。重點人員可以由參訓學員自主推選。剩余學員都歸為普通人員。實際教學中一般分為2個批次進行培訓，每一批次的學員人數為20人左右，其中重點人員控制在6人，普通人員為14人左右。

具體流程如下：

（1）重點人員實踐。教員演示說明實驗網絡的組網目標和相關器材，然后組織重點人員進行實踐操作訓練。在此期間，普通人員旁聽和觀看，不參加實踐操作。

（2）普通人員實踐。教員組織將普通人員平均分為兩個小組，然后重復進行實驗網絡的組網訓練。整個過程中，重點人員旁聽和觀看，不參與實踐操作。

（3）總結。階段內容實踐結束后，教員針對問題進行簡單總結，根據實踐完成效果安排骨干人選。

該方案有如下優點：①小而全。實踐作業規模較小，設計相對簡單，但是涉及網絡組工作的所有內容，課程內容包含從局域網到廣域網再到業務部署的所有要素。②干擾少。沒有其他組員的相互干擾，本組學員可以專注學習“網絡開設”的業務認識。③認識深刻。通過兩階段的實踐訓練，所有學員都能夠接觸組網流程，較為深刻地理解“網絡開設”的全局內容和必要細節。

圖 3 “網絡開設”教學計劃示意圖

圖 4 多次迭代“網絡開設”實施方案示意圖

3.2 其他注意事項

3.2.1 明確交流機制和內容

教學過程中，教員需要向學員明確交流機制和交流內容。網絡組自身工作量大，而其他組（軟件和攻防）則依賴網絡組。這要求網絡組必須快速準確地開始實驗網絡，其中，減少組之間的干擾是一個重要前提，特別是在網絡開始的前期階段，必須提醒學員明確交流機制和交流內容。

常用的交流方式是組長負責制，即組之間的交流必須通過組長進行。網絡架設初期，很多問題有共性，組長負責制可以舉一反三，快速解決。不能出現的情況是，普通學員要求解決網絡問題，從而直接找到網絡組人員解決，這會嚴重擾亂網絡組的正常進度。

在交流內容方面，網絡組負責布線和網絡規劃，并明確每臺終端的IP配置信息。注意，網絡組不負責終端的具體配置和檢測，相關操作由負責終端的學員自己完成。

3.2.2 快速排除常見故障

網絡組需要熟悉一些常見故障的排查方法，若無法解決則直接找教員指導。在整個排查過程中，應該采取自底向上、由近及遠的思路。首先分析物理層的故障，然后分析鏈路層故障，最后分析IP層故障，整個排查使用對比法，即尋找正常的案例，比較不同案例之間的區別。常見的網絡故障表現和分析方法參考表1，這些問題在網絡架設初期很容易出現。

表 1 TCP/IP網絡常見故障及分析

3.2.3 解決結點車通信問題

結點車負責基指和前指的網絡連接，但是歷屆學員都不理解連接原理。結點車之間通過微波方式實現遠程傳輸，有設備將微波信息轉換為以太網信號，輸出的信號使用以太網接口接入大帳篷的三層交換機。結點車本身也有三層交換機，需要配置OSPF的動態路由。整個配置過程查看提示即可。

4 結 語

指揮所“網絡開設”的教學核心是在野外環境下開展搭建一個全新網絡。該科目涉及多種科目，融合多種業務，如果采用并發齊上的教學模式，受訓學生很容易產生混亂。野外教學注重實踐操作，受訓學員雖然已經參加網上推演、專業實踐等課程，但是依然需要時間適應。作為教學組織者，我們需要按照學員的學習規律制訂合理的教學計劃。

本文提出一種迭代式的教學計劃，提供從簡單到復雜、從局部到綜合的搭建環境，同時明確學員的交流機制，引導他們聚焦于業務問題，快速組建基本指揮所。整個教學過程中，需要引導學員掌握合理的故障排查機制，針對常見故障提供快速排查方法，從而減少不同業務組之間的相互干擾。

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[4]李國佳, 楊喜亮, 李秀芹. 計算機網絡課程多元化教學與考核模式探索[J]. 計算機教育, 2015(15): 89-92.

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