SDN與標準計算機網絡混合實踐教學模式的研究

杜漸 魯硯青

摘要：SDN使網絡的管理變得更加便捷和靈活，降低了網絡的建設和維護成本，推動了網絡業務的創新。本文通過混合式虛擬平臺對比式學習SDN與傳統的計算機網絡的教學模式，使同學們更好地學習計算機網絡課程，快速了解到當下社會最前沿的科學技術，達到培養應用型、創新型網絡人才的目的。

關鍵詞：SDN 標準計算機網絡 實踐教學

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2018）08-0190-02

實驗教學有著直觀、實踐、全面、創新、設計等特點。因此不難發現，實現素質教育，培養創新人才目標離不開實踐教學。我國應該推動高素質、應用型人才隊伍的建設，對實踐教學體系進行改革，通過一些針對性的措施來提高實踐教學的質量，促進學生獨立完成基礎實踐，為SDN和傳統的計算機網絡構建一個實踐平臺，在這個實踐平臺上能夠通過一些虛擬的技術來進行模擬仿真實驗，讓學生真正了解到前沿技術，同時這些模擬仿真實驗還能夠減少硬件設施的投入，可以重復使用，有效改善了傳統教育制度，學生可以通過足夠多的實驗來提高自己的能力，讓其真正把握學科知識。目前獨立院校絕大多數都開設了計算機網絡課程，本文以SDN新技術與傳統計算機網絡相融合的虛擬實驗系統為基礎，開發有針對性的實驗虛擬系統，匯編仿真案例題庫并應用于實驗教學及第二課堂工作室業務培訓，并將對SDN的研究應用于學院校園網的網絡管理中，我們在這些方面進行了諸多有益的探索和實踐。

一、SDN與標準計算機網絡混合實踐教學研究的目的和意義

當前，社會對于人才的要求越來越嚴格，隨著信息社會的發展，更加看重人才的能力，而非分數，同時信息素養也是我國社會公民逐漸應該具備的基本素養。尤其是在SDN發展如此迅速的背景下，網絡的功能更加智能化，標準計算機網絡構架逐漸被替代，本文所研究的也是為了能夠解決計算機網絡課程實驗技術和技能提高的問題，在計算機網絡課堂教學中，通過搭建虛擬仿真平臺安裝SDN新型技術與傳統網絡構架依托的不同的虛擬軟件，在模擬實驗中學習計算機網絡課程的教學內容，并有機結合最新的科學技術，注重學生多種能力的培養，充分調動學生的積極性，鼓勵學生勇于發現，分析和努力解決問題，通過比較、學習，了解SDN與傳統計算機網絡的優勢和區別。本文從教學實踐的角度探討計算機網絡實驗教學的內容，研究計算機網絡實驗課程的虛擬實現，目的是為了能夠充分調動學生對計算機網絡課程教學的積極性和主動性，引導學生主動參與到探索知識的過程中來，提高學生的學習素養。讓學生能夠真正了解技術的實際應用，真正學會應用技術。

二、SDN與標準計算機網絡混合實踐教學研究的方法和內容

計算機網絡虛擬實驗系統是仿真技術在教育領域的應用。本設計的關鍵問題在于如何在虛擬機中，利用Floodlight開源控制器、LITO虛擬模擬器等仿真模擬軟件達到實現計算機網絡實驗虛擬教學的目的。本文主要是結合了LITO虛擬軟件技術，在計算機網絡實踐虛擬教學的基礎上，在一定的虛擬環境下利用實踐設備進行了虛擬實驗服務，同時還構建了相應的功能模塊。初步設計實踐環節如下：

（1）學習計算機網絡的基本原理，了解相關的協議、鏈接，軟硬件配置。

（2）學習SDN構架與技術，SDN實現模式及應用特點。

（3）搭建混合虛擬仿真平臺。

（4）研究并實現基于LITO虛擬模擬器的傳統計算機網絡虛擬系統。實現中小型網絡的規劃、設計、配置與維護等課程內容。搭建完成計算機網絡基礎、網絡硬件設備操作、配置IP路由、配置局域網交換、廣域網介入和互聯等實驗內容。搭建實驗組網圖、搭建基本連接環境并根據實驗內容進行命令配置。

（5）研究并實現基于Floodlight開源控制器+Mininet仿真器的SDN計算機網絡虛擬系統，了解標準化的OpenFlow協議及協議庫，從編排層、控制器和轉發平臺三方面應用于服務器、交換機等不同硬件上，通過協議及配置，實現搭建一個中小型網絡，創建一個簡單的數據中心網絡。

（6）了解如何從傳統的標準計算機網絡向SDN網絡過渡的原理及流程步驟，通過轉化控制層與轉發層之間的通信將傳統IP設備的控制面和轉發面進行分離，實現邏輯上的集中式控制，從標準網絡構架向SDN過渡轉化。

（7）應用于計算機網絡教學課程及第二課堂工作室業務培訓中，匯編案例題庫，細化命令配置步驟、提煉實驗內容與目標、歸納實驗組網設計模式，進一步完善案例庫的設計與應用，達到計算機網絡實踐教學的效果。

本文所研究的內容對于獨立院校的計算機網絡實驗虛擬實質性教學的提高有著重要的意義，有著極高的可行性和適用性，這一系統的開發能夠為其解決校內硬件、場地不足以及師資力量較弱的情況，并將SDN新技術的知識點有機融入計算機網絡課程的學習中，通過虛擬實驗系統，為廣大師生提供良好的教學平臺，以期達到以下效果：

（1）提高實驗動手能力的實質性培養。由于不少獨立院校資金短缺、儀器設備不足，在相當程度上達不到開設實驗課程的要求，所以院校往往只能安排比較多的演示性和驗證性的實驗。SDN與標準計算機網絡的混合模擬實驗，分別在虛擬機中安裝Floodlight開源控制器和LITO虛擬模擬器，即可以實現模擬服務器、交換機等大型實體設備，節省設備的投資。

（2）解決實驗安全性的問題。網絡設備是一次性、難以恢復的系統實體，加上設備的內部工作過程的不可視，實驗中的失誤操作很容易導致設備的損壞，更甚是危害人身安全。而虛擬實驗室是基于LITO虛擬模擬器、基于Floodlight開源控制器及Mininet仿真器等軟件實現，完全依托于虛擬平臺模擬真實的網絡鏈接構架，在平臺界面中可以任意操作，即使出現錯誤操作也不會給儀器或人身帶來任何傷害。

三、SDN與標準計算機網絡混合實踐教學研究的特色及教學效果

SDN與標準計算機網絡混合實踐教學是指實驗內容涉及傳統計算機網絡和SDN新型網絡的教學實踐新型模式，主要是利用一些綜合性的方法來對學生的知識和能力進行培養和訓練，提高其綜合能力，這種教學實踐改革的特點主要有著以下幾方面的特性：實踐內容的復合性，實驗手段的多樣性，實踐方法更加靈活，人才培養模式的創新性等。其主要的目的是培養學生的知識運用能力，提高學生的知識結構和應用網絡。老師會根據具體的實踐內容給出實踐要求和實驗條件，讓學生結合這些因素來設計自己的實踐方案，選擇合適的實踐方法和手段，然后確定實踐的程序，最后是獨立完成整個實踐過程，然后對得出的結果和數據進行分析。在這一過程中學生的主動性和積極性得到了開發，學生的創新意識和創新精神得到了培養，能夠綜合運用技術來解決問題，該實踐項目的特點和先進性主要體現在以下幾個方面：

（1）實踐項目一直貫穿學習過程，突出以項目為基礎

的實踐教學，從內部激發學生的學習動力。

（2）學生的實踐項目應該與社會實際應用密切相關。通過SDN和標準的計算機網絡實踐相結合，提高學生的積極性和創造性，讓學生真正感受到學習的樂趣。

（3）確立了學生在項目學習中的主體地位，同時也體現了教師的主導作用。

（4）在實施過程中，鼓勵學生使用課本以外的資源；學生之間的協作學習交流有利于培養學生的自主學習能力，探究學習能力和協作學習能力，為將來學生從事相關的工作打下堅實的基礎。

（5）通過生成SDN和標準的計算機網絡實驗項目成果，不僅讓學生獲得了實踐經驗和成功經驗，同時也提高了學生的整體網絡素質。

四、結語

隨著計算機網絡技術的發展，SDN的出現使網絡的管理變得更加便捷和靈活，降低了網絡的建設和維護成本，推動了網絡業務的創新。此次網絡課程實踐教改結合了最新的SDN網絡與標準計算機網絡實驗項目，對網絡實踐教學中存在的前沿性創新性不足等問題進行了大膽嘗試，并使用了虛擬機模擬器與實際設備相結合的手段，獲得了較好的效果。但畢竟這些改革還處于嘗試階段，需要更多的實踐來驗證與改進，以達到更好地促進網絡課程實踐教學的目標。

參考文獻：

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責任編輯：于 蕾