计算机网络配置性实践环节的教学探讨.doc

计算机网络配置性实践环节的教学探讨南京工程学院计算机工程学院 刘爱华摘要 计算机网络是网络方向课程学习中的基础课。理论性强、知识面宽、应用广泛、实用性强，是一门公认的比较难教的课程。为了达到较好的教学效果，网络配置性的实践环节非常重要。虽然很多高等院校配备了比较先进的网络实验室，但是笔者认为网络配置性实践环节涉及的理论知识面广、对动手能力要求高，教师应该在实践活动中发挥引导作用，调动学生的实践积极性，提高动手能力和创新意识。关键词 计算机网络 配置性实验环节 网络实验室Research on Teaching about Configuration Practical Component of Computer NetworkAihua Liu(Department of Computer Engineering, Nanjing Institute of Technology)Abstract: The computer network is a basic course of network direction studying. It is known that the course of computer network is difficult to teach because of its strong theory, wide knowledge，broad Application and good utility. In order to achieve better teaching results, the network configuration practice component is very important. Now many institutions build more advanced network laboratories. And practice of computer network configuration involves theoretical knowledge, requires more skilled operating capacity. The author thinks teachers should play a guiding role in practice activities, who mobilize students actively practice, improve ability of operation and sense of innovation.Keywords: Computer Network Configuration Practice Component Network Laboratory1引言随着计算机技术和通信技术的迅速发展和相互渗透，网络技术在金融与商务电子化、生产过程控制、企业管理、办公自动化、远程教育、信息服务等领域已得到广泛应用，迫切需要大量的掌握计算机网络系统规划、设计、建设和运行维护的技术人员。计算机网络是网络方向课程学习中的基础，理论性强、知识面宽、应用广泛、实用性强，是一门公认的比较难教的课程。随着网络协议不断的升级、新技术不断涌现、知识点不断增加，使该课程的理论教学和实验教学更添难度。为了达到较好的教学效果，笔者认为应本着重视理论教学、增强实践教学环节的原则开展教学。其中有关路由器和交换机的配置方面的实践环节既是本课程的重点内容，也是后续课程如交换和路由技术的基础，是学生感到最困难的部分。网络配置性的实践环节主要包括静态和动态的路由协议、VLAN的设计、ACL的建立等实验和相关的课程设计。实验内容往往和理论教学联系不够紧密，很多学生课堂基本能听懂，一到实验室就不知所措。课程设计中的任务多又很综合，平时一个实验都要做2课时，而课程设计的任务一般要综合3个以上的实验内容。如果一个环节的连线、配置出错，下次又要重新配置。高等院校的实践环节是巩固、理解和掌握理论知识，培养学生创新精神和创新能力最生动、最活跃的场所。很多高等院校都很注重计算机网络实验室的建设，配备了比较先进的实验设备。笔者认为实践环节中教学效果的优劣，教师起到了关键性的作用。只有教师在实践环节发挥引导作用，才能调动学生的实践积极性，提高动手能力和创新意识。笔者根据平时的教学过程，总结了几条提高网络配置性实践环节教学效果的经验。2 实验环境的软件和硬件准备我院配备的网络实验室，实验设备共8组，每个学生组6个工作位，主机柜用于连接实验室电脑，一共9个机柜。由于每个工作位既要作为RCMS端对互连设备进行配置，又要作为验证的PC端，布线比较复杂。学生实验前对实验环境的熟悉程度与实验的最终效果影响很大。2.1 熟悉实验室设备、拓扑结构和IP 地址规划通过每人分发实验指导手册和参观实验室，从书面介绍、实际观察连线、课堂PPT演示多个方面让学生对实验环境产生亲切感，熟悉设备的编号、性能和布线特点。实验指导手册中详细介绍了实验环境中的拓扑结构、布线说明和IP地址。拓扑结构图参见图1。每个机柜贴上组号标签18号。每个工作位A信息点连接到主机柜，用于连接RCMS或者连接Internet上网。B信息点连接到每组相应的机柜，用于实验验证。18机柜分别布一根线到主机柜，用于连接RCMS到主交换机5750。实验室交换机S5750 18口分别连接18号机柜的RCMS，9、10口连接教师机，1118口与18组接入交换机相连，24口连接防火墙。接入交换机按机柜里从下向上顺序分别为18组。IP地址参见表1。表1设备名称设备IP地址互连接口RCMS-1/30Fastether 1/0RCMS-2/30Fastether 1/0RCMS-3/30Fastether 1/0RCMS-4/30Fastether 1/0RCMS-5/30Fastether 1/0RCMS-6/30Fastether 1/0RCMS-7/30Fastether 1/0RCMS-8/30Fastether 1/0登录地址1组学生机/24:80802组学生机/24:80803组学生机/24:80804组学生机/24:80805组学生机/24:80806组学生机/24:80807组学生机/24:80808组学生机/24:8080图1 配置性实验之前利用好介绍局域网的组建、网络服务器的配置等课程和实验，课堂上利用PPT介绍实验环境，实验中请同学观察各个工作位、机柜中交换机和路由器等设备的连线，明确A、B信息点的应用区别等。2.2 熟悉配置环境、常用的配置模式和命令前面叙述的侧重于对实验室硬件设备、连线的熟悉，除此之外还有软件环境的准备工作。首次接触交换机和路由器配置性实验的同学都对IOS的命令行接口CLI感到不适应，必须在实验前对配置环境和常用命令有初步了解。以下介绍基本以路由器为例，交换机和路由器大体类似。2.2.1交换设备的配置方式交换机和路由器的配置方式主要有两种：带外管理和带内管理。带外管理是通过PC 机与交换机直接相连进行管理，带内管理的方式有通过Telnet 、Web 浏览器和SNMP 工作站对交换机进行远程管理。如图2所示。带外管理通过串口通信的，数据只在交换机和管理用机之间传递，安全性很高；但是串口电缆长度受限，不能实现远程管理。带内管理通过公共使用的局域网传递的，可以实现远程管理，但是安全性不高。两类配置方式的使用原则是，在交换设备初始设置时，通过带外管理；设定好IP地址之后，可以使用带内管理方式。带外管理的配置方式是在网管交换机（或路由器）中附带一条串口电缆，一端插在交换机（或路由器）Console口，另一端插在PC机Com口。接通交换机和电脑电源后，在Windows 98和Windows 2000里都提供了“超级终端”程序。通过“开始”“程序”“附件”“通讯”“超级终端”，设定PC Com口的配置参数为波特率 9600，数据位 8，奇偶校验 no，停止位 1，流量控制 no。如图3所示。可以通过串口电缆与交换机交互了，如图4所示。这种方式不要求网络畅通，也不占用交换机的带宽，因此称为“带外管理”（Out of band）。Console任何InterfaceTFTPtelnet、web带外管理带内管理图2图3图4带内管理是通过局域网传递的，可以实现远程管理。这种方式要求网络畅通，并且占用交换机的带宽，因此称为“带内管理”（In band）。我院网络实验室采用了Web浏览器远程管理，通过A信息口，连接RCMS进行配置。以第7组为例，在浏览器地址栏键入:8080，出现RCMS主页，如图5所示。点击图标可以弹出telnet客户端，根据提示输入命令和密码，就可以进行配置了。图52.2.2 交换设备的配置模式和命令操作路由器和交换机的主要命令模式为普通用户模式、特权用户模式和全局配置模式。全局配置模式下，还有局部配置子模式：接口配置、子接口配置、线路配置、路由配置。常用模式的进入方法和提示符如表2，表中假设路由器名为Router。普通用户模式下可进行基本测试、显示系统信息等操作，但不能改变路由器的配置。特权模式下可执行普通用户模式下的所有命令，更加重要的是能进行高级系统测试，完成各项有特权要求的任务。全局配置模式提供对路由器的总体配置，例如配置路由器协议、改变系统参数、生成路由表等等。任何可以影响整个路由器的运行的配置命令都必须在全局配置模式中输入。接口配置模式下可更改接口操作、设置接口参数、配置时钟、配置协议等。不同的接口具有不同的配置命令。表2命令模式进入方法提示符普通用户模式登录路由器Router特权模式输入命令enable Router#全局配置模式config terminalRouter(config)#接口配置模式输入命令interface 接口标识Router(config-if)#要求学生了解不同命令模式进行的操作即可以执行的命令集不同，掌握模式切换的常用命令EXIT和END。EXIT命令是退到上一层操作模式，而END是直接退到特权模式。特权模式中可以使用各种show命令，检查配置的结果是否正确。输入命令如果不能执行，首先应该观察模式的提示符来判断所处的模式，然后检查命令格式和参数。要求学生熟悉命令行接口的简单操作，利用在线求助获得帮助。如命令缩写，IOS的命令行接口CLI允许从左到右键入命令关键字时，适当地省略部分字符。如：int s0 就是 interface serial 0的缩写。使用命令行编辑组合键，可以提高编辑速度。如+使光标移动到命令行首；+使光标移动到命令行尾； +或上箭头显示上一条命令；+或下箭头显示下一条命令。在线帮助的主要方式有：使用help命令获得简短描述；提示符后键入问号“?”，显示出当前模式下可用的命令列表；键入命令串的开头部分后，紧随“?”，则显示相匹配的命令列表；键入命令串的开始部分后，紧随字符，完成一个局部命令；键入的命令后空一格键入“?”，可列出该命令的相关关键词；在键入的命令和关键词后空一格键入“?”， 即可获得与关键词相关的变量列表。了解应用配置命令的禁用形式，可以在实践中灵活应用。几乎每个配置命令都有no形式，称为禁用形式。例如在IP路由被激活之后，使用no ip routing命令可以禁止使用；使用ip routing可以重新激活它。学生在掌握这个规律后，自己总结出了删除VLAN的命令。如果创建了vlan 10，进入vlan模式后，可以用no vlan 10 命令删除vlan 10。3 实践前的难点分析熟悉了实验室的硬件和软件环境，可以开展配置性实践活动，如实验和课程设计。实践活动中虽然主体是学生，如果教师采取“放羊”的态度，很多学生收获很小，不仅不能提高学习积极性和动手能力，相反会产生危难情绪，不愿或不敢动手。所以教师在实践前、实践中和实践结束后都有很多配合实践的工作。首先在实践活动开展之前，教师最好自己动手做过，在课堂上讲解实践内容明确其中的重点、难点和学生容易犯错的内容。下面以静态路由配置实验和网络通信设计为例介绍难点分析过程。3.1实验的难点分析以静态路由配置实验为例静态路由的配置一般是第一个配置性实验，先介绍实验的应用场合，比如某校的校园网通过1台路由器连接到校园外的另1台路由器上，需要在路由器上做适当配置，实现校园网内部主机与校园网外部主机的相互通信。然后学生就很关心如何在路由器上配置呢？然后再提出有关路由器的理论知识。路由器属于网络层设备，能够根据IP包头的信息，选择一条最佳路径，将数据包转发出去，实现不同网段的主机之间的互相访问。路由器配置的三种路由为：静态路由、动态路由、缺省路由。查找路由的顺序为静态路由、动态路由，如果以上路由表中都没有合适的路由则通过缺省路由将数据包传输出去。在一个路由器中，可以综合使用3种路由。在网络结构比较简单，一般到达某一网络所经过的路径唯一的情况下可采用静态路由。配置静态路由，需要由管理者人为指定对某一网络访问时所要经过的路径；如果复杂的网络结构，就需要采用动态路由协议如RIP、OSPF等。明确了理论知识明确，实践中就有了动力。实验指导书中给出了实验的主要步骤：路由器上配置接口的IP地址和串口上的时钟频率、根据拓扑结构利用静态配置命令配置路由、验证路由是否畅通，但是如果不提前分析实验中的难点，学生只是“照葫芦画瓢”，不会举一反三，发挥出主体的能动性，效果不好。本次实验的难点主要有两个方面，一是分析网络拓扑结构图并且设计IP地址；二是掌握静态配置命令格式、使用和测试验证。分析网络拓扑结构图并且设计IP地址。实验指导书中给出拓扑图，如图6所示，介绍实验设备、连线和IP地址的设计。实验设备是2台路由器如R1762，通过V35线缆相连，验证测试的PC机2台、直连线或交叉线2条。普通路由器和主机相连时需要使用交叉线，在R1762的以太网接口支持MDI/MDIX，使用直连线也可以连通。图中可以给出IP地址，但是要求学生实验时根据路由器的IP地址的设计原则相邻路由器的相邻端口IP地址在同一网段、同一路由器不同端口在不同网段上，自行设计。2S1/2BR1716-1R1716-2f1/0f1/0S1/2PC11PC2图6掌握静态配置命令格式、使用和测试验证。分析静态配置命令的基本格式，得出其中的主要内容是网络编号、子网掩码、转发路由器的IP地址或本地接口。使用之前可以在拓扑图标出自行设计的IP地址，然后写出配置命令。例如在R1762-1上的静态配置命令是R1762-1(config)#ip route 或 serial 1/2最后提出实验中的容易出错的细节：观察V35线缆中DCE端的路由器编号（假设为R1762-1），需要配置时钟频率，否则链路不通；配置测试的PC机的网关为直连接口的IP地址，如PC1的网关地址为R1762-1的f1/0地址即，，PC2的网关地址为。3.2课程设计的难点分析以网络通信设计为例 课程设计的题目比较综合，虽然有了多次配置实验的基础，但是忽视难点分析，完成的难度还是很大。以网络通信设计为例，拓扑结构如图7所示，要求S2126G-1划分VLAN10、VLAN20，其中F0/1-5属于VLAN10，F0/6-10属于VLAN20。S2126G-2划分VLAN10、VLAN30，其中F0/1-5属于VLAN10，F0/6-10属于VLAN30。A路由器和电信端路由器B利用V.35直连，采用PPP链路协议进行通信，并且采用PAP方式进行认证。局域网内部三层交换机和路由器间利用静态路由实现全网互通，路由器B连外网配置缺省路由。图7课程设计应该准备任务书，包括目的、任务和要求、相关的知识点。难点内容VLAN的设计、路由配置、PPP链路协议等在实验中已经接触过，但是一般比较简单。笔者在课程设计开展之前，先讲解难点（与实验中类似），然后按照分组讨论设计方案（包括IP地址的设计和设计思路），最后请组长讲解，方案通过才能进入工作位开始动手。为了避免其他组员的依赖性，要求课程设计结束后每人都要参加答辩。4 实践中的调试引导准备工作做得不管如何充分，实践活动中都不可能不出现问题。