ＶＬＡＮ技术实验教学设计

钱爱增

摘 要:VLAN技术是整个计算机网络课程实验教学的重难点内容之一,笔者根据学习者的特征以及实验教学内容的特点,利用我校的网络实验室,从不同的角度对传统意义上的三个VLAN实验项目利用不同的方法进行了教学设计与实现,既让学习者的想法在实验中得以验证,又加深了他们对实验内容的理解,取得了较好的教学效果。

关键词:VLAN 路由器 Trunk

中图分类号:TP393.2 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)15-0075-04

可网管交换机的设置及VLAN技术是计算机网络课程的重难点内容之一,不仅理论知识比较抽象,对实验环境的硬件要求也很高。笔者根据学习者的特征以及实验教学内容的特点,利用我校的网络实验室,从不同的角度,对传统意义上的三个VLAN实验项目利用不同的方法进行了教学设计与实现,既让学习者的想法在实验中得以验证,又加深了他们对实验内容的理解,取得了较好的教学效果。

一、学习者特征分析

学习者的一般特征是指对学习者有着影响的生理、心理和社会等方面的特点。[1]本实验是针对计算机专业三年级学生开设的,其年龄均在20岁以上,思维有较强的抽象性,观察实物目的性和系统性较强,注意力更稳定,成就动机增强,具备较强的自我管理、自由思考和学习的能力。而且,在此之前,他们已开设过许多实验课,具备了较强的实践动手能力。

更值得注意的是,在VLAN技术内容课堂讲解时,许多同学针对传统意义上的三个VLAN实验项目提出了不同的实现方法,如VLAN间互访能否用双臂路由器、三层交换机或物理连线的方法实现,能否实现跨交换机的VLAN间互访等,想法很具有创新意识和开拓意义,虽然有不足,但朴实直接。实验本身就是一个通过具体实验来验证思路是否正确的过程,因此,根据同学们自身的这些特点,除传统意义上的单交换机VLAN划分实验、采用trunk技术实现跨交换机VLAN划分实验、单臂路由器实现单交换机VLAN互访实验三个实验外,我们对其他各子实验项目也进行了实验教学设计。

二、实验教学内容分析

本次实验内容为VLAN技术,除了要从理论上将该技术的实现机理给学生讲明白外,还要在实验设备交换机和路由器上将该技术的结果实现,因此实验教学内容重点放在讲解各实验项目在实验设备上实现的原理、数据流程、进行配置的具体步骤和测试结果的分析上。

三、确定实验教学目标

教学目标是师生活动的重要依据,根据学习者特征分析和实验教学内容分析,结合计算机专业学生培养的总目标,确定本实验教学的目标为掌握VLAN技术在交换机和路由器等实验设备上的具体实现,能够做到单组独立完成,锻炼同学们的动手能力和理论联系实际的能力。[1]进而提高学生的计算机网络设计与组建能力、虚拟局域网应用能力、交换机路由器等设备的配置能力,提高学生的局域网理论认识水平和实践操作能力。

根据同学们自身的特点,除传统意义上的第三个VLAN实验项目外,我们还设计了另外五个具体实验项目。八个子实验项目分别用阿拉伯数字进行了标记,它们构成了第三层次的子目标,传统的三个实验项目用字母“t”进行了标记,实验教学目标体系如图1所示。

四、实验教学实施过程

实验教学过程设计实际上就是实验教学实施流程的设计,不同类型的实验项目其实验教学过程的组织方式不同。[2]本实验要求学生能根据所学VLAN理论知识,按照实验目标的要求来设计实验的步骤,利用实验室提供的实验设备单组独立完成实验,实验具体设计步骤如下。

1.单交换机VLAN划分实验

该实验是学生在VLAN技术实验中遇到的第一个实验,是学习后续几个实验的基础,实验过程相对比较简单,关键是理解VLAN理论知识的内涵,从实验的结果联系相关的VLAN理论知识再去重新认识,从而达到掌握VLAN技术实验的目的,因此本实验教学安排1个学时。

实验用到一台可网管交换机DCS3926、3台PC机和连接线若干,分别将pc1、pc2和pc3连接至该交换机的1、2、3端口上,IP地址和子网掩码分别配置为192.168.1.1/24、192.168.1.2/24和192.168.1.3/24。我们在交换机上建立VLAN10和VLAN20两个VLAN,其中交换机端口1划分到VLAN10中,交换机端口2和3划分到VLAN20中。

DCS3926交换机配置如下:[3]

(1)创建VLAN

switch#config //进入交换机配置模式

switch(config)#vlan 10 //建立vlan10

switch(config-vlan10)#exit //退出vlan10

switch(config)#vlan 20

(2)将端口放入VLAN中

switch#config

switch(config)#vlan 10 //进入vlan10

switch(config-vlan10)#switchport interface Ethernet 0/0/1 //将交换机端口1加入到vlan10中

switch(config-vlan10)#exit

switch(config)#vlan 20 //进入vlan20

switch(config-vlan20)#switchport interface Ethernet 0/0/2-3 //将交换机端口2和3加入到vlan20中

(3)验证结果

配置完毕后,用ping命令进行测试:结果pc1不能与pc2和pc3通信,pc2和pc3互通。

2.跨交换机VLAN划分实验

该实验是前一个实验的扩展,实现跨交换机相同VLAN间通信,因为有了实验1做基础,本实验安排1个学时。本实验用到DCS3926可网管交换机两台、PC机4台和相关连接线,pc1、pc2 、pc3和 pc4IP地址与子网掩码配置分别为192.168.1.1/24、192.168.1.2/24、192.168.1.3/24和192.168.1.4/24。在两台交换机上分别建立VLAN10和VLAN20两个VLAN,并将该交换机的1~8端口放入VLAN10中,将9~16端口放入VLAN20中,具体交换机配置参见实验1。

本实验分为两个子实验,实验(1)采用物理连线的方法实现跨交换机相同VLAN间通信,实验(2)采用trunk技术实现跨交换机相同VLAN间通信,分别如下:

(1)物理连线方法

如图2所示,分别将两台交换机的VLAN10和VLAN20用网线直接连接,pc1、pc2、pc3和pc4均接在相应交换机的相应VLAN中,用ping命令进行测试,结果pc1与pc2,pc3和pc4能够互通,但pc1、pc2与pc3、pc4不通,实现了跨交换机相同VLAN间通信。

(2)采用trunk技术方法

如图3所示,两台DCS3926交换机通过24号端口相连,pc1、pc2分别连接在switch A和switch B的VLAN10的1号端口上,pc3、pc4分别连接在switch A和switch B的VLAN10的9号端口上,Switch A上配置trunk步骤如下:

switch A#config

switch A(config)#interface Ethernet 0/0/24 //进入switch A24号端口配置模式

switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport mode trunk //设置switch A24号端口为trunk模式

switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport trunk allowed vlan all //允许switch A所有VLAN通过

switch B上作同样配置,然后用ping命令进行测试,结果显示pc1与pc2互通,pc3与pc4互通,而pc1、pc2与pc3、pc4不通。

(3)两种方法对比分析(见表1)

从表1对比我们可以得出一个很显然的结论:trunk技术方法远远优越于物理连线方法。

3.VLAN间互访实验

VLAN间互访实验仍然是前面两个实验的延续,该实验总体又分为单交换机互访和跨交换机互访两个子部分,具体实现如下:

单交换机VLAN间互访实验共有四种实现方法,所用网络拓扑结构如图4所示,分别实现如下:

1)物理连线方法

如图4中Ⅰ图所示,在交换机switch A上的VLAN10和VLAN20用一根网线直接相连,用ping命令测试pc1和pc3,结果pc1和pc3互通。

2)用三层交换机方法

将图4中Ⅱ图中的“设备”接上一台DCRS5526三层交换机,Ⅱ图则变为用三层交换机实现VLAN间互访的拓扑结构,图中pc1接在switch A的1号端口上,pc3接在switch A的9号端口上。首先,分别在switch A和三层交换机DCRS5526上分别创建VLAN10和VLAN20,将1~8端口放入VLAN10中,将9~16口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程,三层交换机DCRS5526交换机路由配置如下:[4]

switch#config

switch (config)#interface vlan 10 //进入vlan10接口配置模式

switch (config-if-vlan10)#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 //为vlan10配置接口地址

switch (config-if-vlan10)#exit

switch (config)#interface vlan 20 //进入vlan20接口配置模式

switch (config-if-vlan20)#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0 //为vlan20配置接口地址

用双绞线将三层交换机1号端口接在switch A的2号端口上,将三层交换机9号端口接在switch A的10号端口上,为pc1配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24,网关为192.168.1.254,为pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24,网关为192.168.2.254。

配置完毕,在pc1上用ping命令测试pc3,结果pc1和pc3互通。

3)用路由器方法

将图4中Ⅱ图中的“设备”接上一台DCR1792路由器,Ⅱ图则变为用路由器实现VLAN间互访的拓扑结构,图中pc1接在switch A的1号端口上,pc3接在switch A的9号端口上。首先,分别在switch A上创建VLAN10和VLAN20,将1~8端口放入VLAN10中,将9~16口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程,路由器DCR1702具体配置如下:[5]

router#config //进入路由器配置模式

router_config#interface f0/0//进入路由器f0/0口的配置模式

router_config_f0/0#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//为f0/0口配置IP地址

router_config_f0/0#exit

router_config#interface e0/1//进入路由器e0/1口的配置模式

router_config_e0/1#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//为e0/1口配置IP地址

用双绞线将路由器f0/0端口接在switch A的2号端口上,将路由器e0/1端口接在switch A的10号端口上,为pc1配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24,网关为192.168.1.254,为pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24,网关为192.168.2.254。

配置完毕,在pc1上用ping命令测试pc3,结果pc1和pc3互通。

4)用单臂路由器实现

如图4中Ⅲ图所示,将路由器接在交换机的24号端口上,然后在交换机上创建VLAN10和VLAN20,将1~8号端口放入VLAN10中,将9~16号端口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程,将24号端口配置为trunk模式,允许所有VLAN通过,详细步骤参见实验2中在DCS3926配置trunk的过程。路由器具体配置如下:[5]

router#config

router_config#interface f0/0.1//进入f0/0.1子接口配置模式

router_config_f0/0.1#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//为f0/0.1子接口配置IP地址

router_config_f0/0.1#encapsulation dot1q10//封装dot1q10协议

router_config_f0/0.1#exit

router_config#interface f0/0.2//进入f0/0.2子接口配置模式

router_config_f0/0.2#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//为f0/0.2子接口配置IP地址

router_config_f0/0.2#encapsulation dot1q20//封装dot1q20协议

为pc1配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24,网关为192.168.1.254,为pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24,网关为192.168.2.254。

配置完毕,在pc1上用ping命令测试pc3,结果pc1和pc3互通。

5)单交换机VLAN间互访各种实现方法对比分析

从表2我们可以得出一个很显然的结论:单臂路由方法远远优越于其他几种方法。

(2)跨交换机VLAN间互访实验

跨交换机VLAN间互访实验是单交换机VLAN间互访实验的扩展,和单交换机VLAN间互访的4个子实验项目相对应,即可以通过物理连线方法、三层交换机、路由器和单臂路由器四种方法均可实现跨交换机VLAN间互访实验,实验拓扑如图5所示,根据图5所示的网络拓扑结构,参照单交换机VLAN间互访实验,可以很快做出这四个实验项目,同样按着表2四种实现方法的对比分析,我们可以很显然地得出通过单臂路由器方法实现跨交换机VLAN间互访实验是最好的,所以在此仅给出通过单臂路由器实现跨交换机VLAN间互访的具体实现,具体实现如下:

如图5中Ⅲ图所示,在交换机switch A和switch B上创建VLAN10和VLAN20,将1~8号端口放入VLAN10中,将9~16号端口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程。将交换机switch A的23、24号端口和switch B的24号端口配置为trunk模式,允许本交换机上所有VLAN通过,详细步骤参见实验2中在DCS3926配置trunk的过程,交换机switch A和switch B通过2号端口连接,switch A通过23号端口和路由器f0/0接口连接。路由器配置两个子接口,IP地址和子网掩码分别为192.168.1.254/24和192.168.2.254/24,详细配置过程参见实验3单臂路由器实验中路由器配置。

分别为pc1和pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24和192.168.1.20/24,网关均为为192.168.1.254,为pc2和pc4配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24和192.168.2.20/24,网关均为为192.168.2.254。

配置完毕,用ping命令测试,结果pc1、pc2、pc3和pc4互通。

五、教学效果评价

对实验教学效果的评价是整个实验教学设计中不可或缺的环节,是检验实验教学目标是否达成的重要手段。[2]实验教学效果评价的方法很多,本实验我们采用的方法为实验过程观察、书写实验报告和问卷调查,问卷调查内容为:(1)你是否喜欢这种实验教学方式?(2)你对本实验课满意度如何?(3)你认为本实验课的优点是什么?缺点是什么?(4)本实验课你的主要收获是什么?

实验过程中,同学们的思路都比较清晰,每个实验从开始到结束以及中间环节等均安排合理,绝大多数同学在规定的实验学时内都能完成实验。实验后同学们都按照自己的想法写出了翔实的实验报告,从他们实验报告的技术对比分析中得出了各种技术的优劣。

从问卷调查结果来看,大多数学生非常喜欢这种实验方式,对本节实验课比较满意。绝大多数同学均认为本次实验真正体现了实验的作用,在实验中它们对三个传统VLAN实验项目有了新的认识,进一步加深了对VLAN理论知识的理解。从这里,我们可以看出学生对本实验课给予了充分的肯定。?筅

参考文献:

[1]南国农,李运林.电化教育学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1998.8:239-259.

[2]米伟娜,王海燕等.基于Boson Netsim虚拟平台的vlan实验教学设计[J].现代教育技术,2008,18(10):121-124.

[3]神州数码(北京)有限公司.DCS3926s以太网交换机使用手册. http://networks.digitalchina.com.2004.3.

[4]神州数码(北京)有限公司.DCRS5526s以太网交换机使用手册. http://networks.digitalchina.com.2003.11.

[5]神州数码(北京)有限公司.DCR1702路由器使用手册. http://networks.digitalchina.com.2006.7.