计算机网络实验平台和实验项目的设计

陈庆章　王子仁　段云飞

摘要:计算机网络已经成为IT相关专业的重要课程,并逐渐成为非计算机专业热选课程。为了支撑计算机网络课程的教学和相关研究工作,我们建设了现代网络技术研究实验室。本文给出建设该实验室的总体思路和详细方案,包括以网络组建、网络互联、IP地址规划、局域网、路由器交换机为基础的必备网络实验,以及网络存储技术、集合通信(VOIP/多媒体视频)、安全技术、无线技术、智能网管技术等高级实验。文中还给出了该实验室所支持的实验项目。

关键词:计算机网络实验室;网络实验室方案;实验平台;实验项目设计

中图分类号:G642 文献标识码:A

1背景和目标

浙江工业大学信息学院现拥有计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、自动化、电气工程和电子科学与技术共计6个本科专业。计算机网络类课程是学院各专业的主干课程,是学生高度重视的课程之一。该课程也逐步扩展到学校其他学院,作为大学生信息技术基础课程开设。计算机网络课程对培养学生工程实践能力、适应经济和社会发展对信息技术应用的直接需求具有重要意义。

计算机网络课程和实验也是研究生的重要课程。网络相关技术和应用是学院教师重要的研究方向之一,研究环境的改进和研究水平的提高,直接关系研究生的培养质量。

学院近年来承担了多项与计算机网络技术相关的国家级科学研究项目以及大量省级科技计划项目和企业委托网络工程。这些项目的顺利实施,对浙江信息技术产业的发展和传统产业改造发挥着关键作用。

无论从教学、科研、还是社会服务等方面的需求看,建设一个先进的现代网络技术研究实验室(以下简称网络实验室)是非常必要的。

该实验室的建设,将实现以下目标。

(1) 进一步突出计算机科学与技术专业在网络技术方面的特色,以网络技术为教学核心内容,以网络工程为主要工程训练载体,以网络技术和应用为学科研究方向,以网络应用开发引领学生的科技创新活动;着重突出培养学生针对网络环境下和网络工程中发现(分析)问题和解决问题的能力。

(2) 依据社会对网络工程的实际需求和网络技术发展水平,努力实现学生能力与用人单位实际需求无缝衔接,将进一步完善和加强“学生在干中学、教师在干中教”的培养模式;培养德智体全面发展的、在网络技术和工程方面有较强能力的实用型高级技术人才。

(3) 实验室将成为:学生在先进网络技术上的学习中心;学生在在网络工程能力提高上的实践训练中心;学生开展网络相关的科技创新活动中心;教师从事网络相关的科学研究和工程实验的中心。

2实验平台的总体设计

2.1总体思路

现代网络技术教学与研究实验室应当是一个先进的“融合型”网络实验室,根据功能和实验内容进行划分,网络实验室将分为三个层次,如图1所示。

(1) 网络课程基础实验平台

包括网络组建、网络互联、IP地址规划、局域网、广域网设计等以路由器交换机为基础的必备网络实验,重点解决本科教学中的网络基础实验问题。受益面:信息学院全体本科生、学校选修计算机网络课程的本科生和研究生。

(2) 网络课程提升实验平台

从实验内容的广度和深度上扩充实验平台,使之基本涵盖计算机网络的整个学科,如新IPv6平台、“瘦AP”WLAN技术、深度安全防御、网络流量分析等。

(3) 新技术拓展科研平台

在前面两个层次建设的基础上,针对计算机网络的热点和前沿研究方向,搭建新技术拓展的科研平台,如网络存储技术、集合通信(VOIP/多媒体视频)、高级安全技术、无线技术、智能网管技术等,可以支持教师从事网络工程等前沿的网络技术的科学研究工作。

2.2实验内容深度和广度考虑

(1) 支持的课程

该实验室建成后,希望可以完整地支持计算机科学与技术专业、电子信息工程类专业本科生计算机网络课程教学的实验,支持在全校范围内开设的网络课程的基本实验,支持研究生教学中开设的网络课程的实验。主要课程包括:“计算机网络原理”、“网络系统规划与设计”、“计算机网络与通信”、“数字通信与计算机网络”、“计算机网络系统”、“数字通信系统与通信网”、“信息安全”、“TCP/IP网络原理与技术”、“网络程序设计”、“多媒体通信”、“无线通信网络”、“计算机网络与控制”、“网络安全”、“电子商务与安全认证”等。

(2) 内容的广度和深度

拟建的网络实验室的实验内容应当涵盖路由与交换、网络安全、网络存储、无线网络、语音与视频、IPv6、网络管理、中小企业VPN接入、大型企业园区网、行业纵向网、语音/视频/数据三网合一、企业安全等方面的验证型、设计型和综合型实验。

紧跟计算机网络发展的热点技术,网络实验室可以完成具有一定技术深度的实验与研究,如:与IPv6技术相关的6to4隧道、ISATAP隧道、OSPFv3、PIM-SSM、NAT-PT等实验与研究;与无线网技术发展——“瘦”AP技术相关的信道自适应调整、AP功率自适应调整、802.11e、802.11i、漫游快速切换等实验与研究;与安全技术发展——关联化、深度防御相关的入侵抵御、蠕虫控制、端点准入防御、抗DOS、虚拟化分区隔离、虚拟补丁、数字疫苗等实验与研究;与存储技术发展——iSCSI相关的SAN、WSAN、NAS、虚拟存储、远程容灾等实验与研究;与Voice&Video over IP技术相关的H.323/SIP双栈、H.261/ H.263/ H.263++/H.264、 H.239双流、回声抵消、静音压缩等实验与研究;与网络管理技术发展——业务与用户管理相关的NetStream流统计、动态VPN技术、基于业务的QoS、用户行为管理等实验与研究。

3实验平台设计

(1) 路由与交换技术实验平台,如图2所示。

(2) 网络安全技术实验平台,如图3所示。

(5) 网络管理技术实验平台,如图6所示。

(6) IP多媒体通信技术实验平台,如图7所示。

(7)IP网络存储技术实验平台,如图8所示。

其中,IPv6协议及相关技术实验所需的设备同路由与交换技术实验的设备。

4实验项目设计

建成后的网络实验室可以支持的基本实验项目如表1所示,同时,可以根据课程或科研的需要扩展实验项目。

5实验室建设效果

(1) 支持网络课程实验教学。网络实验室的建成,可以较好地支持信息学院和全校计算机网络课程的实验教学,对计算机网络基本原理的理解、计算机网络的工程能力训练,都将发挥重要作用。相信学生在这样的平台上训练,其动手能力和创新意识都会迅速提高,对网络知识的掌握会更加扎实,极大地提高学生的综合素质。

(2) 支持课程建设与完善教学计划。网络实验室的建成,为进一步完善和调整信息学院本科教学计划提供了物质保证。在为原有的网络课程提供实验平台以外,可以开设一些更加实用的计算机网络课程,如“TCP/IP网络原理与技术”、“网络安全协议与技术”、“路由技术”等。

(3) 支持研究生教学。网络实验室的建成,同时可以支持信息学院的研究生教学,为研究生提供教学、实习和研究的实验平台。

(4) 支持教师科研。网络实验室的建设,可以支持教师关于计算机网络方面的研究工作,提高教师的科研能力与水平,提升教师队伍整体素质,加速科研成果的产生。

(5) 支持计算机学科建设。网络实验室的建设,为教师申报各类研究课题提供了物质基础与技术平台,以教学和科研为两个支撑点,加速计算机学科建设。计算机科学与技术是浙江省重点一级学科,以现代网络技术研究实验室为依托,学科建设会更上一层楼。

(6) 服务社会。高校在拥有大量的高新技术人才的同时,又具备一流的实验设施,可以为社会上各行业提供软件、应用、实验、开发、认证、培训等增值服务,可以向当地社会提供技术交流、课题研究支撑,成为区域信息化建设的龙头,更好地为浙江省的经济建设服务。

The Design of Computer Network Experiment Platform and Test Projects

CHEN Qing-zhang1, WANG Zi-ren1, DUAN Yun-fei2

(1.Department of Computer Science,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China; 2. H3C Communication

Technology Co., Ltd., Hangzhou 310053, China)

Abstract: The course of computer network becomes the very important one of information technology (IT) majors, and it also becomes the hot-selected course of non-computer majors gradually. We build a modern network research lab to foster the teaching and relative research work of the computer network course. In this paper, we give the main idea and detail plan, in this lab, a lot of advanced experiments including network building, network connecting, IP layout, LAN, network experiments based router and switch, and network storage technology, collective communication (VOIP/ multimedia video), security technology, wireless technology and intelligent network management system technology can be implemented. We also list the test projects fostered in the lab.

Key words: computer network lab; network lab plan; experiment platform; test project design