数据通信网实验室建设与实践教学探索

武 俊, 魏志刚, 胡 敏, 徐 川

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065)

数据通信网实验室建设与实践教学探索

武 俊, 魏志刚, 胡 敏, 徐 川

(重庆邮电大学 通信与信息工程学院, 重庆 400065)

数据通信、IP网络技术的应用在互联网环境中发挥重要的作用。培养高素质的、动手能力强的数据通信工程师人才,特别是网络工程师,对于保持我国在互联网产业的稳速发展,至关重要。该文就如何建设实体数据通信网实验室以及实践教学体系,探索出一套成熟、系统、可行性强的实施方案,并对平台的规划、建设及后期发展,提出务实的见解。

数据通信网； 仿真实验； 综合实验

在21世纪,随着网络技术的发展及网络应用的普及,现代社会互联网络无所不在。据国际电信联盟近日发布《2014年信息与通信技术》报告称,全球互联网用户数量将达到约30亿,约占全球人口总数的40%。此外,移动宽带普及率也将达到32%[1]。由此可见,除IT企业对网络工程师的巨大需求外,信息化浪潮下传统企业对于网络工程人才的需求正呈爆炸式增长。企业看中的是实际动手解决问题的能力和沟通、协作等职业素养[2]。这与教育部在我国各大高校推行落实的“卓越工程师教育培养计划”特点[3]：“学校按通用标准和行业标准培养工程人才；强化培养学生的工程能力和创新能力”,相得益彰。

通信网实验室建设要秉承“标准化、模块化、系统化、经济性、规模性、层次性”等建设原则[4-5]。我们结合我国各大设备生产商(华为,中兴,H3C等)对数据通信工程人才培养的特点[6-8],利用重庆邮电大学通信与信息工程学院实体实践教学平台资源,搭建了一套务实、高效的数据通信网实践课程体系与实验室平台。

1 实体实践教学平台资源

我校通信与信息工程学院本着就网络通信工程操作方面需尽力做到“能实就不虚”,尽量不“纸上谈兵”的思想,近几年投入大量人力、物力,最终将我校通信技术与网络实验中心建成现有的实验室20余个,大型电信设备实训机房10余个,共计面积2 000多m2,设备超过1 500台件。近5年投入实验室建设资金约1 500万元,2007年和2009年分别获得中央与地方共建实验室专项资金建设,现已初具规模,具备接近于运营环境的网络实践教学平台,见图1。

图1 实验中心实践教学平台

其中,作为其组成部分的数据通信网实体实践教学平台属于在本学院高利用率、广服务面的教学资源体系,具备的实体资源包括:中兴的二层交换机ZXR10 2826s、三层交换机ZXR10 3928以及企业级别路由器ZXR10 1800；华三的以太网交换机、智能集成多业务路由器H3C MSR 20-20、数台串口服务器、数台华为防火墙、联想服务器、32台学生操作计算机等。实验室物理布局情况,见图2。除开学生操作计算机外,网络设备均置于实验室机柜之中。

图2 数据通信网实验室物理布局

2 数据通信网实践教学环境搭建

对于现在运营商网络中运行的数据通信产品,从操作系统指令应用方面来讲,主要有2个大类,一类是以类似于Cisco产品指令集操作方式的中兴、迈普等设备生产商的数据通信产品和另一类以华为、华三为代表的指令集操作方式。

数据通信网实践教学平台为了培养适应社会的技术工程人员,搭建了典型的2种系统操作数据通信产品,并在学生电脑上安装Cisco数据通信产品仿真器(cisco packet tracer)、华为模拟器eNSP以及自主开发的“计算机组网仿真实验系统”。自主开发的“计算机组网仿真实验系统”以C/S(client/server)模式为基础,不仅可以实践典型网络案例,并且本系统还可以对学生的操作进行自动评测,进行操作成绩的后台登记。

为了方便学生的实战实践操作并规范机房实验室建设,机房在学生操作台建立桌面配线架,通过对配线架上端口的合理选择,可使学生操作计算机以完成对数据通信设备的配置操作或者应用需求的验证操作。学生利用实验室操作计算机完成对数据通信设备的配置操作是借助学校校园网,从而访问实验室串口服务器,最终通过串口服务器与各设备上console端口进行连接,以实践数据通信设备的配置操作方式之一,即“串口调试”。

如果学生需要进行应用需求的验证操作,由于桌面配线架部分端口是与实验室机柜上配线架端口对应连接,只需要将实验室操作电脑连接桌面配线架相应端口以及连接机柜配线架对应端口与配置的具体网络设备端口,即可实现应用需求的验证操作。具体实践网络拓扑图见图3。

考虑实验室建设的规范性、安全性以及应用需求的验证一般需现场操作,实验室的校园网网段暂时未对外开放,学生无法实现对实验室网络设备的远程操作与控制。由此,数据通信网实践教学环境的搭建既增加了数据通信实践操作的灵活性、多样性,又规范了实验室建设。

图3 数据通信网实验室网络拓扑图

本套实体实践教学平台搭建是按照一个教学自然班(30人左右)进行设计。考虑到工程师的培养中,除了需要学生能将理论应用于实践中的能力,同时注重学生在沟通、协作、表达等素质方面的培养。实践教学中,我们将学生进行分组,以组为单位完成实践设计。在进行最终成绩评定方面,教师随机从各组成员中抽取学生进行实践操作评定,同时各组提交实践操作报告并进行现场答辩,综合评价该组学生在数据通信实践方面的能力。

经过多年不断完善、实践,通过这种方式完成本院对学生数据通信网的实践教学,经学生反馈,带来了以下几方面好处:

(1) 学生接触真正的网络设备,并实地配置其相关功能,促进了学生动手能力的发展,并通过切身体会掌握了相关网络技术知识,能分析解决网络出现的问题,并主动学习相关知识。

(2) 提供给学生锻炼创造性地发现问题、解决问题的能力的机会,用项目拉动学生学习知识的动力,学生以小组完成相关项目任务,并形成团队激励机制,最后以注重项目过程的检验形式给出综合成绩,鼓励学生创造与创新。

(3) 项目的设计能体现国家对网络工程师的主要要求,完成项目后,学生通过国家级或者企业的认证将更容易、更轻松,提高学生通过的质量。

3 数据通信网实践教学拓展体系

为了实现实践教学目标,首先要解决理论教学脱节问题。目前国内该类课程主要进行了实验实践改革[9-10],理论教学上仍采用传统的“学科—专业—课程”模式。对于应用型人才培养,所学的理论知识无法达到当前社会的技术水平,无法体现当前主要的社会应用,理论教学落后于实践[11]。我们教师团队结合各大设备生产商对数据通信产品的运营、维护及售后技术支持工程师的培养特点[6-8],数据通信网教学实践平台结合自身以及实验中心资源情况,配合学校学院实践教学改革步伐,建立了一套极具自身特色的工程师人才培养的拓展体系,见图4。

通过教师引导,学生先利用虚拟仿真平台各自独立完成由教师事先设计好的数据通信网络工程需求,当学生具备对设备基本操作的能力后,再“由虚到实”,即学生不仅能在虚拟的仿真平台上设计、实践(通常,虚拟仿真实践软件不能完成跨厂商的设备互联互通的实践、验证),同时要求学生能在实体网络上完成更复杂、情况更多变的数据通信网络工程的设计及实践。由教师设计更复杂、涉及多厂商、跨平台的网络工程需求项目,学生以组为单位在实体实践教学平台完成对设备子项目的独立训练到全程全网的综合实训。

数据通信网实践教学拓展体系由浅入深,从基础操作到高阶操作,进一步延伸至各设备子项目的自由组合训练,并实现由单设备生产商到多设备生产商的项目组合,最终实现与实验中心的其他资源平台的综合联动互调。

图4 数据通信网实践导航

4 结束语

数据通信网实践教学的建设既需要硬件平台资源的完善，也需要实验室的科学设计；在考虑提高实验室设备利用率的同时,还需要设计利于学生理论联系操作的实践教学模块[12]。我校通信与信息工程学院数据通信网实践教学机房经过多年的规范建设,从实验室建设到实践教学模块设计已初具规模、基本可以达到数据通信网中高级工程师培训的要求。

本平台将结合虚拟开放实验室建设,首先考虑逐渐在校园网上开放本平台的所有硬件资源,然后适时将本平台资源的使用推广到互联网上,服务于社会。

References)

[1] 李龙威.全球网速报告:中国排第四十二名[J].百科知识,2014(12):46-47.

[2] 杨武军,郭娟,李娜,等. IP网络技术与应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2010.

[3] 徐新成,朱建军,赵春锋,等. “卓越工程师教育培养计划”工程训练教学改革[J].实验室研究与探索, 2014,33(5):223-226.

[4] 刘光灿,张刚林,黄飞江,等.新建本科院校通信工程实验室建设的研究[J].实验技术与管理,2014,31(3):203-206.

[5] 赵丽杰,陈作明.高校如何制定实验室建设发展规划探讨[J].实验技术与管理, 2011,28(2): 177-181

[6] 华为技术有限公司. 华为培训[EB/OL].[2015-3-30].http:// support.huawei.com/learning/Index!toTrainIndex.

[7] 杭州华三通信技术有限公司. H3C网络培训认证体系: 技术认证[EB/OL].[2015-3-30].http:// www.h3c.com.cn/Training/.

[8] 李俊杰.从中兴通讯的人力资源战略谈IT通信专业人才培养模式[J].计算机教育,2009(9):50-54.

[9] 李普聪.计算机网络类课程实践教学改革研究[J].中国教育信息化, 2007(21): 74-76.

[10] 董毅骅, 陈盈, 吴雀屏.计算机网络实验群的规划与建设[J].计算机教育,2012(3): 98-101.

[11] 邵鹏飞,梁丰.结合HCDA认证的数据通信与计算机网络课程研究性教学设计[J]. 计算机教育,2014(6):65-69.

[12] 韦化,秦钢年,曾冬梅,等.加强实验室建设 打造资源共享平台[J].实验室研究与探索,2009，26(4):262-264.

Exploration on datacom network laboratory construction and practical education

Wu Jun, Wei Zhigang, Hu Min, Xu Chuan

(School of Information and Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

Data communication and the application of the IP network technology play an important role in the Internet. For maintaining steady speed of development in the Internet industry in China, cultivating high quality talents and strong ability of data communications engineers, especially for computer network engineers, is of crucial importance. This paper points out how to build the entity datacom network laboratory and practical education system and also puts forward a set of mature, systematic scheme with strong feasibility. Meanwhile it presents the practical insight about the platform of planning, construction and development stage.

datacom network; simulation experiment; comprehensive experiment

2015- 07- 07 修改日期：2015- 08- 06

重庆市教育委员会重点教学改革项目支持(0824119)

武俊(1979—),女,重庆,硕士,讲师,主要从事通信与信息系统及网络管理研究.

E-mail：wujun@cqupt.edu.cn

TP302;G482

A

1002-4956(2015)12- 0249- 04