计算机网络综合实验室的建设研究

袁黎晖

摘   要：文章分析了采用虚拟化技术、综合布线技术、互联网和远程访问技术及网络教学平台建设计算机网络综合实验室的措施。文章采用模块化搭建的方法，实现实验室多功能化，在保证专业教学的同时提高了实验室的使用效率，使学生和教师都能跨越时空的障碍，随时随地访问教学设备和资源，完成教学和实验。

关键词：实验室;虚拟化;网络;多平台

1    计算机实验室简述

在很多院校中，由于资金的限制，只建设了一般的、通用的计算机实验室，用于“大学信息基础”等通识类课程的教学，专业、专用计算机实验室较少。同时，计算机专业实验室一般情况下只为特定的某些课程服务，实验室所配备的PC、仪器和设备的使用频率较低。在保证专业课程能够展开正常教学的前提下，可尝试将这些功能相近的专业实验室及公共实验室进行整合，采用模块化设计的方法建设综合实验室，以提高设备和实验室的使用效率，同时，也保证投资有效。

本文研究的内容是在人数较少、班级较少的情况下，提出保证教学、保护投资的方法，可以有效地建设计算机网络综合实验室[1]。

2    需求分析与可行性分析

2.1  需求分析

在实验室建设之前，要确定该实验室将为哪些课程提供服务，也就是分析其功能模块。

首先，该计算机网络综合实验室要能够作为公共实验室使用。其次，需要为各门专业课程提供实践场所。可以将这些课程分为以下几类：网站建设类、计算机网络类、网络安全类、操作系统类、布线工程类。

这5类课程正好对应了计算机网络的体系结构，从最底层的物理层一直到最高层的应用层，可以将这些课程形成一个课程组，以此课程组的实验内容作为本计算机综合实验室的主要建设目标。这些课程的共同特点就是都和网络有关，相关的实验都需要在网络互联的基础上完成，授课内容也都和网络通信协议和高层应用等内容相关。因此，以计算机网络为基础，根据不同的课程内容设计不同的实验体系，再加以有机的融合，这使得该综合实验室的建设成为可能[2]。

2.2  可行性分析

根据以上的需求分析，总结出以下几点：（1）由于性能方面的差异和计算能力的强弱，学生电脑需要尽可能配备高性能、高配置的PC，尽量避免采用云桌面的方式。（2）整个计算机实验室需要多台服务器，用于网站设计、网络及安全服务。（3）整个计算机实验室存在至少两种拓扑结构，因此，至少需要两套综合布线系统。（4）整个计算机实验室需要多组机柜，用于放置网络及安全硬件设备以及相应的配线架、理线架等。

根据以上需求，提出如下解决方案：

（1）配置高性能PC。（2）由于此实验室仅为教学服务，而不是应用于真实网络环境中，不存在网络负荷、应用压力，对安全性也不作过多要求，可在一台高性能服务器上配置大容量硬盘，同时，使用虚拟化技术模拟出多台服务器。如果资金充足，再考虑购置多台服务器。（3）为学生PC配置两块网卡，或在学生桌面上安置两个网络信息插座，同时，部署两套综合布线系统，以接入不同的网络环境。（4）根据教室空间面积及学生机的摆放，合理设置机柜的位置，以便学生能够就近接入机柜，方便实验。

以上需求都可以通过技术手段或增加投资的方式得到解决，所以该计算机综合实验室的设计方案是可行的，学院的需求可以得到满足。

3    设计与实现

3.1  学生及教师机环境设计

学生机和教师机在经费许可的情况下均采用高配置硬件，在计算机上安装主流操作系统（如Windows7）、常用软件（如Office套件、Photoshop，DreamWeaver）、软件开发平台（如Visual Studio）、数据库软件（如SQL Server），一定要安装的是虚拟机软件（如Vmware Workstation和Oracel VirtualBox），并预先配置好基本的虚拟服务器（如Windows Server系列和Linux系列），以便能在计算机上利用这些虚拟服务器搭建不同的实验环境。正因为这方面的考虑，所购置PC的CPU应支持虚拟化功能，包括Intel-VT和AMD-V。

3.2  网络环境设计

由于该实验室需要为多门课程服务，因此，需要至少两种不同的教学环境。其中，公共课程、网站建设类课程所需的网络环境相同，教师机、学生机及所需服务器都处于一个局域网中。而在网络操作系统、计算机网络和网络安全课程中，学生机、教师机和相关实验设备在授课时需要同时连入同一个局域网，在实验时又需要分别接入位于不同的机柜上、不同的设备中，形成多个小型局域网。而且这些小型局域网在开展大型、综合实验時又需要互联起来，成为不同类型的局域网或广域网[3]。

根据上述要求，在实验室需要部署两种网络环境、设置两套综合布线系统，为学生机提供两个不同网络环境的接入方式。对于公共实验或教学环境，学生机接入到公共教学局域网中。对于专业实验课，学生机先后接入到公共教学局域网和分组实验局域网中，完成不同的实验内容。对公共教学局域网和分组实验局域网设置不同的VLAN，以便区分不同的网络应用[4]。

3.3  机柜环境设计

本实验室内设置了两种类型的机柜，基本型机柜为网络机柜，用于完成网络类实验;扩展型机柜在基本型机柜的基础上增添了安全设备，用于完成安全类实验。两类机柜的设备列表及数量如表1所示。

3.4  服务器环境设计

在该计算机网络综合实验室中配置了两台专用服务器，为各实验课程提供相应的服务器系统和应用平台以及资源平台[5]。

由于只是为了课堂教学和实验，而不是应用在实际场合，所以配置不需要太高，性能稳定即可。但因需要实验的内容众多，为避免不同应用服务之间产生干扰，利用虚拟机创建了多个系统，这就需要较大容量的硬盘和足够的内存以运行较多的虚拟机。

4    结语

该计算机网络综合实验室建成后能够解决多门计算机专业课程的实践环境问题，给学生提供了更真实的实际应用平台。并且实验室提供了远程访问功能，即便该实验室正在被用于授课，其实验机柜也能被教师和学生远程使用，给学生提供了更多的实践操作时间，提高了学生的学习积极性，提升了教学效果。

互联网的发展、计算机硬件功能的增强，使得云计算、云服务逐渐兴起。云服务是由供应商提供相关硬件、软件或者服务，用户购买、租用云服务商的产品或服务。例如现在使用较广的云存储、云机房等，用户不再需要自己去购买磁盘阵列或服务器，也不需要去建设机房、租用线路，一切由服务商来提供，用户只需把自己的需求交给服务商去满足即可。

对于高校而言，自行建设实验室存在资金占用、使用效率不高、管理困难的问题。那么在未来，是否有可能同样由云服务商按照学院的要求，定制、开发出相关的云实验室，学院只需要保证高速、稳定的网络能够到达云资源即可开展教学活动，学院可以在上课时间段固定购买其服务资源以满足教学所需，也可以在课余时间动态使用其服务资源以满足实验所需，由建改租，也许是未来计算机实验室的发展方向。

[参考文献]

[1]陈瑞志.多元化多层次的网络实验室构建[J].计算机教育，2015（12）：85-89.

[2]许长军.高职院校网络工程综合实训室建设探讨[J].福建电脑，2014（6）：134-136.

[3]郁聪.高校实验室管理的问题及对策研究[D].天津：天津大学教育学院，2012.

[4]徐浩.高校实验室建设与管理共性问题的研究与实践[D].合肥：合肥工业大学，2014.

[5]阳建州.高校实验室云平台建设及应用案例[D].上海：东华大学，2014.