基于局域网规划设计综合性开放性实验的设计与实现

彭如飞

（川北医学院， 四川 南充 637000 ）

随着网络技术的发展和广泛应用，每个单位、企业都需要有工作人员掌握局域网规划与设计基本知识，正确高效的管理企业、单位内部网络，保障局域网正常安全的运行。对于小型局域网的管理和维护不可能总是能够匹配专业的人员，因此局域网规划与设计基本能力的普及显得十分必要。但是目前大部分高校学生没有专门进行相关课程的学习或学习不够深入，因此设计面向全校的局域网规划设计综合性开放性实验是有必要的，通过实验让学生掌握网络及常用网络设备基本知识，培养学生局域网规划设计的基本能力和处理常见的网络故障的能力，进而实现增强学生就业竞争力，为以后找工作拓宽方向。

1.开放性实验的背景和意义

随着5G技术的快速发展，各行各业计算机网络相关的应用将会不断增加，适应社会对人才需要，基本计算机网络技术对高校学生的普及是势在必行的[1]。目前高校主要还是只对计算机、网络相关的专业学生设置了计算机网路技术的相关课程，而其他专业学生并未开放相关课程。实现高校学生网络课程的普及是需要一个过程，当前设置面向全校学生的计算机网络开放性实验则是这一过渡期最好的选择。并且现行的实验课大多是根据理论课内容设置的实验，其目的主要是对理论知识进行验证，加深学生对知识的理解，而以激发学生兴趣、创造性，锻炼学生综合实践能力，拓宽学生知识视野的综合性、开放性实验却是凤毛麟角[2]。

基于局域网规划设计综合性开放性实验是面向全校的开放性实验，其主要内容是先进行课程培训，然后以竞赛形式考察学生对小型局域网的设备选型和网络拓扑搭建、IP分配、交换机和路由器的基本配置等多方面的网络基本能力，其主要目的和意义是通过对小型局域网设计、组建以及配置的整个过程，让学生了解网络设计者的基本工作，体会到网络的魅力，激发学生兴趣，提升学生的网络实践能力，并且为大家就业拓宽了方向。

2.基于局域网规划设计综合性开放性实验知识点及能力要求

完成开放性实验需要具备网络的基本常识、实验相关的基本知识和使用相关软件等能力，当然这些知识和能力可以是之前已经掌握，也可以是通过培训和时间之后掌握。

2.1 知识要求

1）了解互联网和局域网的作用分别是什么，以及二者的区别。

2）了解光纤和网线的结构、连接方式、作用以及使用场合。

3）掌握Cisco常用交换机、路由器、防火墙以及服务器的型号，这些常用网络设备的功能、作用以及工作原理。

4）掌握IP地址的结构、分类、作用和子网划分。

5）掌握常用网络设备的连接方式、连接方法、各自作用、如何选用设备，以及如何组建网络。

6）掌握路由器、交换机、防火墙、计算机IP配置以及常用的配置命令。

7）了解网络方案主要包括哪些内容，以及如何撰写。

2.2 能力要求

1）熟练使用OFFICE软件。

2）会使用Cisco Packet Tracer网路虚拟仿真软件，会使用网络命令对设备进行配置。

3）会使用Visio软件绘制网络拓扑图。

3.基于局域网规划设计综合性开放性实验设计和实现

本开放性实验主要包括课程培训、以竞赛的形式组织开放性实验以及总结暨颁奖会三部分，具体流程如图1所示。

图1 开放性实验流程

3.1 课程培训

本开放性实验面向的不只是网络相关专业的学生，而是面向的全校学生，因此参加开放性实验的学生中不乏对网络相关基本知识一无所知的同学。即使是网络相关专业学生，平时学习的内容主要偏向于理论，综合性没有本次开放性实验的内容强，部分内容也是这些学生并未接触过的。根据这种情况，在开放性实验操作之前，必须围绕开放性实验需要的知识和技能要求开展一定的课程培训，为学生进行实验打好基础，具体课程培训内容和主要安排如表1所示。

表1 课程培训安排表

3.2 开放性实验竞赛

本开放性实验以网络模拟器 cisco packet tracer、Visio、OFFICE软件为实验平台，通过开放性实验竞赛重点考察对小型局域网的设备选型和网络拓扑搭建、IP分配、交换机和路由器的基本配置，以及局域网规划设计实施方案撰写的理论知识和动手实践能力。实验竞赛参赛人员2人为一组，分工协作，进行初赛和决赛两轮比赛。经过一轮初赛后剩下8组成员进入决赛，最后根据实验成绩评选出1个一等奖、2个二等奖、3个三等奖、2个优胜奖。开放性实验需要完成的主要内容如图2 所示[3]。

图2 开放性实验需要完成的主要内容

一是设备选型和网络拓扑搭建。根据给定的场景要求，在网络模拟器cisco packet tracer中完成交换机、路由器、防火墙等网络设备的选型，并搭建好网络拓扑和连通网络。二是IP分配。根据设定的局域网场景情况，利用私有IP地址进行合理的网段划分和IP地址的分配。三是交换机和路由器等重要设备的基本配置。根据命题要求在网络模拟器cisco packet tracer中给搭建好的网络交换机、路由器等网络设备进行基本的配置，比如包括：更改设备名称、设置相关接口IP地址、设置防火墙过滤条件等。四是根据命题要求对实验结果进行验证。利用ping命令、telnet等手段对实验结果是否满足命题要求进行验证。五是局域网规划设计实施方案撰写。根据自己搭建的网络和完成的工作撰写局域网规划设计的实施方案，实施方案内容需包括：

网络设计背景和功能——根据拟定条件，分析设定单位或部门的网络需求，以及需要实现的网络功能。

IP地址分配、设备选型说明——分析网络需求，对IP地址进行网段划分和具体分配，说明理由，并列出IP地址分配表；分析网络需求，选择设备类型与型号，说明理由，并列出设备清单。

网络拓扑图——根据网络模拟器中搭建的局域网，使用visio软件绘制相应的网络拓扑图。并且对拟定网络进行分析，说明搭建网络拓扑的理由。

设备和材料清单表——根据拟定的网络情况和搭建的网络拓扑，分析出所需要得网线、线槽等辅助材料的数量，并列出所需设备和材料的清单表。

网络实施预估算表——根据设备和材料清单表，设备和材料的单价，以及设计成本和施工的人工成本列出网络实施的预估算表。

网路工程实施规划、工程进度等说明——对网络工程的实施和工程进度的安排等作出具体的规划。

3.3 实验总结暨颁奖会

开放性实验竞赛结束，完成评选之后，组织所有参加开放性实验的学生、网络相关的专家、学校或学院的领导开展实验总结暨颁奖会。会议内容主要包括实验过程中表现优异的同学作经验分享，相关专家对本次实验进行评价，以及最后的颁奖仪式。

4.结语

本开放性实验以理论知识和动手实践相结合的方式进行，让学生对局域网规划设计的整个过程进行学习，并最终以竞赛的形式完成实践，极大地促进了学生学习积极性，激发了学生的创造力和对网络技术和工程设计的兴趣，并提升了学生综合应用能力以及拓宽了学生的学习视野。