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[摘 要]针对高校教学的需求提出计算机网络综合实验室建设的总体构思,设计基于锐捷网络设备的网络综合实验室设计与建设方案,对网络实验室建设目标、设计原则、设计与建设方法进行分析与探讨.
[关 键 词]网络实验室总体设计PC机设计
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210076-02
一、引言
随着网络技术的发展,国内各行各业都处于全面的网络化进程中,对网络应用全方位人才的需求也与日俱增,以前校园网络课程的设置不能使学生具备适应各行业网络实施和维护的能力.同时国内许多高校为了解决技术类专业的应届毕业生普遍存在的“理论强、实践弱”现象,提高他们对工作岗位的适应能力,在就业竞争中处于优势,纷纷建成了锐捷网络实验室.2006年底,根据我校计算机本、专科专业培养目标,结合新增的网络工程专业,学校克服资金紧张的压力,投资90多万元在江宁新校区建起了基于锐捷网络设备的网络综合实验室.该实验室使用2年多来,除承担正常的教学工作外,还成为任课教师专业发展及科研工作的重要基地.
二、建设目标
网络实验室的建设要有一定的前瞻性,应在有限的资金条件下建立一个适应计算机网络技术发展,集教学、科研、培训和社会服务于一体的综合性实验室.网络综合实验室建设的主要目标是:
1.建立多样化的实验环境.让参与网络技术学习的学生能够一边学习理论知识,一边认识了解和掌握网络设备的结构、功能和使用方法,并动手进行必要的网络设计、网络组建、网络管理、网络安全和网络应用的实验,真正做到理论与实践相结合的办学环境.同时通过一系列的实验积极地调动学生的学习兴趣,使学生掌握计算机网络技术的实验技能,强化对所学知识的理解,以培养学生的动手能力、工程实践能力、创新能力和团队协作精神.
2.满足专业教师学习网络、从事网络技术研究和应用系统开发的需要.网络实验室应涵盖目前主流的网络技术和设备,具有良好的可扩展性.要求系统能够模拟先进的网络技术环境,搭建网络工程,实验设备和实验内容应能非常灵活地进行扩展,从而为专业教师研究当前网络最前沿的技术动态和发展(例如网络安全、IPv6等)提供完善的实验平台,并能在此平台之上从事网络应用系统与技术的研发,提高学校整体网络科研与教学应用水平.
3.满足技能培训基地建设的需要.网络综合实验室的建设要面向社会,为社会尽可能多地培养紧缺的IT人才.但今天的IT人才市场,越来越关注技术人员的实际经验和动手操作能力.因此,网络综合实验室可以构建多种类型的局域网和广域网,可以让学生亲自搭建网络、亲自动手调试和配置网络,通过在网络实验室中的实验和操作,真正提高他们的网络技能和实战能力.目前,该网络实验室已开设了多期网络管理员职业技能培训、微软网络管理及网络架构培训、CCNA网络管理员培训等课程,同时也为学生兴趣小组提供网络工程训练与实践的场所.
三、设计原则
网络综合实验室建设在系统设计时需考虑以下几个问题:
1.网络系统要具有很好的开放性,以保证网络上使用的各种软件、各种类型的互连设备和技术具有良好的兼容性和可扩展性,预留空间符合当前和以后的信息需要和足够的升级空间.
2.网络平台要具有灵活的虚拟划分功能,以满足实验的各种模拟环境和网络系统站点数、应用软件的增多.
3.网络系统易于管理与维护,实验的网络设备全部采用可管理,以减少运行、维护、管理成本.
4.网络实验系统的软件和硬件使用最优质的产品,以保证整个网络实验平台具有良好的售后服务、投资保护,特别是保证网络系统持久的先进性,满足学生学习技术的领先性,能独立组建、调试、配置网络.
5.网络设备系统具备较高的安全性、容错能力,并且能防止内部网络受到外部攻击和感染病毒,保证网络设备以及终端计算机的安全.
四、网络综合实验室的设计与建设
(一)实验内容设计
由于各高校网络实验室设备不同,配置的软件不同,师资力量不同,学科研究方向不同,使得各高校所开设的网络实验也不尽相同.针对我校计算机本、专科专业培养目标,结合新增的网络工程专业,在新建网络实验室时,将实验内容划分为以下几方面:
1.基础性实验.包括网络设备基本操作实验(如硬件安装、网络互连、交换机和路由器配置等)、局域网实验、广域网实验和网络管理与应用等.
2.中高级实验.包括网络协议分析与设计实验、网络交换与路由安全策略实验、使用防火墙实现URL过滤及安全的访问控制实验等.
3.面向研究型的实验.包括二层协议研究、路由协议研究、VPN技术研究、隧道技术研究、安全技术研究、网管研究和流量工程技术研究等实验.
(二)网络实验室总体设计
我校网络实验室设计方案为分组设计,设备选用锐捷网络公司生产的网络产品,由于网络设备配置比较灵活,可根据实际需要,灵活组合成多种实验规划分组,实验环境设计特点是易教、易学、易练,如下图3.1.
图3.1网络实验室设计图
实验区域以工作组方式组成网络,实验室建设共分为6个实验小组,每组可容纳8个实验学员,每组对应1个机柜,1个机柜是1个RACK,每个RACK由机架管理控制服务器RCMS(锐捷)进行管理,下管4个路由器和4个交换机,1个RACK安装在1个机柜中(即RACK机柜),每个机柜基本实验功能相同,都能完成学生实验和实训.
每个实验小组都能在该组提供的网络设备上单独完成大部分实验内容,也可以在组与组之间通过核心路由交换机进行跨组的路由交换实验.整个实验环境都是模拟当前最新的网络技术应用环境设计,不但能满足目前网络技术实验室需要,而且可以后期进行平滑升级,通过添加部分网络设备和模块来组建更为复杂的网络技术实验室,为学生提供更多的实验内容,实现更复杂的网络实验.
1.小组实验环境:每个实验小组配置一台千兆三层交换机,作为每个小组的三层路由设备,配置两台千兆智能堆叠交换机,作为每个小组的二层接入交换机,配置四台模块化多业务路由器,作为每个小组的路由实验环境.
2.核心部分实验环境:网络技术实验室配置一台核心路由交换机,通过双绞线分别连接每个小组的PC接入二层交换机,并连接每个实验小组的分组控制管理服务器,在这种网络架构环境下,可模拟实际网络中很多种实验环境.
出口与校园网网络连接,采用千兆端口直接与网络中心核心设备相连,在实验室配置一台防火墙,来做部分的网络安全实验.在以后增加远程访问计费系统后,用户可以在校园网里通过校园网访问实验平台,利用课余时间可以做实验.服务器区可以建立多种应用服务,如Web、Ftp、、视频服务等,专门进行网络应用服务实验.
实验区中每实验组均配备规格尺寸相同的专用实验桌和机柜RACK,网络设备放置于专用机柜中.每实验组分别配置一个有足够端口的配线架,所有重要设备的局域网口均通过双绞线引至双绞线配线架上,学生可通过连接配线架来实现对设备的访问.这样可以有效防止重要设备的端口因过度插拔端口损坏.另外,为方便识别和维护,所有端口和线缆上均设置有明显的标识.
(三)实验PC机设计
在装有windows操作系统的PC机上安装VMwareWorkstation系统软件,可以在一台PC上安装windows系列软件、LINUX系统、NOVELL及Solaris系统.学生可以方便的使用VMware系统,在几个操作系统之间切换(跟实际的操作系统没有什么区别),不需要重新启动计算机,非常方便,节约大量的时间,同时又可以学习到各种操作系统的操作.
虚拟机软件VMware可以在一台电脑上模拟出来若干台PC,每台PC可以运行单独的操作系统而互不干扰,可以实现一台电脑“同时”运行几个操作系统,还可以将这几个操作系统连成一个网络.可在一台电脑上安装了Win2000server,再在Win2000Server上安装虚拟机软件VMWare,利用VMWare模拟出来3台PC,在这3台PC上分别运行WinXP、Win98、Win2000Profession等操作系统.包括Win2000Server在内,这4个操作系统同时在一台电脑上运行,互不干扰,并且同在一个局域网内.
(四)系统特点
该实验室采用锐捷网络产品构建,按RACK网络技术实验室设计理念进行设计.锐捷网络实验室机架控制和管理服务器RG-RCMS系列产品,是锐捷网络公司专门针对现代网络实验室开发的统一管理控制服务器,实验室中使用者可以通过RG-RCMS同时管理和控制8-16台的网络设备,不需要进行控制线的拔插,采用图形界面管理,简单方便,还可以在学生做完网络实验后,利用RG-RCMS提供的一键清除配置功能,把连接在RG-RCMS上的网络设备的配置进行统一清除,方便下一次的网络实验.
网络实验设备采用业界主流的标准命令行配置界面.便于学生完成实验课程后轻松调试其它主流网络产品,增强学生就业的通用性要求.
五、对网络实验室存在问题的分析
在众多的网络故障中,最令人头痛的是网络是通的,但网速变慢.当面对这类“软”故障时可以从以下方面进行检测分析.
网线问题在实验室大多使用的传输介质是双绞线.双绞线是由4对线严格而合理地紧密绞和在一起,减少串扰的影响.在T568A标准和T568B标准中仅使用了双绞线的1、2和3、6四条线.1、2用于发送,3、6用于接收,而且1、2必须是一个绕对,3、6必须是一个绕对.只有这样才能最大限度的避免串扰,保证数据传输.笔者在实践教学中发现少数学生不按正确标准制作网线,虽然不影响网络的连通性,但这样制作的网线存在很大的隐患.有的开始一段时间使用正常,但过一段时间后,性能下降,网速变慢.因此,我们在实践中应按T568A、T568B标准来压制网线.
回路问题在一些比较复杂的网络中,由于一些原因经常有多余的备用线路,则会构成回路,数据包会不断发送和校验数据,从而影响整体网速,这种问题查找起来比较困难.为避免这种情况发生,要求我们在铺设网线时一定要在每一根网线打上明显的标签,有备用线路的地方要做好标记.
端口瓶颈实际上路由器的广域网端口和局域网端口、交换机端口、集线器端口和服务器网卡等都有可能成为网络瓶颈.我们可在网络使用高峰时段,利用网管软件查看路由器、交换机、服务器端口的数据流量(用Netstat命令),确认网络数据流通瓶颈的位置,设法增加其带宽.如更换服务器网卡为100M或1000M、安装多个网卡、通过改变路由器上配置来增加带宽等方法都可以有效的缓解网络瓶颈,最大限度地提高数据传输速度.
六、结束语
我校信息技术学院的网络综合实验室的建设,对改善教学条件、提高教学科研质量、培养复合型及创新型网络技术人才具有重要意义.但网络实验室的建设是一个长期的过程,必须坚持先进性和实用性原则,走标准化、通用化的道路.