略說計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐
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1IPv6下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境選擇
比如設(shè)備的數(shù)量和型號(hào)較少，設(shè)備更新慢，難以滿足學(xué)生一人一套設(shè)備的需求，對(duì)IPv6相關(guān)新技術(shù)支持不足等。為了克服這些不足以取得良好的教學(xué)效果，不少高校開始探索通過使用虛擬仿真軟件來構(gòu)造虛擬實(shí)驗(yàn)室。虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的引入從根本上突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊張、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)單一的弊端，還具有人機(jī)交互能力和可視化程度高等優(yōu)勢(shì)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。PacketTracer和Dynamips是目前比較流行的兩款網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)仿真軟件。PacketTracer具有逼真的操作界面，操作簡(jiǎn)單，初學(xué)者很容易上手，它提供各種不同型號(hào)的交換機(jī)、路由器以及各種類型的傳輸介質(zhì)，學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)自己繪制拓?fù)鋱D，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。但它是基于軟件的虛擬器，很真實(shí)的設(shè)備相比，差距較大。Dynamips通過模擬CISCO路由器的硬件平臺(tái)，直接運(yùn)行真實(shí)設(shè)備對(duì)應(yīng)的IOS軟件，因此，Dynamips模擬出的是真實(shí)的設(shè)備，具有和真實(shí)設(shè)備一樣的配置界面和功能。和PacketTracer相比，Dy-namips操作較為復(fù)雜，為了解決這個(gè)問題，國(guó)外的專家開發(fā)出了GNS3，它是Dynamips的圖形化網(wǎng)絡(luò)模擬工具，它的核心就是Dynamips，他不僅可以模擬Dynamips的所有組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，還具有可視化和拓?fù)湫薷暮?jiǎn)便等特點(diǎn)，最吸引人的是它可以方便的讓虛擬網(wǎng)絡(luò)接入真實(shí)網(wǎng)絡(luò)，相比其他網(wǎng)絡(luò)模擬器具有更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值。Scapy是一款強(qiáng)大的交互式數(shù)據(jù)包處理工具、數(shù)據(jù)包生成器、網(wǎng)絡(luò)掃描器、網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)工具和數(shù)據(jù)包嗅探工具。它提供多種類別的交互式生成數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)包集合、對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作、發(fā)送數(shù)據(jù)包、包嗅探、應(yīng)答和反饋匹配等等功能，利用它可以很方便的構(gòu)造各種數(shù)據(jù)包用于各種網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。為了滿足IPv6相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐教學(xué)需要，我們采用GNS3來模擬路由交換設(shè)備，采用vmwarworkstation安裝虛擬機(jī)的方式來模擬復(fù)雜功能網(wǎng)絡(luò)終端或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，采用VPCS軟件來模擬簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)終端，采用Wireshark來捕獲和分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，采用Scapy來生成各類IPv6測(cè)試數(shù)據(jù)包。實(shí)踐證明，利用上述軟件，學(xué)生在普通機(jī)房就能一人一機(jī)輕松完成各類實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，教師可以把設(shè)計(jì)好的各種實(shí)驗(yàn)方案、拓?fù)浞职l(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生課后在自己的電腦上做進(jìn)一步的練習(xí)。
2IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
為了取得理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取上，一是要較好的覆蓋相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，二是要設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案，使實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，讓學(xué)生在上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)目標(biāo)明確。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要在已有實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況來進(jìn)行，好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能夠幫助學(xué)生較好的理解知識(shí)，達(dá)到理想的教學(xué)效果，在確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)宜遵循以下原則:實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容從簡(jiǎn)到難，先從基本設(shè)置開始，解決連通性和基本應(yīng)用問題，再逐步深入到具體協(xié)議的分析，在此基礎(chǔ)上，貼近業(yè)界當(dāng)前實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求，設(shè)計(jì)一些有實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生所學(xué)能派上用途。
2．1IPv6網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
選取在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取上，遵循由淺入深，循序漸進(jìn)的原則，把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)四大類。有比較直觀的認(rèn)識(shí)，掌握使用IPv6網(wǎng)絡(luò)的基本方法，結(jié)合掌握的IPv4相關(guān)知識(shí)，對(duì)比認(rèn)識(shí)IPv6數(shù)據(jù)包格式，使學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和在網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際傳輸情況有感性的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
(1) 拓?fù)浼瓤梢宰鳛檎w進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，也可以只使用局部設(shè)備進(jìn)行單一實(shí)驗(yàn)。
(2)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn):通過這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，除了讓學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上IPv6相關(guān)基礎(chǔ)配置方法外，深入了解IPv6路由器請(qǐng)求(RS)、路由器宣告(RA)、鄰居請(qǐng)求(NS)和鄰居宣告(NA)的工作機(jī)制與工作細(xì)節(jié)。掌握IPv6網(wǎng)絡(luò)無(wú)服務(wù)器自動(dòng)配置、路由器發(fā)現(xiàn)、前綴發(fā)現(xiàn)、地址解析、鄰居不可達(dá)檢測(cè)、鏈路MTU發(fā)現(xiàn)、下一跳決定和重復(fù)地址檢測(cè)等知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)讓學(xué)生理解IPv6全局地址、鏈路本地地址和站點(diǎn)本地地址的功能，它們的作用范圍。
(3)綜合性實(shí)驗(yàn):通過這部分的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的配置方法，能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇合適的路由協(xié)議，深入理解RIPng和OSPFv3路由協(xié)議的工作原理。根據(jù)需要，能熟練進(jìn)行OS-PFv3路由聚合，路由重分布配置。使學(xué)生掌握IPv6手工隧道、IPv6自動(dòng)隧道、IPv6toIPv4隧道和IPv6ISATAP隧道的配置，了解這幾種隧道協(xié)議的功能，各自的適用場(chǎng)合。掌握IPv6環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)訪問控制列表的配置方法，能根據(jù)訪問控制和網(wǎng)絡(luò)安全的需求，定義和部署合適的訪問控制列表。
(4)提高性實(shí)驗(yàn):這部分實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行。通過這類實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具備大規(guī)模復(fù)雜IPv6網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和配置能力。
2．2IPv6網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)拓?fù)湓O(shè)計(jì)
(1)拓?fù)浼瓤梢宰鳛檎w進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，也可以只使用局部設(shè)備進(jìn)行單一實(shí)驗(yàn)。
(2)PC1為vmwareworkstation安裝的虛擬機(jī)系統(tǒng)，采用PC1和R6可以進(jìn)行四個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。
(3)由R1、R2和R3設(shè)備組可以組成純IPv6網(wǎng)絡(luò)，完成IPv6靜態(tài)路由協(xié)議、RIPng路由協(xié)議、OS-PFv3路由協(xié)議和IPv6訪問控制列表等實(shí)驗(yàn)，也可以完成幾個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)。
(4)R4和R5扮演雙協(xié)議棧路由器角色，R4和R5通過IPv4網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在R4和R5設(shè)備上可以進(jìn)行各類隧道協(xié)議的實(shí)驗(yàn)，通過配置隧道協(xié)議，讓IPv6網(wǎng)絡(luò)孤島互相連接在一起。
(5)R5和R7也可以構(gòu)成設(shè)備組，通過在R5上配置ISATAP隧道協(xié)議，讓R7下的主機(jī)接入IPv6網(wǎng)絡(luò)。
(6)在各類單一實(shí)驗(yàn)完成后，可以讓學(xué)生進(jìn)行綜合性的實(shí)驗(yàn)，或者讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行各類實(shí)驗(yàn)。
3實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案實(shí)踐
只有經(jīng)過實(shí)踐，才能證明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案科學(xué)與否，能不能達(dá)到預(yù)期的目的，能不能得到學(xué)生的認(rèn)可;也只有經(jīng)過實(shí)踐，才能發(fā)現(xiàn)其中的不足之處，才能對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)與完善。實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了向?qū)W生傳授相關(guān)知識(shí)外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，操控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技能及解決網(wǎng)絡(luò)工程問題的能力。要達(dá)到這些目的，除了因人施教和因材施教，還有很多有效的方法。
3．1基于以小組為實(shí)驗(yàn)單位的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)
作為一種正?，F(xiàn)象，在一個(gè)班級(jí)中學(xué)生之間在學(xué)習(xí)能力、掌握知識(shí)能力等方面存在差異，容易讓我們忽視的是，能力強(qiáng)，學(xué)習(xí)好的同學(xué)往往喜歡就不清楚的問題向老師提問，學(xué)得差的同學(xué)反而比較“悶”，這些同學(xué)要么是還沒有發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程中的樂趣，要么是不習(xí)慣和教師交流。要解決這個(gè)問題，比較好的辦法是進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，教師在劃分小組時(shí)應(yīng)注意強(qiáng)弱合理搭配，以強(qiáng)幫弱。實(shí)驗(yàn)過程中鼓勵(lì)弱勢(shì)學(xué)生積極參與，讓能力強(qiáng)、表現(xiàn)欲強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任組長(zhǎng)，輔導(dǎo)同組同學(xué)，這樣做可以調(diào)動(dòng)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)的積極性，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中獲得樂趣和別人的認(rèn)可，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生的協(xié)調(diào)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。在實(shí)踐過程中要注意和傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)的差別，傳統(tǒng)分組實(shí)驗(yàn)要么是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，要么是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)內(nèi)容比較多，需要多人的協(xié)作而不得不分組。在我們的實(shí)驗(yàn)方案中采用了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不存在這些限制，采用分組的目的是讓弱者變強(qiáng)，強(qiáng)者更強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)過程中要靈活動(dòng)態(tài)的進(jìn)行考核，避免分組流于形式。
3．2增加實(shí)驗(yàn)趣味，提高學(xué)生興趣
增加實(shí)驗(yàn)趣味是實(shí)驗(yàn)過程中的重要一環(huán)，要在實(shí)驗(yàn)講解過程中引入真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中的各類問題，讓這些問題與實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，要讓學(xué)生覺得他們所學(xué)內(nèi)容能有實(shí)際用途。在教學(xué)過程中，利用學(xué)校已經(jīng)部分接入CER-NET2的優(yōu)勢(shì)，向?qū)W生展示了IPv6網(wǎng)絡(luò)的各種強(qiáng)大功能。比如學(xué)生看到我們能在線流暢的觀看高清電影、電視頻道，能以極高的網(wǎng)速在2分鐘內(nèi)下載一部高清電影，他們的熱情和興趣立即被激發(fā)出來了。我們順勢(shì)向?qū)W生介紹下一代IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的情況，在發(fā)展過程中碰到的一些問題，解決的方法，涉及到的一些技術(shù)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到的知識(shí)能派上什么用途，這樣做讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)充滿了期待。
3．3理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)
要緊密結(jié)合在課程的教學(xué)中，理論是基礎(chǔ)，是源泉;實(shí)驗(yàn)是理論的應(yīng)用，是驗(yàn)證，是理解。兩者雖有不同處，但又相輔相成，兩者都是能力的培養(yǎng)。教師必須讓讓學(xué)生明白理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的和關(guān)系，即理論學(xué)習(xí)理解實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再理解綜合性實(shí)驗(yàn)思考設(shè)計(jì)性(提高性)實(shí)驗(yàn)再學(xué)習(xí)的過程，完成對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐技能的培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的次序安排上，應(yīng)該把簡(jiǎn)單的、趣味性高的項(xiàng)目安排在前面，讓學(xué)生能容易的進(jìn)入狀態(tài)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都要提前做好相關(guān)指導(dǎo)手冊(cè)，要讓學(xué)生明確做什么，怎么做，結(jié)果是什么，怎么驗(yàn)證結(jié)果的正確與否。關(guān)注學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的一些共性問題，要及時(shí)的解決這些問題。
4結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、實(shí)驗(yàn)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了闡述。所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的班級(jí)里進(jìn)行了實(shí)踐。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生加深了對(duì)IPv6相關(guān)知識(shí)的理解，掌握了必要的技能，可以熟練對(duì)IPv6網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置?？己顺煽?jī)表明，本方案達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。實(shí)踐表明，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果實(shí)驗(yàn)硬件條件缺乏，可以通過充分利用各種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件、模擬軟件來突破實(shí)驗(yàn)條件的限制，以達(dá)到相同的或更好的教學(xué)效果。
作者：李樹軍 單位：鹽城師范學(xué)院