略說計算機的實驗教學設計與實踐

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1IPv6下一代網(wǎng)絡技術實驗教學環(huán)境選擇

比如設備的數(shù)量和型號較少，設備更新慢，難以滿足學生一人一套設備的需求，對IPv6相關新技術支持不足等。為了克服這些不足以取得良好的教學效果，不少高校開始探索通過使用虛擬仿真軟件來構造虛擬實驗室。虛擬網(wǎng)絡實驗平臺的引入從根本上突破了傳統(tǒng)實驗教學實驗設備數(shù)量少、實驗時間緊張、實驗地點單一的弊端，還具有人機交互能力和可視化程度高等優(yōu)勢，提高了實驗教學效果。PacketTracer和Dynamips是目前比較流行的兩款網(wǎng)絡實驗仿真軟件。PacketTracer具有逼真的操作界面，操作簡單，初學者很容易上手，它提供各種不同型號的交換機、路由器以及各種類型的傳輸介質，學生可根據(jù)實驗自己繪制拓撲圖，進行網(wǎng)絡實驗。但它是基于軟件的虛擬器，很真實的設備相比，差距較大。Dynamips通過模擬CISCO路由器的硬件平臺，直接運行真實設備對應的IOS軟件，因此，Dynamips模擬出的是真實的設備，具有和真實設備一樣的配置界面和功能。和PacketTracer相比，Dy-namips操作較為復雜，為了解決這個問題，國外的專家開發(fā)出了GNS3，它是Dynamips的圖形化網(wǎng)絡模擬工具，它的核心就是Dynamips，他不僅可以模擬Dynamips的所有組網(wǎng)實驗，還具有可視化和拓撲修改簡便等特點，最吸引人的是它可以方便的讓虛擬網(wǎng)絡接入真實網(wǎng)絡，相比其他網(wǎng)絡模擬器具有更好的實驗教學價值。Scapy是一款強大的交互式數(shù)據(jù)包處理工具、數(shù)據(jù)包生成器、網(wǎng)絡掃描器、網(wǎng)絡發(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、對數(shù)據(jù)包進行操作、發(fā)送數(shù)據(jù)包、包嗅探、應答和反饋匹配等等功能，利用它可以很方便的構造各種數(shù)據(jù)包用于各種網(wǎng)絡測試。為了滿足IPv6相關知識點的實踐教學需要，我們采用GNS3來模擬路由交換設備，采用vmwarworkstation安裝虛擬機的方式來模擬復雜功能網(wǎng)絡終端或網(wǎng)絡服務器，采用VPCS軟件來模擬簡單網(wǎng)絡終端，采用Wireshark來捕獲和分析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，采用Scapy來生成各類IPv6測試數(shù)據(jù)包。實踐證明，利用上述軟件，學生在普通機房就能一人一機輕松完成各類實驗，同時，教師可以把設計好的各種實驗方案、拓撲分發(fā)給學生，讓學生課后在自己的電腦上做進一步的練習。

2IPv6網(wǎng)絡技術實驗方案設計

為了取得理想的實驗教學效果，在實驗內容的選取上，一是要較好的覆蓋相關知識點，二是要設計好實驗方案，使實驗可操作性強，讓學生在上機實驗時目標明確。實驗項目的設計要在已有實驗環(huán)境條件下結合學生實際情況來進行，好的實驗項目能夠幫助學生較好的理解知識，達到理想的教學效果，在確定實驗項目時宜遵循以下原則:實驗項目的內容從簡到難，先從基本設置開始，解決連通性和基本應用問題，再逐步深入到具體協(xié)議的分析，在此基礎上，貼近業(yè)界當前實際網(wǎng)絡環(huán)境的需求，設計一些有實用價值的實驗，讓學生所學能派上用途。

2．1IPv6網(wǎng)絡實驗內容

選取在實驗內容的選取上，遵循由淺入深，循序漸進的原則，把實驗內容劃分為基礎性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗和探索性實驗四大類。有比較直觀的認識，掌握使用IPv6網(wǎng)絡的基本方法，結合掌握的IPv4相關知識，對比認識IPv6數(shù)據(jù)包格式，使學生對網(wǎng)絡協(xié)議內部的實現(xiàn)機制和在網(wǎng)絡中的實際傳輸情況有感性的認識，為后續(xù)的實驗打下基礎。

(1) 拓撲既可以作為整體進行復雜的網(wǎng)絡實驗，也可以只使用局部設備進行單一實驗。

(2)驗證性實驗:通過這幾個實驗，除了讓學生掌握網(wǎng)絡設備上IPv6相關基礎配置方法外，深入了解IPv6路由器請求(RS)、路由器宣告(RA)、鄰居請求(NS)和鄰居宣告(NA)的工作機制與工作細節(jié)。掌握IPv6網(wǎng)絡無服務器自動配置、路由器發(fā)現(xiàn)、前綴發(fā)現(xiàn)、地址解析、鄰居不可達檢測、鏈路MTU發(fā)現(xiàn)、下一跳決定和重復地址檢測等知識點。同時讓學生理解IPv6全局地址、鏈路本地地址和站點本地地址的功能，它們的作用范圍。

(3)綜合性實驗:通過這部分的實驗，讓學生掌握小規(guī)模網(wǎng)絡路由協(xié)議的配置方法，能根據(jù)網(wǎng)絡環(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，能熟練進行OS-PFv3路由聚合，路由重分布配置。使學生掌握IPv6手工隧道、IPv6自動隧道、IPv6toIPv4隧道和IPv6ISATAP隧道的配置，了解這幾種隧道協(xié)議的功能，各自的適用場合。掌握IPv6環(huán)境下網(wǎng)絡訪問控制列表的配置方法，能根據(jù)訪問控制和網(wǎng)絡安全的需求，定義和部署合適的訪問控制列表。

(4)提高性實驗:這部分實驗可以讓學有余力的學生進行。通過這類實驗，使學生具備大規(guī)模復雜IPv6網(wǎng)絡的組網(wǎng)和配置能力。

2．2IPv6網(wǎng)絡實驗拓撲設計

(1)拓撲既可以作為整體進行復雜的網(wǎng)絡實驗，也可以只使用局部設備進行單一實驗。

(2)PC1為vmwareworkstation安裝的虛擬機系統(tǒng)，采用PC1和R6可以進行四個基礎性實驗。

(3)由R1、R2和R3設備組可以組成純IPv6網(wǎng)絡，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訪問控制列表等實驗，也可以完成幾個探索性實驗。

(4)R4和R5扮演雙協(xié)議棧路由器角色，R4和R5通過IPv4網(wǎng)絡互聯(lián)，在R4和R5設備上可以進行各類隧道協(xié)議的實驗，通過配置隧道協(xié)議，讓IPv6網(wǎng)絡孤島互相連接在一起。

(5)R5和R7也可以構成設備組，通過在R5上配置ISATAP隧道協(xié)議，讓R7下的主機接入IPv6網(wǎng)絡。

(6)在各類單一實驗完成后，可以讓學生進行綜合性的實驗，或者讓學生自己設計網(wǎng)絡拓撲進行各類實驗。

3實驗教學方案實踐

只有經(jīng)過實踐，才能證明設計的實驗方案科學與否，能不能達到預期的目的，能不能得到學生的認可;也只有經(jīng)過實踐，才能發(fā)現(xiàn)其中的不足之處，才能對方案進行改進與完善。實驗教學除了向學生傳授相關知識外，更重要的是培養(yǎng)學生獨立思考，操控網(wǎng)絡設備的技能及解決網(wǎng)絡工程問題的能力。要達到這些目的，除了因人施教和因材施教，還有很多有效的方法。

3．1基于以小組為實驗單位的網(wǎng)絡實驗團隊

作為一種正常現(xiàn)象，在一個班級中學生之間在學習能力、掌握知識能力等方面存在差異，容易讓我們忽視的是，能力強，學習好的同學往往喜歡就不清楚的問題向老師提問，學得差的同學反而比較“悶”，這些同學要么是還沒有發(fā)現(xiàn)實驗課程中的樂趣，要么是不習慣和教師交流。要解決這個問題，比較好的辦法是進行分組實驗，教師在劃分小組時應注意強弱合理搭配，以強幫弱。實驗過程中鼓勵弱勢學生積極參與，讓能力強、表現(xiàn)欲強的學生擔任組長，輔導同組同學，這樣做可以調動學生參加實驗的積極性，讓他們在實驗過程中獲得樂趣和別人的認可，同時也增強了學生的協(xié)調能力和團隊合作精神。在實踐過程中要注意和傳統(tǒng)分組實驗的差別，傳統(tǒng)分組實驗要么是因為實驗設備的限制，要么是因為實驗內容比較多，需要多人的協(xié)作而不得不分組。在我們的實驗方案中采用了虛擬實驗平臺，不存在這些限制，采用分組的目的是讓弱者變強，強者更強。在實驗過程中要靈活動態(tài)的進行考核，避免分組流于形式。

3．2增加實驗趣味，提高學生興趣

增加實驗趣味是實驗過程中的重要一環(huán)，要在實驗講解過程中引入真實網(wǎng)絡中的各類問題，讓這些問題與實驗結合在一起，要讓學生覺得他們所學內容能有實際用途。在教學過程中，利用學校已經(jīng)部分接入CER-NET2的優(yōu)勢，向學生展示了IPv6網(wǎng)絡的各種強大功能。比如學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。我們順勢向學生介紹下一代IPv6網(wǎng)絡發(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，實驗中學習到的知識能派上什么用途，這樣做讓學生對學習充滿了期待。

3．3理論教學與實驗教學

要緊密結合在課程的教學中，理論是基礎，是源泉;實驗是理論的應用，是驗證，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)。教師必須讓讓學生明白理論教學和實驗教學的目的和關系，即理論學習理解實驗驗證再理解綜合性實驗思考設計性(提高性)實驗再學習的過程，完成對理論知識學習和實踐技能的培養(yǎng)。在實驗項目的次序安排上，應該把簡單的、趣味性高的項目安排在前面，讓學生能容易的進入狀態(tài)每個實驗項目都要提前做好相關指導手冊，要讓學生明確做什么，怎么做，結果是什么，怎么驗證結果的正確與否。關注學生在實驗過程中出現(xiàn)的一些共性問題，要及時的解決這些問題。

4結語

本文對實驗環(huán)境搭建、實驗內容的選擇、實驗拓撲的設計和實驗教學實踐幾個方面的內容進行了闡述。所設計的實驗教學方案在多個網(wǎng)絡工程專業(yè)的班級里進行了實踐。通過實驗，學生加深了對IPv6相關知識的理解，掌握了必要的技能，可以熟練對IPv6網(wǎng)絡進行配置?？己顺煽儽砻鳎痉桨高_到了預期的目標。實踐表明，在計算機網(wǎng)絡類課程的實驗教學中，如果實驗硬件條件缺乏，可以通過充分利用各種網(wǎng)絡仿真軟件、模擬軟件來突破實驗條件的限制，以達到相同的或更好的教學效果。

作者：李樹軍 單位：鹽城師范學院