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标题 高校智慧网络实训室构建研究
范文 尤霞光



摘 要：分析了构建智慧网络实训室目的、功能及构建原则，给出了智慧网络实训室的实现过程，探讨了构建智慧网络实训室应用中遇到的问题及解决办法。
关键词：智慧网络实训室；物联网；实践教学改革
DOIDOI：10.11907/rjdk.151278
中图分类号：TP317.4 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）007-0117-03
1 智慧网络实训室介绍
网络实验室是指为网络课程开设的实验室，通过登陆到网络设备，完成各种网络实验，其发展经历了四代[1]：
第一代是直接对网络设备进行连接，特点是形象、直观，缺点是经常直接对设备接口插拔，设备接口容易损坏，设备难以管理，特别是实验完毕，学生没按要求设置密码时，要对每台设备初始化，非常麻烦。
第二代是通过简单软件将网络设备集中管理，实现了集中式和半自动化管理。
第三代是综合型网络实验室，是第二代的升级，可以实现实验教学、实验设备、实验用户统一管理。
第四代是专业细分网络实验室，在全面继承了第三代优点的基础上，根据专业的需求提供了更为适应细分人才培养、更为贴近专业发展、更为贴近需求的整套教学服务体系。
2006年，笔者院校建立了网络实训室，目的是把网络设备交换机、路由器集中管理。采用网络设备和PC机分离设计，是“环岛型”实训室建设框架，其功能相当于第二代网络实验室。采用锐捷的设备，共有A、B、C、D四组，每组设备有RCMS-8一台，R1700三台、R2600一台、S2126两台、S3550两台。
随着“智慧地球”（Smart Planet）概念的提出及智能技术的应用，智能电网（Smart Grid，智能电网是电网的智能化，也被称为“电网2.0”）、智慧城市、智慧校园、智慧教室随之产生[2]。智慧教室是为教学活动提供智慧应用服务的教室空间及其软硬件装备的总和[3]。学校的教学活动除了在教室进行外，更多的是在实训室进行，为了达到相应的教学效果，需要建立与智慧教室对应的智慧网络实训室。
物联网（the Internet of Things， IoT）是建立在射频识别RFID和互联网基础上的[4]。智慧网络实训室、物联网和互联网三者关系如图1所示。
图1 智慧网络实训室、物联网、互联网三者关系
随着计算机网络技术的发展，原有设备、网络配置已经不能满足教学需要，特别是对学生实训结果难以管理。
智慧网络实训室由RFID设备管理系统、智能用电管理系统、视频监控系统和物联网综合体验系统等组成[5]。
智慧网络实训室系统采用统一的物联网平台，具有统一的中心数据服务器，支持远程授权访问、在线学习、交流以及远程实训。
网络课程的特点是理论相对简单，但网络设备相对多样，同一项实训，可以在不同的设备上实现，比如NAT实训，可以用Windows Server 2008、Linux Rad Hat Enterprise、路由器完成，也可以用防火墙实现。以前的实训室设备功能单一，设备及相应软件比较简单，无法满足要求，而构建智慧网络实训室可以建立多样化的实训环境。
目前通常用网络模拟器Cisco Packet Tracer模拟一般的网络实训，但它无法与真实的服务器连接，而智慧网络实训室可以把所有的设备无缝连接。
以前的实训室对实训结果无法管理，不能对学生上课、实训进行实时监控，智慧网络实训室有监控系统，解决了此类问题。
以前的实训室不能远程访问，教育资源没有充分利用，智慧网络实训室可以满足大家不同的需求。
2 智慧网络实训室功能及构建原则
（1）智慧网络实训室功能。①实训室管理和实训管理：实训室管理主要对实训设备进行管理，是所有管理中权限最高的级别，需要管理员权限。实训管理主要是分配具体的实训任务；②实训过程监控及实训结果管理：教师及时了解实训进度、监控设备和学生行为；③业余学习管理：学生上机时间有限，设想在课余时间也可以登录到系统训练。
（2）智慧网络实训室构建原则。①兼容性：兼容性包含两方面，一是继续使用原有实训设备，保持原有框架不变，即PC机“环岛型”结构和机柜统一摆放位置不变，二是操作界面采用图形化，用IE浏览器登录到系统；②易管理性：学生各组之间应该互不干扰，设备相对独立，教师可以登陆到学生设备上指导；③可扩展性：实训室应具有良好的可扩展性，系统能够随着技术发展不断升级，为将来的新设备进入留出接口。
3 智慧网络实训室构建
智慧网络实训室需要教学系统、资产管理系统、灯光控制系统、网络设备系统等，由于篇幅限制，本文重点讨论网络设备系统。
2013年笔者学校增加了新的设备，建成了现有的智慧网络实训室。增加的硬件和软件如表1所示。
实训室设备分组从原来的A、B、C、D四组到现在A、B、C、D、E、F六组，RCMS也从原来的RCMS-8到现在的RCMS-16。实训室管理系统主要分为管理员/教师界面和学生界面。
3.1 管理员/教师界面
管理员/教师界面由7个模块组成，各模块之间的关系如图2所示。
图2 各模块间关系
（1）实训室管理模块。实训室管理模块主要是实训台与设备管理。实训台与实训设备管理是网络实训中最重要的部分，即我们平时的管理员权限。通常情况下，实训室由专门的管理员进行管理。
实训室管理包括实训台管理、实训设备管理、端口映射、实训PC管理，它们之间的关系如图3所示。
图3 实训室管理主要内容
（2）实训管理模块。实训管理模块是教师根据上课内容，添加具体的实训。根据实训的具体要求，为小组配置设备，生成逻辑机架。如实训要求二层、三层交换机各1台、路由器2台。每组机架有二层交换机2台，三层交换机2台，路由器4台，能生成两个逻辑机架。
（3）系统管理模块。系统管理模块最主要的是系统配置，系统配置是对一些敏感命令的管理，如配置密码（password aa）、加密密码（enable secret aa）、配置用户密码命令（username aa password bb）、删除命令（del flash：config.text）等进行管理。
管理员对设备、日志进行管理。
（4）学生管理模块。教师事先导入学生名单，为每个学生分配唯一的用户名。
（5）教学监控模块。对学生实训过程中的教学监控是通过对每组设备实时监控实现的。图4所示是6组设备的监控截屏（D组和E组用了两组RCMS-8，因此显示每组是两组，其实是一组），可以对每组的设备实行实时监控。
图4 六组设备的监控截屏
（6）实训结果管理模块。实训结果管理有专门的表格，记录包括实训名称、实训类型、学生姓名、设备状态等。对实训数据实时记录并予以固化，将不能修改实训数据或抄袭其他同学的实训结果。
3.2 学生界面
学生登陆界面如图5所示，学生只有预习实训、开始实训和查看结果3项，界面相对简单。
图5 学生登陆界面
图6为预习实训流程。
图7为开始实训流程，学生实训的所有操作都集中在这个部分。结束实训释放实训设备，设备初始化后以备下一次登陆使用。如果实训没有结束，需要退出系统，不要单击“实训结束”按钮，因为单击“实训结束”按钮，设备就初始化了。
图6 预习实训流程 图7 开始实训流程
在预习实训、开始实训和查看结果三项中，查看结果最简单，用表格表示，表格的字段有实训名称、实训时间、实训报告、实训成绩等。
3.3 业余学习管理
网络实训室IP地址设计为192.168.136.*，整个实训室内所有PC机与LIMP服务器在同一个网段，PC机可直接登陆系统。学校校园网范围内的PC机也可以直接登陆到LIMP服务器上。如果在校外登陆，要通过学校网络机房的防火墙进行地址映射，把LIMP服务器的C类IP地址映射为公网的IP地址，学生可用账号和密码登陆，教师也可登陆到系统进行备课，在家里处理学生的作业和实训报告，非常方便。
由于是远程登陆，无法像现场一样连接设备，所以这部分是通过RG-NTC100实现的。在调试阶段，按照要求事先把配置线连接好，这样实训时就不需要对端口配置线进行插拔，既保护了设备端口，又实现了真正的远程实训。
登陆界面为匿名登陆，为方便查看实训，但为了安全和便于管理，此匿名登陆只允许在网络实训室的IP地址范围内实现。
4 问题及解决办法
（1）系统在调试阶段正常，但上机时出现设备一直初始化的情况。针对此问题，我们专门开机查看设备初始化情况。开机20分钟时，A组正常，B组、C组、D组、E组、F组在初始化。
检查LIMP已经是最新版本LIMP3.3，故不存在软件故障。会不会是R1700、R2600、S2126、S3550本身初始化有问题？通过连接Console口登录到R1700、R2600、S2126、S3550上，初始化时间正常。
原来R1700、R2600、S2126、S3550初始化默认是delete config.text，按Ctrl+C进入用户模式，进入配置向导，导致进入不到LIMP，Telnet一直认为初始化未成功，现在把初始化脚本改为copy flash： config.bat flash： config.text，相当于还原配置，解决了设备初始化缓慢问题。
（2）RG-CVM 1000在有的PC机上不能顺畅运行，而有的PC机不受影响。经过观察，发现不能顺畅运行的PC机内存太小，只有1G。及时更换新的4G内存，问题解决。
有些实训很难在现实中完成，主要原因是缺少实训的网络环境，比如要求许多台PC机同时做PING命令。RG-CVM 1000能模拟各种实训环境，如Windows、Linux等异构操作系统，其功能如VMware虚拟机，而虚拟机对计算机的最大要求是内存要大。
（3）软件版本不兼容，浏览器打不开等现象。由于是图形化界面，强调学生只能用IE浏览器登录，不要用其它浏览器。
5 结语
通过建设智慧实训室，既可以对设备进行管理，也可以对实训过程进行监控。从实训室方案构建到设备调试，管理员、任课教师全程参与。对建设过程中出现的问题，积极查找资料，寻求解决方法。像入侵检测防御系统和无线控制器等设备，以前没有安装过，实训室只能用模拟器。现在接触了真正的设备，有如身临其境。
培养了学生的动手能力。实训时，如果所有设备都配置好了，但没有出现预想的结果，就要求学生动手排除故障。每个机架上连有150多根双绞线，学生必须按照服务器、接线、设备的先后顺序逐步排除故障。
学生的学习自觉性大大提高。由于每次实训的过程和结果都有记录，我们借鉴欧美学校的考核评价体系，即以过程考核为主，实训在总成绩里占有一定比例，课程成绩以每次实训和报告为依据，学生要取得好的学习成绩，必须做好每次实训。
参考文献：
[1] 锐捷网络.睿易中小企业行业网络解决方案[EB/OL].http：//www.ruijie.com.cn/plan/smb.aspxhttp：//www.ruijie.com.cn/plan/Solution_169.
[2] 张亚珍，张宝辉，韩云霞.国内外智慧教室研究评论及展望[J].开放教育研究，2014（2）：81-91.
[3] 聂风华，钟晓流，宋述强.智慧教室：概念特征、系统模型与建设案例[J].现代教育技术，2013（7）：5-8.
[4] 雷玉堂.安防&智能一体——视频监控系统智能化实现方案[M].北京：电子工业出版社，2013：399-406.
[5] 车辚辚，孔英会，赵建立，等.基于物联网的智慧实验室设计[J].实验技术与管理，2013，30（10）：212-215.
（责任编辑：杜能钢）
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更新时间：2025/2/11 0:46:52