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网络原理实验室解决方案(V2)福建星网锐捷网络有限公司2008年6月第一章摘要网络协议是网络数据交换的基础，网络协议是通信的双方必须遵守、约定和准则。作为友好的进行信息资源交换，通过网络协议可以实现人类各种应用数据的交互，随着使用网络人数的增长，应用数据的快速发展，网络协议的标准、体系越来越重要。然而，网络协议的抽象性很难以在高校开展有效的教学，计算机网络原理课程通过学习网络协议来洞悉理论基础的本质，目前网络原理课程的教学都是以书本教学的模为主，使得学生对网络协议内部的实现机制和在网络中的实际传输情况缺乏感性的认识和实验环节，使学生难以理解和掌握，教学效果不理想，随着经济和社会的发展和终身教育观念的普及，迫切需要有科学、方便、完善的网络协议学习系统，作为学习网络协议、分析网络协议的利器。锐捷网络实验室重在培养学生对计算机网络原理的掌握和理解，以及在相关的基础上进行开发，以直观的方式对网络通信的协议进行深入的掌握和了解。锐捷网络原理实验室为高校相关专业讲授计算机网络原理、协议等课程，而开发的实践教学平台。通过对网络体系各层次协议数据单元（PDU）的灵活编辑、仿真发送、捕获解析和会话分析，学生可以深入地理解和掌握网络协议的内部原理和运行机制。借助此平台还可以学习网络程序设计、网络攻防和故障性能分析等相关知识，加强学生对网络协议的理解和掌握，培养学生的动手实践和设计分析能力，培养创新型人才。锐捷网络原理实验室是面向开设网络技术、网络工程、计算机科学与技术、通信工程等计算机应用技术等专业提出的业界领先的专门针对网络协议分析实验教学的一揽子实验室解决方案。是产学研相结合的一种重要形式，不仅有利于科研、教学，而且有利于提高学生的网络安全应用的实际能力，进而增强他们在就业中的竞争实力，从而树立学校在学术界和社会的良好品牌形象。这个解决方案是基于学校的教学计划及课程设置需求而设计的，是为各本科高校定制的。并且锐捷网络提出的网络原理实验室建设方案也是独特的，它具有专注于实践型实验教学、高效和便捷安全、先进的教学管理平台等无可比拟的优势。锐捷网络各类专业实验室解决方案已经成功应用于全国的550多所学校，行业市场占有率第一，应用效果明显。第二章建设网络原理实验室的特点和原则2.1建设网络原理实验室的特点网络原理包含的理论基础比较广：它包含计算机技术、网络通信、电子电路技术、数学、物理等诸多学科的知识，网络原理也是一个复杂的系统，它涉及到各种体系架构、各种通信层次、数据组成结构、网络环境等。计算机网络实验室紧密结合计算机网络原理的课程，结合计算机技术和通信技术的最新技术领域，由于计算机网络课程是高校相关专业必修的重点课程，因此它在整个专业建设和课程体系中占据重要地位。但是，由于传统计算机网络原理课程的教学模式不适合讲授抽象的网络知识，网络教学缺乏实践操作，网络知识无法深入的特点，学生在教师讲完课程后，理解不深刻。面对这样的情况，锐捷网络将计算机网络原理的课程引入到实践教学计划中，让学生直观、全方位了解各种网络设备和应用环境，真正加深对网络原理、协议、标准的认识。真正提高了学生的网络技能和实战能力。通过在网络原理实验室中的学习和实践，使得学生具有扎实的理论基础和很强的实践动手能力，这些都是他们在将来的就业竞争中非常明显的竞争优势。通过建立实践平台的教学方式为计算机网络教学提供了新的教学方法和工具，对深化教学模式改革起到积极的推动作用。2.2建设网络原理实验室的原则网络原理实验的建设为开设计算机网络原理及基础课程的高校提供实践教学平台，让学生掌握计算机网络通信的原理及协议功能。为达到网络原理实验室建设的目标，综合考虑近几年网络技术的发展，在实验室设计构建中，应始终坚持以下原则：第一，高可靠性。网络实验系统的稳定可靠是应用系统正常运行的前提保证，在网络设计中选用高可靠性网络原理实验产品，合理设计网络架构，制订可靠的备份策略，保证实验平台具有故障自愈的能力，最大限度地支持系统的正常运行。第二，标准性及开放性。通讯协议和接口符合国际标准。支持国际上通用标准的网络协议（如TCP/IP）、国际标准的开放协议，有利于保证与其他网络在之间的平滑连接互通。在网络中，即使有多个系统和多应用并存，采用统一的标准，也能使这些系统能融合到一起，实现业务整合及数据集中。第三，灵活性及可扩展性。根据未来网络技术的增长和变化，网络协议可以升级，最大程度的减少对实验平台和现有实验设备的调整。易于增加新设备、新用户，易于和各种公用网络连接，随系统应用的逐步成熟不断延伸和扩充，充分保护现有投资利益。第四，先进性。实验室作为学校最前沿学科和技术研究场所，要求网络实验室要配备最先进的网络设备，能够开展最新技术的科研，教学和实践活动，对网络实验室的设备，网络方案的技术先进性要求非常高。同时还应跟踪当前计算机网络和通信技术的最新发展，能够开设一些高水平的网络和通信实验。第五，可管理性。对网络实行集中监测，分权管理，并统一分配宽带资源。选用先进的网络管理平台，具有对设备、软件、接口等的管理，流量统计分析，及可提供故障自动报警。整个实验室平台可以进行远程控制。第六，安全性。制订统一的安全策略，整体考虑实验平台的安全性。可以通过各业务子网隔离，统一规划，根据不同的业务划分子网。具有保证系统安全，防止系统被人为破坏的能力。第七，综合性和统一性。要求在一个网络实验室内完成上面提到的众多网络实验，并且最好是由一个厂家的设备来组建。为了保证网络原理实验室的规划和建设的质量，根据上述建设网络原理实验室的目标和原则，只能在有实力的网络设备生产厂商中选择合作伙伴。第三章网络实验室建设需求分析3.1网络协议分析课程培养目标目前的大学教育模式，无论是研究型大学还是应用工程型大学，基础课程的教学理念是进一步向研究型教学模式转化，已经全面而深入地开展了教学内容、体系和方法的现代化改革，计算机科学技术特点和发展的需要将不断更新基础课程的内容，来保证基础课程的科学性、前沿性与先进性。计算机网络基础课程是高等院校计算机相关专业的重点课程,网络协议分析是计算机网络教学体系当中的一个重要环节.为了使学生对抽象的计算机网络知识有了直观生动的认识和理解,利用协议分析软件和数据包编辑软件,来完成TCP/IP各层协议的实验教学.通过原理和实例,理解网络通信的基本原理。网络协议实验的目的在于通过软硬件相结合的实验设备，让学生深入到网络实际运行中，使网络传送数据可见，可以简单快捷编辑网络协议，改变以往学生只能通过老师单方面的授课形式去学习和理解计算机网络基础知识的单一模式，使学生对抽象的计算机网络知识有了直观生动的认识和学习，发挥了学生动手参与的能力。从而改进目前计算机网络基础知识教学中存在的问题，能够真正从理论和实践两方面提高学生的网络知识能力，培养高素质的专业人才，以适应社会的需要。一、教学结合社会需求计算机网络协议实验的目的在于通过软硬件相结合的实验设备，让学生深入到网络实际运行中，对抽象的计算机网络知识有一个直观生动的认识。网络协议实验项目包括：以太网数据帧的构成、IP地址分类与数据包组成、地址解析协议ARP、互联网控制报文协议ICMP、SNMP协议与网络管理、UDP、TCP等各类协议设计及故障分析等。计算机网络原理实验室可以为《计算机网络》、《计算机网络工程》、《无线局域网》、《通信原理》等课程提供配套实验，培养学生具备一定的组建计算机网络的实际动手能力，掌握设计、维护计算机网络等能力。二、倡导创新实践网络专业原理性课程作为计算机专业网络基础必修课，着重培养学生对网络体系结构的理解，掌握各层协议的工作原理。通过实验，让学生对数据通信过程中的每个协议进行分析、调试、设计，培养了学生的基本研究技能，培养了学生的辨证思维能力。在实验中的交流和探索的过程，可以极大的提高学生对原理性课程的兴趣，培养了学生的团队合作精神和创新能力。同时也可以为学生进行网络程序设计、大学生电子设计竞赛进行课程设计和作品设计提供必要的环境。培养学生的创新实践能力，丰富学生的科技活动，培养学生的自主创新能力，全面提升学生的综合素质，为有特长的学生提供实验条件。三、开展产学研大学除了日常的工作之外的另一个重要的工作就是科研，通过建设实验室，来开展产学研研究，网络原理实验室可以为相关专业的老师和学生在进行课题开发、课程设计、毕业设计等方面提供必要的软、硬件环境。通过在专业的网络协议分析实验室中进行各种前沿的网络协议分析实验，研究人员可以跟踪先进网络和通信技术，开阔思路和眼界，提高科研水平。可以与网络设备供应商建立合作伙伴关系，由它们及时提供最新的技术信息。甚至可以和合作伙伴公司建立联合开发研究课题和项目，共同进行科研和生产前沿技术的研究和开发。并且以最快速度将科研成果转化为产品，迅速地提高生产力。四、提高教学水平网络技术是理论和实践结合十分紧密的一门学科，只有在实验中，学生才能真正掌握课堂上学到的知识。所以增加网络实验的授课可以极大地提高网络教学效果。网络原理实验室的建设极大地改善了计算机网络原理实验课程教学的条件，可以让教师接触到许多前沿的网络知识和技术，开阔思路和眼界，这些都极大地提高了教师自身的网络技术方面的素养，正是有这样的前提，教师才能提高网络理论和应用方面的教学水平。同时教师可以和一流的网络设备厂商保持密切的技术上的联系，从而及时跟进国际上最新最流行的网络技术，提高授课水平。网络原理实验按照教学计划的开展，大致可以分为如下几类：3.1.1基础协议分析类实验实验1.以太网帧的构成实验2.地址转换协议ARP实验3.NetBIOS名字服务实验4.网际协议IP实验5.IP校验和实验实验6.IP数据报的分片与重组实验7.IP数据包的转发流程实验8.Internet控制报文协议ICMP实验9.Internet组管理协议IGMP实验10.用户数据报协议UDP实验11.传输控制协议TCP实验12.简单网络管理协议SNMP实验13.网络地址转换NAT实验14.超文本传输协议HTTP实验15.传输控制协议TELNET实验16.文件传输协议FTP实验17.邮件协议SMTP、POP3实验18.Internet邮件访问协议IMAP实验19.路由信息协议RIP实验20.开放式最短路径优先OSPF实验21.动态主机配置协议DHCP实验22.域名系统DNS实验23.自举协议BOOTP实验24.虚拟局域网VLAN实验25.初识IPv6实验26.IPv6报头实验27.ICMPv6实验28.IPv6多播实验29.邻居发现协议实验30.IPV6路由实验31.IPv6与IPv4共存机制实验32.IPv6程序设计实验33.IPv6地址自动配置实验34.IPv6DNS实验35.IPv6应用层实验实验36.IPv6安全技术实验37.综合实验3.3网络原理实验室建设的应用需求3.3.1提供网络原理实验室较学环境社会或企事业单位用人的标准是更需要的是具有动手能力的网络应用技术人才。这和学校的人才培养模式、培养目标等方面与存在着差距。现在很多学校更多的是注重理论的教学，现在，很多政府机关、电信及金融行业更需要的是具有动手能力的网络安全技术人才。对于学校来说，学生动手能力的培养，在很大程度上取决于学校的安全实验环境和学生的实践经验。那对于我们计算机专业或网络方向的教学，如何来做到这一点？这就要求提供真实的实验环境。3.3.2满足不同层次实验的需要对于很多高等院校来说，建网络原理实验室需要它能满足做不同类别的实验。这就要求在这个实验室内同时完成不同层次人才的培养需要。涵盖体系结构、网络基本协议、操作系统、网络攻击与防御、网络病毒、网络后门与隐身、网络扫描与监听等方案设计等等。3.3.3提供实验室配套的实验教学系统就是网络原理实验室是建成了，如何能迅速的将这个实验室应用到教学中去，这就要求合作伙伴或厂家在提供解决方案的时候，能一并考虑相关的教学支持系统，即厂家不仅仅是把设备卖给学校，还要解决相关的教材，师资等问题。必不可少的详实丰富的实验内容、系统的实践型实验教材、完善的师资培训三个方面与实验室的硬件配