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高校网络实验室建设方案范文1
关键词：虚拟实验室；模式；平台；架构
这些年来，随着高校的不断扩招，给高校的实验室造成了很大的压力，高校中的实验是学生学习和实践的重要一环，各高校想尽一切办法，开源节流，但由于一些实验成本太高和各种条件的限制，高校实验室对教学实验来说仍然捉襟见肘，严重的影响了学校的教学和学生对知识的掌握。但随着计算机和网络不断发展，在高校建立虚拟的实验室，用计算机仿真软件来替代部分实物实验成为可能。在虚拟实验室里，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，方便快捷的从事各种实验，有利于培养他们的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验室中，学生更易获得相关的知识、科学的指导和敏捷的反馈。虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向，具有很高的实用价值和现实意义。
1.高校虚拟实验室的网络模式
在现在的网络中存在两种模式： B/S模式和 C/S模式。在高校中推荐采用B/S模式。因为B/S模式有以下特点：
1.1B/S模式建立在广域网之上，不必需要专门的网络硬件环境，可以宽带上网，租用设备．信息自己管理．有比C/S更强的适应范围，一般只要有操作系统和浏览器就行。现在的学生宿舍基本上都可以使用网络，且B/S模式下基本上不用装其他的客户端软件，使用起来比较方便，设计人员也无需开发过多的客户端程序，减轻了开发人员的负担。
1.2C/S模式一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强．一般高度机密的信息系统采用C/S模式结构适宜。 B/S模式建立在广域网之上，对安全的控制能力相对弱，面向不可知的用户群．而学生实验的保密性一般要求不高，且学生群体比较大，流动也比较强，所以比较适合B/S模式的网络。
1.3C/S模式程序应用逻辑在客户端实现，对于虚拟实验系统来说，客户端需要配置支持虚拟实验的虚拟机软件，安装支持虚拟机软件对初学的学生来说是一件麻烦的事情，而B/S模式除了浏览器和一些浏览特殊资料格式的插件以外一般不需要其它的客户端软件支持，分布在学校各个角落的的学生用户只要输入访问特定的网址便可以进入这个虚拟环境中进行相关实验课程学习。
2.虚拟实验室架构和网络平台的实现
2.1网络虚拟实验室应是一个集虚拟实验教学管理系统、实验课教学指导系统，网络实验仿真等为一体的功能强大的网上运行系统。各部分之间既相互独立又相互联系。学生通过鼠标点击、拖曳和键盘输入等操作就能进行实验。微软的.NET平台为架构,使用ASP.NET语言开发实现,后台数据库使用SQL Server 2008,采用三层架构的形式，可以用来设计虚拟实验室的实验平台。一个完整的虚拟实验室系统功能模块结构如图1
2.2 网络虚拟实验室系统化主要由三大部分组成：第一部分是远程客户端程用户通过浏览器发出请求，二部分是中间传输的环节信号经过校内局域网，并通过防火墙；第三部分是WEB服务器，它需启动仪器控制服务器，通过程序分析和处理从客户端采集来的数据得出结果返回给客户端。
这个虚拟实验室系统的关键技术是实现远程控制，学生在客户端的浏览器发出实验请求，服务器能驱动电
机启动相关的实验设备，按照学生设置的参数，运行实验得出相应的结果。并将实验结果以视频，文字、
图表的形式返回给学生，最终形成实验报告。
3.虚拟实验室不仅在节省实验教学资金、提高教学资源利用率，节约学生实验时间、提高实验效率上起到很好的作用，而且对于现实的常规实验教学仍具有重要的意义体现在：
（1）弥补教学条件的不足。有些常规实验的一些实验效果因为实验设备、实验场地、实验环境的原因不能很好的观察到，一些实验微小的变化在实际实验中往往很难观察到，而在虚拟实验能够很好的反应出来，从而丰富感性认识，加深对知识的理解。
（2）避免了危险性实验真实操作所带来的各种危险。有些常规实验带有危险性例如：化学反应所产生的燃烧、爆炸所带来的危险，生物实验的细菌病毒带来的危险等，在虚拟实验室中学生可以放心大胆的去做实验。
（3）虚拟实验室重复性好。存虚拟实验中，可以像玩电子游戏一样，用鼠标键盘去控制实验，一边改变实验条件，一边观察实验结果。虚拟软件可以按我们的要求，任意放慢实验的过程，让学生看到在传统实验中看不到的变化过程，也可以在很短的时间内完成几百次或几千次的实验，让学生看到只有经过成百上千次的实验才能看到的结果，从而使学生在操作的过程中，在变化的过程中学习知识、验证知识、探索知识。
4.教学型虚拟实验室的建设的几点建议：
（1）选择合理的开发技术，开发出封装性强、界面友好、响应速度快的虚拟系统。
建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择实可行的虚拟现实系统解决方案。虚拟实验平台的界面要友好、丰富、直观，以提高学生的实验兴趣。
（2）更新实验教学观念,重新认识虚拟实验室
受传统的实验观念的影响，很多学校和学生比较注重看的见摸得着的实体实验，并且认为虚拟实验室是网络技术、虚拟仪器技术、虚拟现实技术等新技术共同的产物,因此容易被理解为技术要求高、建设投入大的教学资源，从而让人望而生畏,不敢问津。
（3）真实性
仿真系统要能够最大限度真实的反应实验的情况，这一点是虚拟实验室系统的基础。
（4） 交互性强
在仿真实验在运行的过程中提供和学生交互的友好界面，完全按照学生的意图和学生设置的实验参数进行实验，增强学生对实验的控制力度和操作力度，同时记录实验的结果和数据，最终形成实验报告。这样可以大大的方便学生做实验。
5.结束语
随着网络和通讯技术的不断发展，高校网络虚拟实验室必将有广阔的发展前景，高校网络虚拟实验具有众多的优点，为加强高校网络虚拟实验室的建设，为了提高高校的教学质量，我们应不断探索网络虚拟技术的应用方法，以使高校网络虚拟实验室建设实现更优化更现代化。
参考文献：
[1]贾银军、李新华，网上虚拟实验室的构建，《硅谷》，2011年17期.
[2]曾创奇，关于高校教学型虚拟实验室构建，《电化教育研究》，2005年第09期.
高校网络实验室建设方案范文2
关键词：创新型 信息安全技术人才 实验室 建设方案
一、信息安全攻防实验室总体设计
信息安全实验室使用对象主要为信息安全专业学生，要求该实验室可开展针对信息安全领域前沿技术的相关实验，使学生可通过每个部分的实验深入理解信息安全的技术和过程，通过不同类型的实验使学生理解安全机制并具备技术应用能力，并向学生提供可进行深入技术研究的平台保障，同时配备方便易用的实验室管理平台。具体如下：
1.具有开放基础硬件平台。主要包含四个基本组成部分：基础网络平台组件、集合通信组件、存储系统组件、智能管理中心组件。根据实验室不同的研究、开发、教学等业务提供一个全面的基础通讯硬件平台。[1]
2.实验室应提供与行业应用相符的实验环境。信息安全实验室提供与学生目标实践场景相符的实验环境，使学生在真实的网络环境中完成技术实践，具备行业安全人才必备的思考方式和技术能力。
3.具备较强的扩展能力。随着信息安全技术发展新趋势，实验室势必要更新实验教学的内容.适时而方便灵活的增添新的实验教学设备，无需调整现有实验设备和网络架构.对新增添的设备，实验管理平台系统亦能够对其管理和控制.
4.实验室提供科学研究。针对教师科研需求，为承接课题研究的教师提供良好的实验环境，完成网络与信息安全方面的应用研究和技术开发，有助于快速提升教师在信息安全技术领域的教学和科研水平.同时为信息安全学科建设和人才培养方案的制定提供良好的支撑。
二、网络与信息安全专业实验室构建方案
1.实验室拓扑结构
（1）、实验室布局。实验室采用目前较为流行的岛式布局，每个实验台可供6人同时实验，每个实验小组都能在一个实验台上单独完成全部实验内容。由8个实验台可以构成一个实验室，供48人左右实验。
（2）.网络拓扑结构。
1号线：红色，教师机、学员机、服务器与中心交换机组连线，不可拔除。
2号线：蓝色，每个实训台中的CCM与中心交换机组连线，不可拔除。
3号线：绿色，学员机验证调试连线，可拔除。
2.信息安全实验室作为教学的有力支撑
实验室的建设是要为实践教学服务提供支持的，因此，校企在合作建设中要必须全面支撑信息安全领域的教学内容。在高校领域，可全面开展信息安全基础学习，同时提供了多种实验环境，用于开展真实的网络对抗及攻防，提供了按目标设计的实验课程，使学生可以根据安全目标或者安全项目的实际需求根据所学的内容进行综合性设计实验。
（1）、安全基础知识学习及实践环节的主要教学内容
（2）、实验平台可以实现不同的攻防及对抗演练：
攻击类： 网络ARP攻击、 Tomcat攻击、应用服务入侵、XSS攻击和协议攻击等16个标准实验。
防御/加固类： WinServer安全加固、Linux用户管理、安全基线分析、信息安全风险评估、木马处理与DOS攻击处理等10个标准实验。
攻防类：端口扫描攻击检测实验、木马攻防实验、DDOS攻击检测实验、 Buffer Overflow攻击检测实验等5个标准实验。[2]
（3）、根据实验目标自主设计实验
为了满足实验室的建设目标，以实际运行的、动态的、真实网络为原型，从中提取出一个与原网络各项性能要求近似的物理和逻辑模型，进而构建可满足实验运行的多种环境，达到用于进行攻防实验、作为系统安全漏洞、评估网络设备与安全及多种安全操作的实验平台。
3.实验室管理
（1）、统一平台管理
所有用户（管理员、单一学员用户、通用学员账户）的操作统一到一套系统上，即全部用户面对的只有一个管理控制中心；所有用户只需要在IE中输入管理控制中心服务器的IP地址，输入相应的用户名和密码，即可以获得不同的用户权限。
（2）、分组教学，团队合作完成实训任务
通过独立的分组设计，组与组之间的成员不会相互干涉，相对独立，避免了组与组之间的成员误操作或者恶意操作带来的危害。
（3）网络设备配置与拓扑信息保存功能：网络环境中包括各个网元设备的配置信息与网络整体环境的端口连接关系，对于大部分大型实验都无法在较短时间内完成，所以多次反复的进行实验操作是十分关键的。统一管理平台能够将这些信息存档保存，而且能够实现在短时间内还原到真实设备上，让实验环境快速还原。
三、信息安全攻防实验室建设特点
1.丰富的安全实验功能及网络攻防功能
实验室建设除可以完成密码学等基础实验，还可以完成密码学应用，应用服务器安全、网络攻防；联合防火墙、IDS、攻防实验平台等安全设备实现在复杂网络环境中的网络对抗实验。[3]
2.易于扩展
实验室综合管理平台既可以对一间教师的设备进行管理，也可把多间教室合并成一个大的逻辑实验室。增减实训组或实验室都十分灵活。
3.提供来自实际案例的综合性实验
学生将来在工作岗位要真正接触到实际问题，针对这一需求，提供来自实际案例的综合性实验。在综合性实验中告诉学生某一个大型企业的情况，共有多少人，哪些部门，地理分布如何，管理水平如何，有哪些应用系统等等。让学生根据这些背景，运用所学的知识，去设计这个大型企业的整网安全解决方案。
4.配有内容丰富的实验指导手册
网络与信息安全实验室配套了内容丰富的专业实验手册，以供教学参考。实验手册中对每个实验的教学目的、实验的真实环境描述、实验的设备、实验设备间相连的网络拓扑、实验操作步骤、实验结果及验证等内容，描述详尽、图文并茂，可以直接当作教材用。
参考文献
[1] 陈 琪， 蒋函夏. 新时期高校网络安全实验室的建设研究[J].信息通道 ， 2014，（2）
高校网络实验室建设方案范文3
关键词：高职院校；信息安全专业; 专业实验室；方案设计
1、引言
目前，信息安全已发展成为一个综合、交叉的学科领域，它需要综合利用计算机、通信、微电子、数学、法律、管理、教育等等诸多学科的长期知识积累和最新研究成果。信息安全也是一个复杂的系统工程，涉及到信息基础建设、网络与系统的构造、信息系统与业务应用系统的开发、信息安全的法律法规、安全管理体系等。信息安全作为一门新兴、综合、交叉学科，涉及的领域也很多，因此除了工程教育共有的特点，信息安全人才培养有其独有的特点：信息安全领域知识覆盖面宽、信息安全知识更新快、信息安全教育是一种持续教育、信息安全教育需要面向多样化、层次化的人才需求、信息安全教育更注重应用和实践能力。
作为高职院校信息安全专业，应该在专业培养目标明确的前提下，充分考虑信息安全人才培养的特点，对专业实验室建设进行科学设计，准确定位，才能发挥专业实验室对培养学生核心能力，提高动手能力的重要作用。
2、专业实验室建设的定位
高等职业教育培养的是面向生产、建设、服务和管理第一线的高级应用型人才，“高级”强调的是理论基础宽厚，“应用型”强调的是技能熟练程度，因此培养具备较扎实的专业理论知识和一定实践操作技能的“高级蓝领”（社会上把企业中的人员按其受教育程度、工作性质、创造的价值、获取的报酬等综合因素分为金领、白领、蓝领。随着我国加入WTO与经济全球化的发展，我国的国民经济结构调整使许多企业进行了产品结构的调整，岗位技术含量正在不断增加，“蓝领”“白领”的边际正在模糊和淡化，“高级蓝领”应运而生。
以浙江警官职业学院司法信息安全专业为例，该专业的培养目标是为司法行政机关及其他行政机关、企事业单位培养信息安全管理员(运行维护)，为信息安全企业培养安全服务工程师，为公安机关培养网络警察，培养能够胜任“信息安全事件的预防、发现、处置”工作的技能型、管理型、复合型人才，主要满足一线工作岗位、实践操作技能强、具有大专学历层次的信息安全人才需求。因此，高职院校司法信息安全专业更加注重实践教学，更加注重学生动手能力的培养，更加注重学生职业能力的培养。
3、专业实验室规划与设计
3.1专业实验室规划
信息安全综合实训室的建设紧紧围绕网络信息安全事件“预防发现处置”工作流程为主线，以学生职业能力培养为中心，实现“教、学、做”一体。目标为培养掌握最前沿高级信息安全的实用技能型人才，突出网络信息安全事件处置能力的培养，加强网络安全技术应用与管理能力、信息安全事件处置能力的实训。
3.2专业实验室设计
信息安全综合实训室实验实训综合系统分别由信息安全基础实验室系统(实验性质、仿真环境)、信息安全仿真实训平台(实训性质、仿真环境)、信息安全综合实训平台(实训性质、全真环境)三部分组成,学生通过该实验实训系统的训练，逐步完成从基本技能培养岗位能力建立岗位能力提升及强化三个层次职业能力的三次提升。
（1）信息安全基础实验室系统——（实验性质、仿真环境）
信息安全基础实验室系统能够提供多种常用信息安全产品的仿真环境，能够完成人机操作、多机操作等攻防实验内容。配合理论教学供学生进行日常上机实验，教师可以参照实验室教材与标准讲义，指导学生通过实际操作理解典型网络攻击的原理与手法，进而掌握针对这些典型攻击的各种网络安全防御手段，同时掌握常用网络安全防御软件的配置使用方法。 （教学软件+硬件集成为一体）
要求满足：50人能同时进行交互操作。
（2）信息安全仿真实训平台——（实训性质、仿真环境）
信息安全仿真实训平台通过还原职业活动情景的方式，仿真多种企业环境，重建企业不同的网络安全需求，采用案例分析模式，任务驱动的教学方式，培养学生对企业各种安全问题的综合处理能力，使其掌握不同网络环境下对一系列安全产品的综合部署和配置方法。支持多人配合完成实训任务，具有高互动性和真实性，培养学生团队工作意识。实训方案来源于真实企业需求，并参照国家职业技能鉴定标准符合当前信息安全保障工作对实用型信息安全人才的要求，实现学习与就业的无缝衔接。（教学软件+硬件集成为一体）
要求满足：50人能同时进行交互操作。
4、结语
信息安全综合实训室主要是针对司法信息安全专业岗位（信息安全管理员-运行维护）所要求的核心能力（网络安全技术应用能力和信息安全事件的综合处置能力），进行设计的。信息安全综合实训室的建设为信息安全人才培养提供了全方位的实验环境, 学生在这里通过实验、实训，能够加深对网络攻击技术、网络渗透技术、服务器入侵技术、网络防护技术、数据恢复技术及计算机信息的加密与解密等技术原理的理解，掌握防火墙、IDS等网络安全产品的搭建、配置与使用，电子证据的固定与分析，电子数据恢复，信息安全事件的综合处置等核心技能，对于提升学生就业能力将有直接帮助，同时，对改善学校办学条件、提高教学质量、培养高素质操作技能强的信息安全人才具有十分重要的意义。
参考文献
[1]李建华，张爱新等.信息安全实验室的建设方案[J].实验室研究与探索，2009（3）：65-67
[2]钟平,王会林.高校网络安全实验室建设探索[J].实验室科学,2010(2):122-124
高校网络实验室建设方案范文4
关键词：高等院校；实验室；资源共享
随着高等院校越来越注重学生的应用能力培养，很多高校在实验室的建设上不断地投入人力、物力和财力，但在这个过程中实验室的重复建设、资源配置不合理等高校实验室利用率不高的问题不断出现。为了充分提升高等院校实验室资源利用率，就需要在实验室的建设和使用上进行合理的规划。
一、实验室在高校中的重要作用
高校在教育学生的过程中，一般分为理论课和实践课，除了校外实践基地之外，实验室也是高校进行实践课教学的重要手段。实验室的教学能够提高学生解决问题的能力、创新能力和独立思考能力。具体而言，实验室的建设在高校发展中具有以下重要作用。
第一，它是高校实践教学的重要组成部分。高校的实践教学大多是在实验室中完成的，这是由于很多校外实践基地依赖企业，高校的主观能动性较差。而实验室作为高校中重要的组成部分，教师和学生都能够较为容易地在实验室中获得一些实践经验，可以把理论内容学以致用。第二，它是培养创新型人才的摇篮。目前各高校均想培养应用型人才、创新型人才，这些人才的要求就是理论扎实、动手能力强，理论知识可以通过老师讲解、学生自学等方式较为容易地掌握，但是没有进入社会的学生是很难获得动手实践的机会的，这就需要进行实验室教学，使学生获得一些实践机会，培养独立思考、努力创新的意识。
二、高校实验室资源利用率不高的表现
高校实验室资源利用率不高的一个原因就是不同院系同种类型的实验室重复建设的问题，即由于实验室分属高校内不同院系造成的实验室“孤岛现象”，由于高校实验室不能够实行全校统一管理，造成了重复建设和资源配置不合理等现象，具体表现有：
1.实验室资源配置不合理
（1）实验室的管理体制、机制陈旧。一所高校用于实验室建设的经费是有限的，这就导致不同院系在实验室建设方面存在竞争关系，不同院系对于实验室建设经费的分散使用导致很难引进水平较高、质量领先的使用设备，也导致了实验室的维护经费紧张的现象出现。（2）院系之间资源共享性较差。一方面，由于高校内不同院系分管各自所属的实验室，所以院系间的实验室资源信息沟通不完善，导致资源不能有效共享。另一方面，由于实验室的损耗费用和维护费用由所属院系负责，所以院系之间也缺乏实验室资源共享的积极性，基本上都抱着能不共享就不共享的心理在管理各自的实验室。
2.实验室信息平台建设不完备
高校网络实验室存在资源不充足、分布不均匀、共享不完善、位置分散不易管理等问题，究其原因就是高校未建立实验室平台的共享信息资源，导致学生在学习过程中难以实时性地学习，也导致不同院系的资源共享存在问题。
3.实验室资源开放性不够
高校实验室相对于我国整个社会来说资源丰富，应该在空闲期间向社会开放，以提高实验室的利用率，并能够为高校增加收入、节省成本。虽然很多高校都认为这种办法可行，但是也存在着种种困难。高校管理者对于实验室资源的管理不能形成负责机制，只是机制，应该由政府出台一些行政法规来鼓励高校资源面向社会，以合理利用高校实验室资源。
三、高校实验室资源利用率提升策略
在高校实验室资源利用率不高的大背景下，提升实验室资源利用率是高校资源合理配置、提高教学质量的必要之举。笔者认为应该从以下几个方面来进行。
1.合理配置实验室资源
合理配置实验室资源就是要共享实验室资源，打破院系之间的“孤岛现象”，这就要做到院系之间进行实验室共享，具体如下：
（1）做到不同院系之间信息资源的共享，指的是在不同院系之间实行实验室信息公开透明化，具体包括科研设备公开透明化、人才梯队建设公开透明化、科研成果公开展示和科研项目立项的公开。以上这些信息资源共享之后，不但不会降低各院系的实验室力量，还可以整合全校的实验室力量，吸引相关研究领域的教师进入科研中、实验中，能够提升整个学校的科学研究能力。
（2）做到不同院系之间设备和仪器的共享，指的是实验室的科研设备不同院系之间共享，这样可以避免不同院系的相同实验室重复购买、重复建设的问题。不同院系相近学科还可以共同建设一个实验室，在购买软硬件过程中，考虑两个院系的共有需求和独特的需求，使共有实验室可以满足多个专业相近院系的需求。针对实验室设备磨损等问题，可以请一个实验老师进行具体的管理，每个院系做完实验之后进行检查，实行分时间段负责制，谁损坏谁赔偿。
（3）做到不同院系之间服务资源的共享。由于实验室不同院系的交叉使用，就不可避免会出现一些权责难以分清的状况，这就需要几个使用同一个实验室的院系分享服务资源，划分服务权责，最大限度地降低矛盾发生的可能性。
2.利用云计算技术在高校间共享资源
高校应利用云计算技术来服务网络实验室，既能降低购买设备的成本，又能使学生实时性地学习。云计算技术就是利用网络构建庞大的资源共享实验室，可以通过云技术把实验室内容共享到教师的办公室、学生宿舍，乃至于社会和家庭。其优点显而易见：（1）利用云计算技术不用更新硬件设备，通过网络就可以获得不同高校的优质资源；（2）在知识更新速度极快的今天，云计算技术可以使学生获得实时性的知识；（3）通过云计算技术可以使高校实验室数据存储在云端，减少了计算机故障、病毒等因素导致的数据损失；（4）云计算技术有助于降低高校因更新服务器、计算机硬件、软件设备产生的成本，节省高校宝贵的科研经费。云计算技术能够提高高校的资源利用率，帮助优化高校实验室资源。除此之外，云计算技术还能够为高校相同、相近专业的沟通建设桥梁，高校之间的互相学习和沟通也有助于我国高校科研水平的提升。
3.实现实验室面向社会开放
高校实验室面向社会开放既能够合理利用高校资源，也能够满足一些社会人士对实验室的需求。在实验室开放的过程中，需要政府和高校双双负起责任。一方面，政府应该允许高校实验室有偿开放，给予高校实验室资源合理开放的政策性支持。另一方面，建立有效的实验室开放管理体制，明确什么样的实验室不能开放，什么样的实验室可以开放，实验室开放后如何管理。此外，还应该在开放过程中给予学生勤工俭学的岗位，培养学生管理实验室的技能，在学生的管理过程中，通过培训社会人士，既能巩固自己所学知识，又能够培养学生的个人素质、能力。建立起良好的实验室开放制度，高校可以通过实验室的有偿开放获取一部分经费，从而减轻了实验室的维修、固定资产折旧费等负担；而社会公众对于实验室的需求可以得到满足，从而能够激发社会对于科学方面的热情，所谓“高手在民间”，也许还能够为我国的科研创新提供新的力量。
高校在发展过程中为了更好地和社会接轨就必须建立实验室，但是目前高校实验室资源浪费严重，本文认为应该从合理配置实验室资源、利用云计算技术实现高校间共享资源和通过向社会开放高校实验室三个方面提升高校实验室的利用率。
参考文献：
[1]徐迪威.云计算关键技术探究[J].现代计算机：专业版，2010（07）.
高校网络实验室建设方案范文5
关键词:网络实验室;路由器;交换机;企业网
随着科学技术的不断发展,社会对网络的依赖性与日俱增,国内外各行各业正处于全面的网络化进程中,互联网、物联网等应用正在加速发展,不仅需求高级网络技术人才,还特别需求网络实施、维护管理等方面的高技能人才。而目前普通高校网络实验偏重于网络原理,实验室的建设基于验证网络技术,与企业网络的需求没有直接的关系。就目前使用比较广泛的锐捷网络实验室而言,它分为“面向网络教学”和“面向网络研究”两个层面;面向教学的网络实验,让学生搭建网络、动手调试、配置网络,加深对网络原理、协议、标准的认识;面向研究的网络实验,进行各种前沿的实验,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。实验室的结构以RACK组为单元,如图1所示。所有实验设备根据一个涵盖所有实验的大拓扑预先连接好,学生根据不同的实验要求在IE界面上选择设备进行实验,很少接触设备,如图2、图3所示。
技师学院是我国培养高技能人才的主阵地,注重培养学生实际的操作能力和解决实际问题的能力,所以,建立一个符合现代企业需求的功能细分型网络实验室十分必要。
1 功能细分型网络实验室的建设思路和所具备的功能
组建符合企业需求的网络实验室必须了解什么是企业网络?企业网络有哪些需求?企业网是企业内部网的简称,又称Intranet,是Internet技术在企业内部的应用,它实际上是采用Internet技术建立的企业内部网络,它的核心技术是基于Web的网络应用。企业强调应用为上,注重安全、稳定、可靠、高效和易于维护及运行的低成本。所以,技工院校网络实验室的建设必须以企业需要为导向,将实验内容化为一个个任务或课题,尽可能做到一个任务解决一种应用,将网络技术具体化到实际应用中,将抽象的理论和具体的实践结合起来。所以符合现代企业需求的功能细分型网络实验室不同于常规意义上的网络技术实验室。
(1) 常规网络实验室的功能和作用
普通高校的网络实验通常是以验证网络技术为主,以CISCO(或锐捷、华为)的CCNA、CCNP、CCIE考核内容作为网络技术教学和实验的主要内容,在实验室中,学生不用了解网络的施工和物理拓扑,所有设备都已安装连接好。学生面对的只是一张张网络拓扑图和配置界面。目前,技工院校的网络技术教学和网络实验室也参照了普通高校的模式,实习内容同样偏重于验证网络技术,有的只是增加了少量的动手操作,主体上没有大的变化。在这种模式下,同学们学习和验证书本上所讲解的一个个网络技术,对企业网的概念和需求了解甚少,实际应用能力不高;同时,网络研究方面的实验收效甚微。急需一种真正开放设备端口,从基础做起,让学生从最基本的线缆制作开始,到原理图与施工图的对照,逻辑拓扑图到物理连接等操作的实验环境。以企业网内容的学习为主导,这样培养的学生才能满足企业的岗位需要。
(2) 功能细分型网络实验室的功能和作用
职业院校是培养高技能人才的学校,注重学生的实际动手能力,以技能培养为重点,注重与企业的合作,让企业网络的需求融入到教学中,让实验室模拟一个真实的企业网络,实现企业网络的架构设计、方案实施、应用平台搭建和运行维护等功能,使得学生贴近市场的需求,与企业接轨。
在这种需求下,需要一个全新的网络实验室结构和实验内容,既满足于基础网络技术的学习,又满足市场的需求。用任务驱动教学法,将企业网拆分成若干个任务或模块,先小后大,先简后繁,先易后难,一套完整的实验就是一个完整的企业网,每个模块的学习都能让学生掌握一个具体的应用。
2 实验室的架构和设备组成
(1) 功能细分型网络实验室总体结构
网络实验室以组为单位,每个组有相同的配置,模拟一个小型的企业网络。每组大约4～5名同学,大多数实验以组为单位,少数实验多组合作。根据实验的需求,由学生自己完成线缆的制作和设备的连接,见图4。
每组有一个机柜和6台计算机,分别是LINUX服务器、客户机、WINDOWS SERVER 2003服务器等,有独立的外网接入,组与组之间可通过以太网(或串行线)连接。同时,实验室中另有共用核心交换设备和服务器群与各小组进行连接,作为共用服务器,存放各种软件、资料和学生成绩。为了教课的需求,每组有2台PC通过无线网络构成一个独立的多媒体教学网。
(2) 每组网络设备的组成
每个机柜中设备组成:1台三层交换机(模拟核心层),2台三层交换机(模拟汇聚层),2台二层交换机(模拟接入层),2台路由器。为了保护设备的端口,采用3个配线架,将所有设备的端口(包括consol端口)用线缆都连接到配线架背面压线端(每台交换机建议连接5到8个端口),配线架RJ45端口上标明所连接的设备和端口号,同学们的所有接线操作都在配线架上完成,见示意图5。配线架上其余端口用于组与组和组与核心设备及服务器群的连接,见图6。
(3) 实验设备的选择依据
在企业网的组成中,网络架构通常采用CISCO推荐的三层结构形式。所以,实验室中设备选择也依据这种结构,设备选择如表1所示。
因为是实验室,选择设备只考虑功能的齐全而不强调性能的强弱,可降低整个实验室的成本。另外,网络架构的层次还可以是2-3-2的结构,只需将3550和2960互换一个就可以了。
整个实验室的设备连接如图7所示,实验室核心交换机通过双绞线与每组的接入路由器相连接,作为每组的Internet连接。在核心交换机上启用ACL来限制组与组之间的相互通信,保证每个组与外网地址连接。
3 实验小组的拓扑结构和所完成的功能
3.1 实验小组结构图
一个组由八张桌子围成一个八角形,六台计算机,两张作为学生操作的工作台,桌子的中间放置一个小机柜,机柜的门朝向空出的桌子,便于同学们的设备操作。空桌子上原键盘位置安装抽屉,用于放置工具和小配件等,见图8。
每张桌子上都有两个RJ45模块,一个连接到电脑的网卡,另一个连接到USB口(也可以到COM端口)。计算机用USBCOM转接线连接设备的consol口,进行设备的初始配置,如图8。
3.2 网络实验的拓扑图
实验主要有两方面内容:一是网络的基础课程实验,以验证网络技术为主;另一个是组建和实现企业网络的结构和功能。网络基础实验的拓扑根据实验指导书的要求进行设备连接和配置。而企业网的学习随实验的进度不断完善和扩大拓扑,如图9。
设备连接的几点说明:
(1) S1为核心层交换机,S2和S3为汇聚层交换机,S4和S5为接入层交换机,R1为互联网接入路由器,R3为串行网络或VPN实验用路由器。
(2) 网络的逻辑结构:R1、R3、S1、S2、S3等五个设备构成第三层IP网络,设备之间通过OSFP动态路由协议通信,S4和S5构成第二层网络,S2和S3汇聚设备上进行策略应用和完成VLAN间路由。R1作为互联网的接入设备启用NAT和ACL功能,还可以考虑实现防火墙的部分功能,如图10。
(3) 我们还组建了一个独立的无线教学网,作为老师教学用,具体结构如图11。无线网卡仅与教师机成为一个无线介质网络。这样不论学生机的网络配置和实验内容是什么,都不影响教师进行讲课。
(4) 多组合作的思考,在进行多组合作方面,相邻两个组之间通过串行网络或以太网络进行联接,以实现远程网络VPN或其他扩展实验。
4 实验室IP地址的规划
整个实验室地址采用172.16.0.0/16的网络地址,见表2。
由于实验室的核心交换机与每个小组之间采用了第三层网络进行连接,所以,只要路由和核心设备配置正确,每台PC都能访问外网和服务器群。
5 实验室在功能上的扩展
(1) 组与组之间的实验扩充
通过多组合作组建更大的网络,模拟一个大型企业多个分公司的网络,完成通过公网和VPN技术进行通信的实验,还可以进行网络远程控制的实验。
(2) 无线网络的实验
随着无线网络802.1n标准的确定,无线网络作为有线网络的延伸和补充,在各企业已成为必需的,所以,给每个组增加无线AP和多块无线网卡,进行无线网络的桥接、中继等组网实验。
(3) 设备的统一管理和配置的清除功能
在本实验室中,我们没有实现所有设备的统一管理,如何清除学生保存的配置,或设置的enable密码等,我们考虑通过限制用户登录级别来完成,思科的网络设备还可以通过修改注册码命令,使网络设备启动时不读取NVRAM中的配置文件。计划使用终端访问服务器和八爪鱼线对所有的设备进行控制。
总之,结合职业院校的教育特点和目前企业网络对人才的需求,我们对技工院校类的网络实验室的建设提出了组建功能细分型网络实验室的概念,一方面是与高校的纯理论性和研究性的网络技术教学进行区分,偏重于实际动手能力的培养;另一方面更注重将技术理论的学习贯穿于实际的应用中,将纯理论性的教学具体化、实用化;再者,通过与企业实际应用的结合,将企业的需求作为教学的重点,能较好地提高学生就业的能力。
参考文献
高校网络实验室建设方案范文6
关键词：虚拟实验室 远程教育 虚拟建模 VRML
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）09（b）-0154-02
当今社会网络的充分发展，改变了传统的教学模式，因学习能够不受时空限制，远程教育已成为广受欢迎的新型教学模式。工科专业如何适应远程教育成了亟待解决的新课题。众所周知，工科教学实践性强，远程教学中，开发网络实验室必不可少。网络实验室提供虚拟的实验设备，让学习者通过网络浏览器，按照一定的实验步骤，完成某种专业实验，从而达到专业训练的目的。本文将研究如何利用虚拟现实建模语言在进行建模，构建远程网络实验室。
1 机电虚拟实验室的构建
虚拟现实建模语言VRML（Virtual Reality Modeling Language）是目前网络上三维网站制作的主流语言，它的突出优点是交互式、具有平台无关性等特点，可以帮助人们建立模拟真实世界的场景模型或虚拟三维环境场景建。
机电虚拟实验室是基于Web技术、VR虚拟现实技术，为机电专业相关课程的远程教学构建的开放式网络虚拟实验教学系统，将部分教学实验室的数字化和虚拟化，包括实验室环境、实验设备仪器、实验对象、实验信息资源等。例如，《电工学》课程实验当中，学习者通过选取虚拟元器件搭建电路，检测电路输出，使其对电路的设计、元器件的功用等有更深认识；《机械制造技术》课程实验可以选取相关机构虚拟部件，进行机械总体的搭建，从而让学习者掌握机床的相关构成。通过虚拟的实验室进行实验，既可以缩短实验的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可见的结构原理和不可重组的精密设备进行仿真实训，避免真实实验操作带来的各种危险。
VRML的访问方式基于C/S模式，它用文本信息描述三维场景，在网络上传输。服务器提供VRML文件，客户通过网络下载希望访问的文件，通过本地平台的浏览器（Viewer）对该文件描述的VR世界进行访问，并根据VRML规范在本地机上解释生成三维场景。文本描述的信息在网络上的传输比图形文件迅速，同时把复杂的处理任务交给本地机从而减轻了网路的负荷。正是这种优势，才使VRML在网络应用中有很快的发展。
2 VRML虚拟设备开发实例
《数控机床概论》课程是机电专业的一门传统课程，因设备大而且贵，传统知识展示只有文字、图纸和图片，因机构相对复杂，学习者往往觉得晦涩难懂。为了更形象和直观阐述这部分知识点，现使用VRML来实现虚拟机床部件结构和装配的辅助实验教学。开发机床各个部件的基本步骤如下：
（1）基本造型。制作一系列空间形体的三维造型和动画，并且为这些造型指定所需要的颜色、大小等特性参数；利用VRML的造型设计和VRML Script的动画链接虚拟出组装机床所需的主要硬件，将VRML文件嵌入到网页。
（2）建立虚拟运动空间，引入VRML的相关节点，实现基于三维的实验室模拟功能。通过VRML的动画节点控制和VRML Script的结合。制作出安装、注释和视点切换的效果。
（3）VRML场景优化，在构建场景的过程中，利用VRML提供的高级造型技术适当优化。
在网络学习中，学习者通过浏览器，可将随意旋转的三维的虚拟硬件模型，与教材中的二维图片信息进行对比和参照学习，加深对知识的理解和掌握。在学习的过程中，只要按相应的步骤点击相应的按钮，拖动鼠标或按钮可以随意地移动机床组件到指定的位置进行安装。学习者根据装配指示，按照安装步骤完成机床床身、导轨、工作台、刀具等部件的组装。通过VRML Script语言的链接。制作出生动有趣的动画效果和逼真的声音效果。例如，摇动手轮，工作台托架就会滑动，甚至还可设计马达转动时的声音，使学习者能动态地观看到效果。有一种身临其境的感觉来完成学习的过程。
2.1 基本造型
基本造型是通过VRML文件来对三维部件进行描述的。VRML文件一般有四个主要成份：VRML文件头、原型、造型和脚本、路由。并不是所有的文件都包括这些要素，唯一必须的是VRML文件头。VRML文件包含描述机床组成部件的空间造型及属性节点。单个节点描述造型、颜色、光照、视点、以及造型、动画定时器、传感器、内插器等的定位和朝向等。
以下为一个机床工作台建构架构：
Group { # 定义工作台
children [它描述一个几何形状及其颜色等特征
Shape { #定义几何体方盒节点
geometry Box { ... } # 长方体
} # Shape定义结束
] # children定义结束
} #Group定义结束
机床工作台相当于一个大组件Group，在此组节点范围之内定义工作台的所有几何等形体要素，具体的小零部件，用子域来进一步定义，这样就可以把虚拟场景组织成条理清晰的树形分支结构。
2.2 机构部件的动画效果
为了使虚拟空间具有动感，需要设计相关部件的运动。VRML中的动画产生是由于变动了任何一个坐标系的位置、方向和形体比例，从而使物体按你所想的方式飞行、平移、旋转或按比例缩放。可以通过在构造指令中定义相关绑定指令，通过绑定多个节点，创建多个路由，从而使虚拟实验室空间具有更为逼真的动感。
下面用机床上手轮的旋转运动作为实例进行说明。当手轮受到碰触后，就会连续转动，我们先建立一个时间检测器节点，来实现启动和定制转动的动画，而随时间变化的旋转动作可用脚本节点或方向插补器节点实现。
由程序可知，手轮包含两个子节点，前者定义它的形态为一个环形，后者把它定义成接触检测器。旋转值指定的初始值是“1 1 1 0”，分别定义旋转轴、旋转角的初始状态。
为了使手轮连续旋转，需要使用时间检测器来等间隔连续发送的时间序列，并以此触发驱动手轮旋转事件。
DEF ticker TimeSensor {
cleInterval 0.1
loop TRUE
enabled FALSE
}
这个时间检测器用于启用和停用时间检测器，这一状态可以被修改。由程序可知，启用的时间检测器每隔0.1秒送出一个事件，以此触发转动事件，即每0.1秒调用一次驱动函数，从而驱动手轮连续旋转。
3 结语
实践环节实现是远程教学模式中的难点，三维虚拟实验具有先进性和共享性，能在一定程度上满足教学的需求。本文利用VRML语言研究开发虚拟机电实验室，通过具体案例，对虚拟设备建模过程进行了剖析，为远程教育模式下工科课程的部分实践环节提供了有效的解决途径。
参考文献
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[2] 张德发.高校网络虚拟实验室特点与建设[J].信息与电脑：理论版，2011（8）.
[3] 叶华，张仁津.虚拟现实技术实验教学课件的制作和应用[J].安顺学院学报，2010（1）：91-93.
