ＶＬＡＮ技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

錢愛增

摘 要:VLAN技術(shù)是整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重難點(diǎn)內(nèi)容之一,筆者根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn),利用我校的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室,從不同的角度對(duì)傳統(tǒng)意義上的三個(gè)VLAN實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目利用不同的方法進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),既讓學(xué)習(xí)者的想法在實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證,又加深了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解,取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:VLAN 路由器 Trunk

中圖分類號(hào):TP393.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-8454(2009)15-0075-04

可網(wǎng)管交換機(jī)的設(shè)置及VLAN技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重難點(diǎn)內(nèi)容之一,不僅理論知識(shí)比較抽象,對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的硬件要求也很高。筆者根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn),利用我校的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室,從不同的角度,對(duì)傳統(tǒng)意義上的三個(gè)VLAN實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目利用不同的方法進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),既讓學(xué)習(xí)者的想法在實(shí)驗(yàn)中得以驗(yàn)證,又加深了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解,取得了較好的教學(xué)效果。

一、學(xué)習(xí)者特征分析

學(xué)習(xí)者的一般特征是指對(duì)學(xué)習(xí)者有著影響的生理、心理和社會(huì)等方面的特點(diǎn)。[1]本實(shí)驗(yàn)是針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的,其年齡均在20歲以上,思維有較強(qiáng)的抽象性,觀察實(shí)物目的性和系統(tǒng)性較強(qiáng),注意力更穩(wěn)定,成就動(dòng)機(jī)增強(qiáng),具備較強(qiáng)的自我管理、自由思考和學(xué)習(xí)的能力。而且,在此之前,他們已開設(shè)過許多實(shí)驗(yàn)課,具備了較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力。

更值得注意的是,在VLAN技術(shù)內(nèi)容課堂講解時(shí),許多同學(xué)針對(duì)傳統(tǒng)意義上的三個(gè)VLAN實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出了不同的實(shí)現(xiàn)方法,如VLAN間互訪能否用雙臂路由器、三層交換機(jī)或物理連線的方法實(shí)現(xiàn),能否實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)的VLAN間互訪等,想法很具有創(chuàng)新意識(shí)和開拓意義,雖然有不足,但樸實(shí)直接。實(shí)驗(yàn)本身就是一個(gè)通過具體實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證思路是否正確的過程,因此,根據(jù)同學(xué)們自身的這些特點(diǎn),除傳統(tǒng)意義上的單交換機(jī)VLAN劃分實(shí)驗(yàn)、采用trunk技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)VLAN劃分實(shí)驗(yàn)、單臂路由器實(shí)現(xiàn)單交換機(jī)VLAN互訪實(shí)驗(yàn)三個(gè)實(shí)驗(yàn)外,我們對(duì)其他各子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分析

本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為VLAN技術(shù),除了要從理論上將該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理給學(xué)生講明白外,還要在實(shí)驗(yàn)設(shè)備交換機(jī)和路由器上將該技術(shù)的結(jié)果實(shí)現(xiàn),因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)放在講解各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的原理、數(shù)據(jù)流程、進(jìn)行配置的具體步驟和測(cè)試結(jié)果的分析上。

三、確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是師生活動(dòng)的重要依據(jù),根據(jù)學(xué)習(xí)者特征分析和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分析,結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的總目標(biāo),確定本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)為掌握VLAN技術(shù)在交換機(jī)和路由器等實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的具體實(shí)現(xiàn),能夠做到單組獨(dú)立完成,鍛煉同學(xué)們的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。[1]進(jìn)而提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與組建能力、虛擬局域網(wǎng)應(yīng)用能力、交換機(jī)路由器等設(shè)備的配置能力,提高學(xué)生的局域網(wǎng)理論認(rèn)識(shí)水平和實(shí)踐操作能力。

根據(jù)同學(xué)們自身的特點(diǎn),除傳統(tǒng)意義上的第三個(gè)VLAN實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外,我們還設(shè)計(jì)了另外五個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。八個(gè)子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分別用阿拉伯?dāng)?shù)字進(jìn)行了標(biāo)記,它們構(gòu)成了第三層次的子目標(biāo),傳統(tǒng)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目用字母“t”進(jìn)行了標(biāo)記,實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)體系如圖1所示。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施流程的設(shè)計(jì),不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的組織方式不同。[2]本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能根據(jù)所學(xué)VLAN理論知識(shí),按照實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的要求來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的步驟,利用實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備單組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)具體設(shè)計(jì)步驟如下。

1.單交換機(jī)VLAN劃分實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在VLAN技術(shù)實(shí)驗(yàn)中遇到的第一個(gè)實(shí)驗(yàn),是學(xué)習(xí)后續(xù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)過程相對(duì)比較簡(jiǎn)單,關(guān)鍵是理解VLAN理論知識(shí)的內(nèi)涵,從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果聯(lián)系相關(guān)的VLAN理論知識(shí)再去重新認(rèn)識(shí),從而達(dá)到掌握VLAN技術(shù)實(shí)驗(yàn)的目的,因此本實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排1個(gè)學(xué)時(shí)。

實(shí)驗(yàn)用到一臺(tái)可網(wǎng)管交換機(jī)DCS3926、3臺(tái)PC機(jī)和連接線若干,分別將pc1、pc2和pc3連接至該交換機(jī)的1、2、3端口上,IP地址和子網(wǎng)掩碼分別配置為192.168.1.1/24、192.168.1.2/24和192.168.1.3/24。我們?cè)诮粨Q機(jī)上建立VLAN10和VLAN20兩個(gè)VLAN,其中交換機(jī)端口1劃分到VLAN10中,交換機(jī)端口2和3劃分到VLAN20中。

DCS3926交換機(jī)配置如下:[3]

(1)創(chuàng)建VLAN

switch#config //進(jìn)入交換機(jī)配置模式

switch(config)#vlan 10 //建立vlan10

switch(config-vlan10)#exit //退出vlan10

switch(config)#vlan 20

(2)將端口放入VLAN中

switch#config

switch(config)#vlan 10 //進(jìn)入vlan10

switch(config-vlan10)#switchport interface Ethernet 0/0/1 //將交換機(jī)端口1加入到vlan10中

switch(config-vlan10)#exit

switch(config)#vlan 20 //進(jìn)入vlan20

switch(config-vlan20)#switchport interface Ethernet 0/0/2-3 //將交換機(jī)端口2和3加入到vlan20中

(3)驗(yàn)證結(jié)果

配置完畢后,用ping命令進(jìn)行測(cè)試:結(jié)果pc1不能與pc2和pc3通信,pc2和pc3互通。

2.跨交換機(jī)VLAN劃分實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)是前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)相同VLAN間通信,因?yàn)橛辛藢?shí)驗(yàn)1做基礎(chǔ),本實(shí)驗(yàn)安排1個(gè)學(xué)時(shí)。本實(shí)驗(yàn)用到DCS3926可網(wǎng)管交換機(jī)兩臺(tái)、PC機(jī)4臺(tái)和相關(guān)連接線,pc1、pc2 、pc3和 pc4IP地址與子網(wǎng)掩碼配置分別為192.168.1.1/24、192.168.1.2/24、192.168.1.3/24和192.168.1.4/24。在兩臺(tái)交換機(jī)上分別建立VLAN10和VLAN20兩個(gè)VLAN,并將該交換機(jī)的1~8端口放入VLAN10中,將9~16端口放入VLAN20中,具體交換機(jī)配置參見實(shí)驗(yàn)1。

本實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)子實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)(1)采用物理連線的方法實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)相同VLAN間通信,實(shí)驗(yàn)(2)采用trunk技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)相同VLAN間通信,分別如下:

(1)物理連線方法

如圖2所示,分別將兩臺(tái)交換機(jī)的VLAN10和VLAN20用網(wǎng)線直接連接,pc1、pc2、pc3和pc4均接在相應(yīng)交換機(jī)的相應(yīng)VLAN中,用ping命令進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果pc1與pc2,pc3和pc4能夠互通,但pc1、pc2與pc3、pc4不通,實(shí)現(xiàn)了跨交換機(jī)相同VLAN間通信。

(2)采用trunk技術(shù)方法

如圖3所示,兩臺(tái)DCS3926交換機(jī)通過24號(hào)端口相連,pc1、pc2分別連接在switch A和switch B的VLAN10的1號(hào)端口上,pc3、pc4分別連接在switch A和switch B的VLAN10的9號(hào)端口上,Switch A上配置trunk步驟如下:

switch A#config

switch A(config)#interface Ethernet 0/0/24 //進(jìn)入switch A24號(hào)端口配置模式

switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport mode trunk //設(shè)置switch A24號(hào)端口為trunk模式

switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport trunk allowed vlan all //允許switch A所有VLAN通過

switch B上作同樣配置,然后用ping命令進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果顯示pc1與pc2互通,pc3與pc4互通,而pc1、pc2與pc3、pc4不通。

(3)兩種方法對(duì)比分析(見表1)

從表1對(duì)比我們可以得出一個(gè)很顯然的結(jié)論:trunk技術(shù)方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于物理連線方法。

3.VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)

VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)仍然是前面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的延續(xù),該實(shí)驗(yàn)總體又分為單交換機(jī)互訪和跨交換機(jī)互訪兩個(gè)子部分,具體實(shí)現(xiàn)如下:

單交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)共有四種實(shí)現(xiàn)方法,所用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示,分別實(shí)現(xiàn)如下:

1)物理連線方法

如圖4中Ⅰ圖所示,在交換機(jī)switch A上的VLAN10和VLAN20用一根網(wǎng)線直接相連,用ping命令測(cè)試pc1和pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

2)用三層交換機(jī)方法

將圖4中Ⅱ圖中的“設(shè)備”接上一臺(tái)DCRS5526三層交換機(jī),Ⅱ圖則變?yōu)橛萌龑咏粨Q機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN間互訪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),圖中pc1接在switch A的1號(hào)端口上,pc3接在switch A的9號(hào)端口上。首先,分別在switch A和三層交換機(jī)DCRS5526上分別創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8端口放入VLAN10中,將9~16口放入VLAN20中,詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)1中在DCS3926配置VLAN的過程,三層交換機(jī)DCRS5526交換機(jī)路由配置如下:[4]

switch#config

switch (config)#interface vlan 10 //進(jìn)入vlan10接口配置模式

switch (config-if-vlan10)#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 //為vlan10配置接口地址

switch (config-if-vlan10)#exit

switch (config)#interface vlan 20 //進(jìn)入vlan20接口配置模式

switch (config-if-vlan20)#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0 //為vlan20配置接口地址

用雙絞線將三層交換機(jī)1號(hào)端口接在switch A的2號(hào)端口上,將三層交換機(jī)9號(hào)端口接在switch A的10號(hào)端口上,為pc1配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.1.254,為pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.2.254。

配置完畢,在pc1上用ping命令測(cè)試pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

3)用路由器方法

將圖4中Ⅱ圖中的“設(shè)備”接上一臺(tái)DCR1792路由器,Ⅱ圖則變?yōu)橛寐酚善鲗?shí)現(xiàn)VLAN間互訪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),圖中pc1接在switch A的1號(hào)端口上,pc3接在switch A的9號(hào)端口上。首先,分別在switch A上創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8端口放入VLAN10中,將9~16口放入VLAN20中,詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)1中在DCS3926配置VLAN的過程,路由器DCR1702具體配置如下:[5]

router#config //進(jìn)入路由器配置模式

router_config#interface f0/0//進(jìn)入路由器f0/0口的配置模式

router_config_f0/0#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//為f0/0口配置IP地址

router_config_f0/0#exit

router_config#interface e0/1//進(jìn)入路由器e0/1口的配置模式

router_config_e0/1#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//為e0/1口配置IP地址

用雙絞線將路由器f0/0端口接在switch A的2號(hào)端口上,將路由器e0/1端口接在switch A的10號(hào)端口上,為pc1配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.1.254,為pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.2.254。

配置完畢,在pc1上用ping命令測(cè)試pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

4)用單臂路由器實(shí)現(xiàn)

如圖4中Ⅲ圖所示,將路由器接在交換機(jī)的24號(hào)端口上,然后在交換機(jī)上創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8號(hào)端口放入VLAN10中,將9~16號(hào)端口放入VLAN20中,詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)1中在DCS3926配置VLAN的過程,將24號(hào)端口配置為trunk模式,允許所有VLAN通過,詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)2中在DCS3926配置trunk的過程。路由器具體配置如下:[5]

router#config

router_config#interface f0/0.1//進(jìn)入f0/0.1子接口配置模式

router_config_f0/0.1#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//為f0/0.1子接口配置IP地址

router_config_f0/0.1#encapsulation dot1q10//封裝dot1q10協(xié)議

router_config_f0/0.1#exit

router_config#interface f0/0.2//進(jìn)入f0/0.2子接口配置模式

router_config_f0/0.2#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//為f0/0.2子接口配置IP地址

router_config_f0/0.2#encapsulation dot1q20//封裝dot1q20協(xié)議

為pc1配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.1.254,為pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24,網(wǎng)關(guān)為192.168.2.254。

配置完畢,在pc1上用ping命令測(cè)試pc3,結(jié)果pc1和pc3互通。

5)單交換機(jī)VLAN間互訪各種實(shí)現(xiàn)方法對(duì)比分析

從表2我們可以得出一個(gè)很顯然的結(jié)論:單臂路由方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于其他幾種方法。

(2)跨交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)

跨交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)是單交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展,和單交換機(jī)VLAN間互訪的4個(gè)子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)應(yīng),即可以通過物理連線方法、三層交換機(jī)、路由器和單臂路由器四種方法均可實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)拓?fù)淙鐖D5所示,根據(jù)圖5所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),參照單交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn),可以很快做出這四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,同樣按著表2四種實(shí)現(xiàn)方法的對(duì)比分析,我們可以很顯然地得出通過單臂路由器方法實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)VLAN間互訪實(shí)驗(yàn)是最好的,所以在此僅給出通過單臂路由器實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)VLAN間互訪的具體實(shí)現(xiàn),具體實(shí)現(xiàn)如下:

如圖5中Ⅲ圖所示,在交換機(jī)switch A和switch B上創(chuàng)建VLAN10和VLAN20,將1~8號(hào)端口放入VLAN10中,將9~16號(hào)端口放入VLAN20中,詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)1中在DCS3926配置VLAN的過程。將交換機(jī)switch A的23、24號(hào)端口和switch B的24號(hào)端口配置為trunk模式,允許本交換機(jī)上所有VLAN通過,詳細(xì)步驟參見實(shí)驗(yàn)2中在DCS3926配置trunk的過程,交換機(jī)switch A和switch B通過2號(hào)端口連接,switch A通過23號(hào)端口和路由器f0/0接口連接。路由器配置兩個(gè)子接口,IP地址和子網(wǎng)掩碼分別為192.168.1.254/24和192.168.2.254/24,詳細(xì)配置過程參見實(shí)驗(yàn)3單臂路由器實(shí)驗(yàn)中路由器配置。

分別為pc1和pc3配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.1.10/24和192.168.1.20/24,網(wǎng)關(guān)均為為192.168.1.254,為pc2和pc4配置IP地址和子網(wǎng)掩碼為192.168.2.10/24和192.168.2.20/24,網(wǎng)關(guān)均為為192.168.2.254。

配置完畢,用ping命令測(cè)試,結(jié)果pc1、pc2、pc3和pc4互通。

五、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中不可或缺的環(huán)節(jié),是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成的重要手段。[2]實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)的方法很多,本實(shí)驗(yàn)我們采用的方法為實(shí)驗(yàn)過程觀察、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告和問卷調(diào)查,問卷調(diào)查內(nèi)容為:(1)你是否喜歡這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式?(2)你對(duì)本實(shí)驗(yàn)課滿意度如何?(3)你認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)課的優(yōu)點(diǎn)是什么?缺點(diǎn)是什么?(4)本實(shí)驗(yàn)課你的主要收獲是什么?

實(shí)驗(yàn)過程中,同學(xué)們的思路都比較清晰,每個(gè)實(shí)驗(yàn)從開始到結(jié)束以及中間環(huán)節(jié)等均安排合理,絕大多數(shù)同學(xué)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)都能完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后同學(xué)們都按照自己的想法寫出了翔實(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,從他們實(shí)驗(yàn)報(bào)告的技術(shù)對(duì)比分析中得出了各種技術(shù)的優(yōu)劣。

從問卷調(diào)查結(jié)果來看,大多數(shù)學(xué)生非常喜歡這種實(shí)驗(yàn)方式,對(duì)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課比較滿意。絕大多數(shù)同學(xué)均認(rèn)為本次實(shí)驗(yàn)真正體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的作用,在實(shí)驗(yàn)中它們對(duì)三個(gè)傳統(tǒng)VLAN實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有了新的認(rèn)識(shí),進(jìn)一步加深了對(duì)VLAN理論知識(shí)的理解。從這里,我們可以看出學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)課給予了充分的肯定。?筅

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