IOU在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

饒?jiān)?殷輝

摘要：該文針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成課程實(shí)踐教學(xué)存在的問題，提出了利用IOU 模擬器進(jìn)行輔助教學(xué)的方法。以園區(qū)企業(yè)網(wǎng)規(guī)劃與組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的典型案例，重點(diǎn)闡述了IOU的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建與關(guān)鍵組網(wǎng)技術(shù)配置方法，為相關(guān)課程實(shí)踐教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：IOU；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；系統(tǒng)集成；拓?fù)錁?gòu)建；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）25-0143-03

Abstract： Focusing on the practical teaching of network planning and system integration， the auxiliary teaching method Based on IOU simulation software is proposed. Taking the planning and networking technology of enterprise network as example， the topology construction and key networking configuration are mainly discussed and presented. The research is expected to offer useful references for constructing practical teaching system of some network courses.

Key words： IOU； network planning； system integration； topology construction； practical teaching

實(shí)踐是學(xué)習(xí)和掌握網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成類課程非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。真實(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成實(shí)踐平臺(tái)的構(gòu)建通常受到設(shè)備數(shù)量和型號(hào)等因素的制約。采用模擬軟件開展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成實(shí)踐課程教學(xué)，既有利于降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和設(shè)備維護(hù)的成本，又能克服實(shí)訓(xùn)受到時(shí)間地點(diǎn)限制的不足，有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，較好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程中教、學(xué)、做的統(tǒng)一[1]。因此，通過Cisco Packet Tracer、Boson Netsim和GNS3等網(wǎng)絡(luò)模擬軟件構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的方式受到了青睞[2，3]。實(shí)際教學(xué)中，模擬軟件的引入使得學(xué)生僅使用一臺(tái)電腦便可重復(fù)實(shí)驗(yàn)成為可能，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)，還節(jié)約了大量的建設(shè)資金。然而，由于軟件功能定位的差異，以上幾款模擬軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的一些高級(jí)功能支持不足。如，Packet Tracer不支持對(duì)MSTP、VRRP等協(xié)議的模擬，GNS3缺乏模擬三層交換機(jī)的能力。

IOU是思科公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，通過界面Web-IOU與用戶進(jìn)行交互。IOU能實(shí)現(xiàn)與真實(shí)路由器和交換機(jī)上完全一致的實(shí)驗(yàn)效果。此外，IOU路由交換功能支持完備，具有非常低的系統(tǒng)資源占用率。在VMware虛擬機(jī)上運(yùn)行實(shí)測(cè)表明，IOU中同時(shí)開啟30多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，都能流暢運(yùn)行[4]。因此，可以依托IOU方便開展具有一定規(guī)模和較高專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)。雖然已有IOU用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)的案例[5]，但設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為簡單，采用的組網(wǎng)技術(shù)較為基礎(chǔ)，未能充分體現(xiàn)IOU的路由交換模擬能力優(yōu)勢(shì)。基于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成課程的實(shí)踐教學(xué)要求，設(shè)計(jì)典型的園區(qū)網(wǎng)規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)案例，介紹Web-IOU模擬軟件在該課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用方法。

1 教學(xué)案例設(shè)計(jì)

教學(xué)過程中，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成課程教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合日常網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)維中涉及的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)鍵組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)案例。圖1是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成實(shí)踐課程的園區(qū)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)的一個(gè)教學(xué)案例。該案例拓?fù)湟砸患以O(shè)有多個(gè)分支機(jī)構(gòu)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求為背景，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備說明和配置要求如下。

該企業(yè)由一個(gè)總公司和兩個(gè)異地辦公的分公司組成。企業(yè)網(wǎng)使用10.1.0.0/16私有地址網(wǎng)段，通過出口路由器配置網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換訪問部署于公網(wǎng)的Web服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備接口地址規(guī)劃見表1。如圖1所示，公司總部網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，兩臺(tái)三層交換機(jī)SW1、SW2構(gòu)成核心層，兩臺(tái)二層交換機(jī)SW3、SW4構(gòu)成匯聚層/接入層。劃分4個(gè)VLAN模擬不同辦公區(qū)域。公司總部網(wǎng)絡(luò)的路由器R1、三層交換機(jī)SW1 和SW2運(yùn)行OSPF等內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互通。二層交換機(jī)SW3 和SW4間配置鏈路聚合和Trunk。四臺(tái)交換機(jī)間運(yùn)行VRRP、MSTP實(shí)現(xiàn)鏈路冗余與負(fù)載均衡。Internet網(wǎng)絡(luò)采用路由器R0模擬。兩個(gè)分公司與總公司間采用DMVPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)間跨Internet網(wǎng)絡(luò)透明互訪。

該案例拓?fù)涞慕M網(wǎng)技術(shù)涵蓋路由器、三層交換機(jī)的混合組網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)間跨Internet網(wǎng)絡(luò)透明通信，交換機(jī)實(shí)現(xiàn)不同VLAN 互訪、Trunk與鏈路聚合，多生成樹與網(wǎng)關(guān)冗余協(xié)議，訪問控制列表，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的原理和方法。要在真實(shí)物理環(huán)境中組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)本案例拓?fù)洌枰?臺(tái)路由器、2臺(tái)三層交換機(jī)、2臺(tái)二層交換機(jī)、4臺(tái)PC 機(jī)、1臺(tái)服務(wù)器。大多數(shù)高校的硬件實(shí)訓(xùn)條件難以滿足每位同學(xué)去獨(dú)立開展物理的實(shí)驗(yàn)，如果采用IOU 軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)可以方便地使每位同學(xué)獨(dú)立地完成以上實(shí)踐內(nèi)容。下文依托該案例拓?fù)?，重點(diǎn)介紹IOU中具有特色的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建和主要配置方法。

2 教學(xué)案例的Web-IOU實(shí)現(xiàn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建

使用瀏覽器打開Web-IOU服務(wù)器的訪問頁面，創(chuàng)建要模擬網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。在輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的名稱后，通過設(shè)置NETMAP建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的連接情況。NETMAP中，按照“設(shè)備號(hào)：端口編號(hào)”的格式定義設(shè)備間的連接。所有符號(hào)需用英文半角格式，每行對(duì)應(yīng)一個(gè)連接關(guān)系，只需填寫端口的編號(hào)，不需填寫端口類型。圖1所示的拓?fù)渲校酚善鱎1、三層交換機(jī)SW1和SW2間連接關(guān)系的NETMAP設(shè)置內(nèi)容如下：endprint

以上連接關(guān)系設(shè)置中，符號(hào)“：”前面的數(shù)字是設(shè)備編號(hào)，“0/1”表示接口，“/”前面的數(shù)字是模塊編號(hào)，后面的是接口編號(hào)。第一行中的“1：0/1 2：0/3”，表示設(shè)備1的0/1接口和設(shè)備2的0/3接口存在連接關(guān)系，即圖1拓?fù)渲械腞1的E0/1接口和SW1的E0/3間的邏輯連接。

最后，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，界面中可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的名稱、IOS種類及版本、RAM、NVRAM、接口模塊種類及數(shù)量、設(shè)備圖標(biāo)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的屬性。IOU中每個(gè)模塊默認(rèn)有四個(gè)端口，可根據(jù)需要的端口數(shù)量適當(dāng)調(diào)整模塊數(shù)量。設(shè)置好設(shè)備參數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)生成一張物理拓?fù)鋱D。由于IOU不支持PC機(jī)的模擬，故采用關(guān)閉路由功能的路由器模擬PC終端。此外，SW1與SW2的鏈路聚合也無法在拓?fù)鋱D中得以體現(xiàn)。為了提高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直觀性，便于后續(xù)配置，使用圖1所示的拓?fù)鋱D替代Web-IOU自動(dòng)生成的拓?fù)鋱D。

使用畫圖軟件打開拓?fù)鋱D，通過移動(dòng)光標(biāo)到設(shè)備區(qū)域，讀取該設(shè)備的像素值。結(jié)合各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)應(yīng)的像素位置，設(shè)置其對(duì)應(yīng)超鏈接（telnet），實(shí)現(xiàn)直接點(diǎn)擊圖標(biāo)便可打開設(shè)備配置窗口。圖2給出了鏈接設(shè)置界面，其中area shape='circle'表示一個(gè)圓圈點(diǎn)擊范圍；coords='502，286，30'中502、286、30分別代表該圓圈的圓心的橫縱像素坐標(biāo)及半徑；href='telnet：//{{IP}}：2001'表示通過telnet來遠(yuǎn)程管理這些設(shè)備，端口號(hào)為2001。

2.2 配置設(shè)備

該案例組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)點(diǎn)較多，限于篇幅，重點(diǎn)介紹IOU中DMVPN、VRRP、MSTP的配置方法和PC機(jī)的模擬方法。

（1） 將R1設(shè)置為DMVPN的HUB（服務(wù)端）、R2和R3設(shè)置為DMVPN的SPOKE（客戶端），并使用192.168.1.0/24作為VPN的網(wǎng)段。通過路由器R1、R2和R3上運(yùn)行的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議宣告隧道接口和內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)段。

3 結(jié)論

以園區(qū)企業(yè)網(wǎng)的規(guī)劃與組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)為例，給出了IOU靈活的拓?fù)錁?gòu)建與部分關(guān)鍵組網(wǎng)技術(shù)的配置方法，展示了IOU區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)模擬軟件的高級(jí)仿真功能，驗(yàn)證了其在承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成實(shí)踐教學(xué)方面的潛力。利用IOU模擬軟件開展網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成實(shí)踐教學(xué)，除能滿足正常的課程教學(xué)、有助于形成“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式外，還有利于學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)劃與維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)造性思維能力，提高學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)的綜合運(yùn)用水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉翠玲. 基于Packet Tracer網(wǎng)絡(luò)安全訪問控制教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)， 2016， 12（ 33）：83-84.

[2] 徐海霞， 李森. 虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 電子世界， 2014（12）：174-175.

[3] 顧金花. 基于GNS3的BGP虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)， 2014， 10（29）：6818-6819.

[4] 潘志安， 趙玲玲， 馮燕茹. GNS3在網(wǎng)絡(luò)工程課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 電腦開發(fā)與應(yīng)用， 2013，26（6）：49-50.

[5] 陸利剛， 黃靜. Web IOU軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)， 2013（9）：56-58.

[6] 李強(qiáng)， 龔發(fā)根. 淺談IOU在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2012（2）：79-81.endprint