SDN與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)混合實(shí)踐教學(xué)模式的研究

杜漸 魯硯青

摘要：SDN使網(wǎng)絡(luò)的管理變得更加便捷和靈活，降低了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)成本，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。本文通過(guò)混合式虛擬平臺(tái)對(duì)比式學(xué)習(xí)SDN與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)模式，使同學(xué)們更好地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，快速了解到當(dāng)下社會(huì)最前沿的科學(xué)技術(shù)，達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)人才的目的。

關(guān)鍵詞：SDN 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 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)：1009-5349（2018）08-0190-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著直觀、實(shí)踐、全面、創(chuàng)新、設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。因此不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才目標(biāo)離不開實(shí)踐教學(xué)。我國(guó)應(yīng)該推動(dòng)高素質(zhì)、應(yīng)用型人才隊(duì)伍的建設(shè)，對(duì)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行改革，通過(guò)一些針對(duì)性的措施來(lái)提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立完成基礎(chǔ)實(shí)踐，為SDN和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，在這個(gè)實(shí)踐平臺(tái)上能夠通過(guò)一些虛擬的技術(shù)來(lái)進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生真正了解到前沿技術(shù)，同時(shí)這些模擬仿真實(shí)驗(yàn)還能夠減少硬件設(shè)施的投入，可以重復(fù)使用，有效改善了傳統(tǒng)教育制度，學(xué)生可以通過(guò)足夠多的實(shí)驗(yàn)來(lái)提高自己的能力，讓其真正把握學(xué)科知識(shí)。目前獨(dú)立院校絕大多數(shù)都開設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，本文以SDN新技術(shù)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相融合的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開發(fā)有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)虛擬系統(tǒng)，匯編仿真案例題庫(kù)并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)及第二課堂工作室業(yè)務(wù)培訓(xùn)，并將對(duì)SDN的研究應(yīng)用于學(xué)院校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理中，我們?cè)谶@些方面進(jìn)行了諸多有益的探索和實(shí)踐。

一、SDN與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)混合實(shí)踐教學(xué)研究的目的和意義

當(dāng)前，社會(huì)對(duì)于人才的要求越來(lái)越嚴(yán)格，隨著信息社會(huì)的發(fā)展，更加看重人才的能力，而非分?jǐn)?shù)，同時(shí)信息素養(yǎng)也是我國(guó)社會(huì)公民逐漸應(yīng)該具備的基本素養(yǎng)。尤其是在SDN發(fā)展如此迅速的背景下，網(wǎng)絡(luò)的功能更加智能化，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架逐漸被替代，本文所研究的也是為了能夠解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)技術(shù)和技能提高的問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)中，通過(guò)搭建虛擬仿真平臺(tái)安裝SDN新型技術(shù)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架依托的不同的虛擬軟件，在模擬實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容，并有機(jī)結(jié)合最新的科學(xué)技術(shù)，注重學(xué)生多種能力的培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生勇于發(fā)現(xiàn)，分析和努力解決問(wèn)題，通過(guò)比較、學(xué)習(xí)，了解SDN與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)和區(qū)別。本文從教學(xué)實(shí)踐的角度探討計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的虛擬實(shí)現(xiàn)，目的是為了能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到探索知識(shí)的過(guò)程中來(lái)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)。讓學(xué)生能夠真正了解技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，真正學(xué)會(huì)應(yīng)用技術(shù)。

二、SDN與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)混合實(shí)踐教學(xué)研究的方法和內(nèi)容

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是仿真技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題在于如何在虛擬機(jī)中，利用Floodlight開源控制器、LITO虛擬模擬器等仿真模擬軟件達(dá)到實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)虛擬教學(xué)的目的。本文主要是結(jié)合了LITO虛擬軟件技術(shù)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐虛擬教學(xué)的基礎(chǔ)上，在一定的虛擬環(huán)境下利用實(shí)踐設(shè)備進(jìn)行了虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)，同時(shí)還構(gòu)建了相應(yīng)的功能模塊。初步設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)如下：

（1）學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，了解相關(guān)的協(xié)議、鏈接，軟硬件配置。

（2）學(xué)習(xí)SDN構(gòu)架與技術(shù)，SDN實(shí)現(xiàn)模式及應(yīng)用特點(diǎn)。

（3）搭建混合虛擬仿真平臺(tái)。

（4）研究并實(shí)現(xiàn)基于LITO虛擬模擬器的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)中小型網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、配置與維護(hù)等課程內(nèi)容。搭建完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備操作、配置IP路由、配置局域網(wǎng)交換、廣域網(wǎng)介入和互聯(lián)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。搭建實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)圖、搭建基本連接環(huán)境并根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行命令配置。

（5）研究并實(shí)現(xiàn)基于Floodlight開源控制器+Mininet仿真器的SDN計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)，了解標(biāo)準(zhǔn)化的OpenFlow協(xié)議及協(xié)議庫(kù)，從編排層、控制器和轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)三方面應(yīng)用于服務(wù)器、交換機(jī)等不同硬件上，通過(guò)協(xié)議及配置，實(shí)現(xiàn)搭建一個(gè)中小型網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。

（6）了解如何從傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向SDN網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡的原理及流程步驟，通過(guò)轉(zhuǎn)化控制層與轉(zhuǎn)發(fā)層之間的通信將傳統(tǒng)IP設(shè)備的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)邏輯上的集中式控制，從標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架向SDN過(guò)渡轉(zhuǎn)化。

（7）應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程及第二課堂工作室業(yè)務(wù)培訓(xùn)中，匯編案例題庫(kù)，細(xì)化命令配置步驟、提煉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目標(biāo)、歸納實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)設(shè)計(jì)模式，進(jìn)一步完善案例庫(kù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，達(dá)到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)的效果。

本文所研究的內(nèi)容對(duì)于獨(dú)立院校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)虛擬實(shí)質(zhì)性教學(xué)的提高有著重要的意義，有著極高的可行性和適用性，這一系統(tǒng)的開發(fā)能夠?yàn)槠浣鉀Q校內(nèi)硬件、場(chǎng)地不足以及師資力量較弱的情況，并將SDN新技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)中，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為廣大師生提供良好的教學(xué)平臺(tái)，以期達(dá)到以下效果：

（1）提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的實(shí)質(zhì)性培養(yǎng)。由于不少獨(dú)立院校資金短缺、儀器設(shè)備不足，在相當(dāng)程度上達(dá)不到開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程的要求，所以院校往往只能安排比較多的演示性和驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。SDN與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的混合模擬實(shí)驗(yàn)，分別在虛擬機(jī)中安裝Floodlight開源控制器和LITO虛擬模擬器，即可以實(shí)現(xiàn)模擬服務(wù)器、交換機(jī)等大型實(shí)體設(shè)備，節(jié)省設(shè)備的投資。

（2）解決實(shí)驗(yàn)安全性的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是一次性、難以恢復(fù)的系統(tǒng)實(shí)體，加上設(shè)備的內(nèi)部工作過(guò)程的不可視，實(shí)驗(yàn)中的失誤操作很容易導(dǎo)致設(shè)備的損壞，更甚是危害人身安全。而虛擬實(shí)驗(yàn)室是基于LITO虛擬模擬器、基于Floodlight開源控制器及Mininet仿真器等軟件實(shí)現(xiàn)，完全依托于虛擬平臺(tái)模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)鏈接構(gòu)架，在平臺(tái)界面中可以任意操作，即使出現(xiàn)錯(cuò)誤操作也不會(huì)給儀器或人身帶來(lái)任何傷害。

三、SDN與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)混合實(shí)踐教學(xué)研究的特色及教學(xué)效果

SDN與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)混合實(shí)踐教學(xué)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和SDN新型網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)實(shí)踐新型模式，主要是利用一些綜合性的方法來(lái)對(duì)學(xué)生的知識(shí)和能力進(jìn)行培養(yǎng)和訓(xùn)練，提高其綜合能力，這種教學(xué)實(shí)踐改革的特點(diǎn)主要有著以下幾方面的特性：實(shí)踐內(nèi)容的復(fù)合性，實(shí)驗(yàn)手段的多樣性，實(shí)踐方法更加靈活，人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新性等。其主要的目的是培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力，提高學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。老師會(huì)根據(jù)具體的實(shí)踐內(nèi)容給出實(shí)踐要求和實(shí)驗(yàn)條件，讓學(xué)生結(jié)合這些因素來(lái)設(shè)計(jì)自己的實(shí)踐方案，選擇合適的實(shí)踐方法和手段，然后確定實(shí)踐的程序，最后是獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)踐過(guò)程，然后對(duì)得出的結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在這一過(guò)程中學(xué)生的主動(dòng)性和積極性得到了開發(fā)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神得到了培養(yǎng)，能夠綜合運(yùn)用技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題，該實(shí)踐項(xiàng)目的特點(diǎn)和先進(jìn)性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)踐項(xiàng)目一直貫穿學(xué)習(xí)過(guò)程，突出以項(xiàng)目為基礎(chǔ)

的實(shí)踐教學(xué)，從內(nèi)部激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（2）學(xué)生的實(shí)踐項(xiàng)目應(yīng)該與社會(huì)實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)。通過(guò)SDN和標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生真正感受到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

（3）確立了學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的主體地位，同時(shí)也體現(xiàn)了教師的主導(dǎo)作用。

（4）在實(shí)施過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生使用課本以外的資源；學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習(xí)交流有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，探究學(xué)習(xí)能力和協(xié)作學(xué)習(xí)能力，為將來(lái)學(xué)生從事相關(guān)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（5）通過(guò)生成SDN和標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成果，不僅讓學(xué)生獲得了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也提高了學(xué)生的整體網(wǎng)絡(luò)素質(zhì)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，SDN的出現(xiàn)使網(wǎng)絡(luò)的管理變得更加便捷和靈活，降低了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)成本，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。此次網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教改結(jié)合了最新的SDN網(wǎng)絡(luò)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)中存在的前沿性創(chuàng)新性不足等問(wèn)題進(jìn)行了大膽嘗試，并使用了虛擬機(jī)模擬器與實(shí)際設(shè)備相結(jié)合的手段，獲得了較好的效果。但畢竟這些改革還處于嘗試階段，需要更多的實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證與改進(jìn)，以達(dá)到更好地促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)。

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責(zé)任編輯：于 蕾