网络工程的设计与建设

1对网络工程专业实验室的需求分析

1．1来自培养方案和课程体系的需求众所周知，目前国内各普通高校的计算机专业本科人才培养方案，基本是以国际主流的ACM和IEEE系列课程教学计划即著名的计算学科教学计划2004(ComputingCurricula2004，简称CC2004)为主制订的，CC2004列出该专业学生建构其领域核心知识体系结构框架所必需的核心知识单元模块，并基于此开设相应的专业课程。计算机网络或曰面向网络的计算便是其中之一的重要核心知识单元。［1］［2］多年来的教学实践和反馈表明，仅仅开设《计算机网络》一门课程，对于主要以培养工程应用型本科毕业生、以满足学生就业和在该行业领域内生存与职业发展需求为主的普通高校，以及具有自主设置目录外二级学科网络工程专业、定位于为社会培养网络工程师的高校而言，还远远不足，对课程体系的研究与改革、整合与建设势在必行。参考笔者《普通高校工程型应用型网络人才培养专业方向课程改革与实践初探》一文，［3］将计算机网络这一公认的较难学懂、理论与实践性较强的课程作为基础入门性的必修课程，通过网络工程与技术、网络管理、信息安全、网络程序设计、Web开发技术等一系列后续拓展的特色课程群，构建出一个完整的网络专业课程体系和具有特色及优势的专业方向课程群。［4］例如:可以形成以网络工程与技术、网络管理、信息安全等课程为主的、适当偏硬的系统集成/组网工程类网络人才的培养路线，其未来的职业定位以网络工程师、网络/系统管理员为主;或者也可以形成以网络程序设计、WEB开发技术等课程为主构成的、适当偏软的网络应用系统研发/站点设计类网络人才的培养路线，其未来的职业定位以软件工程师、网站站长等为主。基于课程整合和课程体系/课程群建设的理念，改革人才培养方案和教学内容与教学方法，并开展配套实验教学条件的建设。如图1所示，在建设网络工程专业实验室时，需要统筹规划，兼顾多门专业课程的实践教学需求，并配合课程群的建设需要，避免出现很多高校把专业实验室建成了计算机机房、仅有联网PC机数量优势的普遍现象。1．2来自课题研究型教学环节和课外延伸教育的需求毋庸置疑，普通高校网络工程专业的人才培养，应以大力培养学生的动手实践能力和适应社会需求的职业技能为首要目标，同时支撑专业方向上的课程群(课程体系)的建设。因此，实验室的建设在满足课程内的实验教学需求的同时，还要考虑到课程设计环节，以及校内实习实训基地、毕业设计/毕业论文环节的条件改善和综合实践教学体系建设的需要。只有充分运用好这些配套的实践教学环节，才能使学生在网络工程的方案规划设计、网络系统管理与运行维护、网络程序设计与开发、网络设备配置与安全保障等方面的动手实践技能得到综合训练和提高。由于近年来社会和IT行业对网络工程、网站建设、网络运行管理和安全维护等方面的人才需求持续升温，驱动学生看好网络工程与技术领域的就业前景，使得学生选择该方向作为就业首选或选择该专业方向作为自己的毕业设计或论文题目的数量逐年上升。但是，由于不少院校现有硬件条件不足，缺乏必要的硬件设备作为支撑，使得指导教师在课程设计、毕业设计/毕业论文题目的选题设计上受到极大限制，一些非常想做或者值得指导学生去做的课题项目或题目，不得不迫于无法给学生提供相应的实践环境而被迫放弃，制约了师生进一步提高课程设计、毕业设计或论文的选题水准和课题质量，加剧了在课程设计、毕业设计教学环节上师生对于实践条件的需求与现实条件不具备之间的矛盾。因此，除了满足课内实验项目的需要，网络工程专业实验室还应提供开展集中式课程设计实习、毕业设计/毕业论文和以SRP项目、大学生创新实验项目等研究型、课题型教学环节改革试点的基础硬件条件和场所。此外，还可兼顾考虑提供开展面向社会或学生需要的诸如思科认证考试、NCNE国家软考、NCRE全国计算机等级考试等相关考试培训、学生竞赛活动参赛集训等课外延伸教育项目的场所和设备，使学生在分析设计能力、工程化的思想和理念、动手实践应用等方面都能得到良好的综合训练机会和条件。

2网络工程专业实验室的建设规划与设计方案

综合上节所述，问题的核心在于找寻和设计出一种既能兼顾满足各种教学环节需求、又能分阶段集成且一次性投入不高的可行方案。通过深入地分析比较和实践探索，笔者所在的课题组提出了如图2所示的一种可行的网络工程专业实验室建设方案。该方案通过逐步添购、分阶段调整到位配套的计算机与联网设备的方式，可使新建专业实验室提供不同的、可逐步扩展的实验条件。例如:在一次性投入的初期，可以提供8人一组一桌、一次支持2－3个行政班(共12个组/桌)的实验教学条件。若每班以32人计，则一次可支持3个行政班约96人同时上实验课，每8人一组，共12组，每组配备一台服务器、2台路由器、2台交换机、8台PC机;然后，根据资金情况和可能性，通过分期分批阶段性扩展，改善每实验组/桌的配套设备数。这样的每个实验组/桌，不仅可以保障学生人手一台PC机，同时还可以通过配置，使每实验组/桌的设备自成子网或以VLAN划分，独立构成一个典型的LAN网络应用环境，并能提供各种B/S、C/S架构的集成开发环境。实验组/桌上的服务器，可由学生根据项目需要自主安装和支配使用，条件不足时，可通过Vmware等虚拟技术构建多服务器OS系统，条件允许时，可通过添置多台物理硬件构建服务器集群环境。实验组/桌上的路由器/交换机设备，可供在相关课程中进行网络设备配置、IOS系统操作等课内实验项目、课程设计或毕业设计题目以及认证培训项目中使用。在数量上仍不足的，亦可通过在PC机上安装模拟器软件的方式，开展设备配置类实验和学生研究型课题;条件允许时，还可支持远程开放式实验，即通过远程登录方式连接至设备进行IOS系统的配置。DMZ区的服务器群还可为各门专业课程的教学提供基础性的公共资源存储与共享，或者作为实验室的网管或安全方面的基础设施，例如提供给网络管理、信息安全等课程作攻击用的靶机实例。每实验组即每张桌面上的设备连接拓扑可采用图3所示的逻辑设计，具体到实际的物理环境中，可视环境因素合理进行布局调整和摆放。

3网络工程专业实验室后期建设与管理刍议

3．1实验教学体系的建设实验教学在培养学生实际动手能力方面所具有的独特作用与优势，要求我们在实验内容设计、实验教学方法改革、实验教学体系完善等内涵建设上要下大力气、花真功夫。一方面，要认真研究如何对实验内容进行系统地优化组合，把培养目标真正融入到实验课程和实验项目中;另一方面，要积极探索对实验教学方法与教学手段的改革和实践，积极寻求能够真正突出学生在实践中进行自主性和创新性活动的主体地位的解决之道，尽量使学生能够较早地接触网络工程和技术实现过程中的实际问题，并较早地参与初步的科学研究和创新活动。在此基础上，研究建立多层次、一体化、开放式的实验教学新体系，将系统训练、技能培养和开放实验相结合，把单纯为课程实验教学服务的实验室转化为立体化的教学资源和能够为多元目标服务的实验条件，提高实验室建成后的功效。基于这一理念，笔者所在的教研室全体成员不仅针对新建的实验室进行了课内实验项目的再设计，而且整合了各门相关课程的配套课程设计和毕业设计课题等工作的需求，使新建实验室可统一支持下述8大类课题型的实践项目活动的开展:①网络工程项目规划/方案设计类题目②网络互联设备配置实现类题目③应用服务配置实现类题目④基于套接字编程的数据通信传输类题目⑤Web站点开发设计类题目⑥网络互联设备的协议仿真/算法实现类题目⑦网络管理及信息安全编程类题目⑧学生自拟的网络方向研究探索类题目3．2实验室管理规范的建设通常，一个专业实验室的建设需要分阶段实施，首先实现阶段性的目标。如在基础建设阶段，需要完成必备设备的购置、安装、调试，开出相应的实验项目，实现能够初步为专业方向的一系列课程提供实验教学服务;在第二步的规范性建设阶段，通过实验室的系列化规范管理制度的建设，为师生提供符合规范的开放式实践教学体系;在第三步的拓展性建设阶段，则要充分综合利用实验室的条件和资源，变单纯的实验教学条件为立体化的、能够为多元目标服务的多层次的一体化教学资源;而在第四步的稳定运行阶段，则需要新建实验室在健全完善的管理制度下，发挥最大的功效和作用，为师生提供一个优良的实验教学和研究环境。因此，基于阶段性建设、流程化管理的理念，实验室的管理规范、制度建设亦不容忽视。［5］例如:如何安排设计实验室的开放制度?有关实验室日常运行维护方面的管理规定，实验档案记录等等。

4结语

针对如何设计和持续建设好网络工程专业实验室的问题，本文分析了以工程应用型网络专业人才培养为主的普通高校对于该类专业实验室的建设需求和目标，并基于此给出了新建此类实验室的一种设计方案，在此基础上，进一步探讨了此类实验室在后期的持续性内涵建设和管理规范化改进方面应当把握的问题。本文提出的设计方案和建设思路，具有一次性投入成本低、易于实施、便于扩展、灵活性和适应性强等优点，建成后的实验室可支撑和满足网络方向课程群的实验教学、课程设计、毕业设计、第二课堂等多个环节的需求，并能够随时被部署为远程开放式的实验室，因此不失为一种可行的选择。

作者：曹传东李伟 刘长征 马洪亮 隋贤俊 单位：石河子大学 信息科学与技术学院