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摘 要：网络实训室是开展计算机网络教学的重要硬件平台，类似的专业实训室在后期教学和维护管理中会遇到各种问题，本文介绍了作者所在学校华为网络实训室的改造过程，重点阐述了利用Hybrid技术搭建实训室核心网络的情况，使整个实训室可维护性、可演示性、可复用性大大提高。目前该实训室网络已取得初步成功。
关键词：华为；实训室；Hybrid；Vlan
随着现代通讯技术的迅速发展，原始的小范围局域网逐步过渡到了企业网、广域网，相关人才的需求也不断增长。为适应这种变化，很多中高职院校开设了计算机网络技术专业，也配套了相关的网络实训室。我校多年前建成了华为网络实训室，为一批又一批的网络专业学生提供了良好的实践操作平台，但网络实训室的可维护性、可演示性和可复用性等问题接踵而来。如何在有限资金的前提下，把中小型企业网浓缩至实训室，为我系不同专业、不同需求的学生和老师搭建一个易学、易用的网络实训平台，这是一个极具挑战的任务。
1 问题分析
我校网络实训室所承担的教学任务目标是：熟悉网络设备；根据中小型企业网络架设要求，熟练配置和使用网络设备；并能够进行网络的日常管理和维护。教学效果证明，实训室的建设很好的提升了学生学习网络知识的兴趣，同时也很好的夯实了专业技能，但同时也暴露了一些实际使用过程中的问题。
1.1 实训室可维护性差
实训室需要定期维护，最初时由于教学班级比较少，内容也较为单一，维护难度略比普通机房大。但随着教学班级的数量增加，授課形式和内容也趋于多样化，原本只需承担1～2个教学班的教学任务，现在提升到了3～4个教学班，除了低年级的《计算机网络基础》、《网络组建与应用》等课程外，还牵涉高年级的相关综合实训，包括现今年年举行的市、省技能大赛的训练。常规课程的要求、内容不一致，对设备及环境要求也大相径庭。例如：低年级授课一般以2课时为单位，综合实训一般以1天为单位，而技能大赛训练往往要持续数周。众所周知，每次网络实训一般都会改变实训室内部的拓扑结构，还原并准备一个环境要花费管理员大量的精力。我们也尝试着使用双网卡来管理，但又引入了电脑设备的同传问题。
1.2 实训室演示能力较弱
实训室能很好地锻炼学生的动手能力，而多年的网络教学工作，让我更加意识到学生排除网络故障的能力比构建网络的能力更重要。有些网络故障是可以事先设定了，但学生制造出来的故障更多，教学中不仅要指出他们的错误，改正他们的错误，更重要的是引导他们找出问题所在，让全班同学分享排查错误的经验。例如：某小组发生了故障，授课老师一般亲临小组指导排查故障，整个过程也只有该小组成员了解，其他小组只能围观，教学效果不明显。其次，对于学生做好的成果也很难展示，学生只能自娱自乐，缺乏对其成就的认可。
1.3 实训室复用性不强
随着计算机的普及，现代职业学校的教学中越来越多地渗透了计算机，举个例子：传统的数学教学根本不需要使用机房，而现在的数学教学涉及到了Mathematica等软件的应用，这就需要学校拥有大量的机房。并且这些课程并不需要长期使用计算机机房，学校投资新建机房成本过高。但很显然网络实训室作为常规机房使用往往都有着先天缺陷，例如：不能使用电子教室，机房的布局小组化不利于学生观看投影。
2 改造方案
根据我校的实际情况，在原有的仪器设备基础上做了相应的技术探索，并配套进行了布线改造。
2.1 hybrid技术
华为公司的相关交换机产品，在传输数据时通常采用802.1q标签技术处理数据。数据传输时，untag就是普通的ethernet报文，普通PC机的网卡是可以识别这样的报文进行通讯；tag报文结构的变化是在源mac地址和目的mac地址之后，加上了4bytes的vlan信息，也就是vlan tag头；一般来说这样的报文普通PC机的网卡是不能识别的。
华为交换机接口存在三种模式，分别是Access、Hybrid和Trunk。
A）Access类型的端口只能属于1个Vlan，一般用于连接计算机的端口。当端口收到一个报文时，判断是否有Vlan信息：如果没有则打上端口的Pvid，并进行交换转发，如果有则直接丢弃；当端口发送报文时将的Vlan信息剥离，直接发送出去；
B）Trunk类型的端口可以允许多个Vlan通过，可以接收和发送多个Vlan的报文，一般用于交换机之间连接的端口。当端口收到一个报文时，判断是否有Vlan信息：如果没有则打上端口的Pvid，并进行交换转发，如果有判断该Trunk端口是否允许该 Vlan的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃；当端口发送报文时比较端口的Pvid和将要发送报文的Vlan信息，如果两者相等则剥离Vlan信息，再发送，如果不相等则直接发送；
C）Hybrid类型的端口可以允许多个Vlan通过，可以接收和发送多个Vlan的报文，可以用于交换机之间连接，也可以用于连接用户的计算机。当端口收到一个报文时，判断是否有Vlan信息：如果没有则打上端口的Pvid，并进行交换转发，如果有则判断该Hybrid端口是否允许该Vlan的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃（此时端口上的untag配置是不用考虑的，untag配置只对发送报文时起作用）；当端口发报文时，判断该Vlan在本端口的属性，如果是untag则剥离Vlan信息，再发送，如果是tag则直接发送。
Hybrid端口和Trunk端口在接收数据时，处理方法是一样的，唯一不同之处在于发送数据时：Hybrid端口可以允许多个Vlan的报文发送时不打标签，而Trunk端口只允许缺省Vlan发送报文时不打标签。
2.2 实训室拓扑调整
根据实训室面积及学生数量，我们采用了如图1所示布局，能够容纳36名学生同时开展实训教学，形成12组小型企业网络搭建实训平台，若将对应分组组合又可形成6组中型企业网络搭建实训平台。 布局的优点在于学生以小组为单位开展实训，并根据项目大小进行组间整合；学生可以通过电子教师或投影仪观看教师演示；教师也容易观察学生的操作情况，及时加以指导。
对于每个小组的拓扑结构，我们也做了相应的设计，让学生们更容易操作设备，如图2所示。各设备连接要求如下：
A）配线架黄色模块接口从左至右依次连接本组1～3号电脑网络接口；
B）配线架绿色模块接口从左至右依次连接对组配线架绿色模块接口；
C）配线架红色模块接口从左至右依次连接本组1～3号电脑COM接口；
D）配线架蓝色模块接口从左至右1号接口连接讲台演示机柜对应接口。
如上所述四大模块分别解决了组内电脑网络接口问题，相邻两组设备接口互联问题，组内电脑Console接口问题和组内设备与教师演示接口互联问题。
2.3 主要设备及逻辑关系
我校华为网络实训室核心网络设备由四台Quidway S3928TP-SI构成，其中两台（SW1和SW2）负责各分组电脑及教师机的网络通信，另设两台（SW3和SW4）负责与各分组网络机柜互联。各分组网络设备由一台Quidway AR2811路由器、一台Quidway S3928TP-SI三层交换机及一台Quidway S2403H-EI组成，可满足组内成员构建小型企业网络的要求，如若将两组设备整合起来将可满足学生构建中型企业网络的要求。各实训小组拥有三台品牌电脑，用以测试网络连通性和构建相关应用服务。而作为教师用演示设备由一套完整的网络设备和一台电脑构成，既可以满足教师操作演示，也能满足学生实训成果展示。
各实训设备间有着较为复杂的逻辑结构，如图3所示（图中实线为网络通信线路，虚线为设备配置线路）分组电脑经过核心网络与自身所在分组的网络设备互通，分组之间设备可以经过网络跳线互联，分组电脑COM端口可以经过配置电缆独自连接分组设备Console接口，教师电脑COM端口也可以经过配置电缆有选择性地连接至学生实训设备，以实现演示功能。
2.4 实训室核心网络设备主要配置
2.4.1 设备命名及Vlan创建（涉及SW1、SW2、SW3和SW4）
按如上配置创建Vlan101～137，分别对应了36台学生电脑和1台教师用电脑。
2.4.2 配置管道（Trunk技术，涉及SW1、SW2、SW3和SW4）
管道技术在文章第2部分已详细说明，值得一提的是，如果想增加交换机之间传输数据的带宽可采用端口聚合技术，进一步提升核心网络效能。
2.4.3 配置端口的Hybrid特性（涉及SW1和SW2，实训室运作的核心思想）
注意：各端口Pvid值为Vlan 101～136，分别对应了36台学生主机，能够处理转发的Vlan包括自身所处Vlan和教师机所处Vlan 137，而连接教师机的端口Pvid值为Vlan 137，该端口能够处理转发的Vlan囊括了101～137。
2.4.4 配置端口的Access特性（涉及SW3和SW4）
按如上步骤配置各主机相关端口，需要特别注意的是，各分组网络设备机柜上配线架的接口顺序和对应组内电脑的接口顺序有着密切的联系，有着良好的一一对应关系才能很好的配合Hybrid的工作，减少系统维护的工作量，完成与各分组网络设备的互联。
3 效果与结论
我校华为网络实训室经过改造后实现了诸多的预期效果：
3.1 实训室可维护性明显加强
通常情况下学生完成相关实训项目后，撤除实训所连线缆，实训室网络环境便恢复原貌，无需管理员介入便能顺利开展下一节课的教学工作。即便在繁忙的技能大赛集训期间，管理员也能很方便的在2节课时间内重新发送更新系统，以满足训练内容的调整。
3.2 实训室演示功能更显著
不仅实现了教师操作演示的功能，并且能展示学生的操作成果，进一步激发了学生的兴趣。
3.3 专业实训室复用不再是神话
由于实训室的基本布局非常利于开展教学，电子教室能够很顺畅的在实训室网络环境中运行，不仅能满足网络类课程的日常教学，而且能够兼顾非网络类课程的授课，大大提升了网络实训室的利用率。
3.4 实训室性能得到提升
一个Vlan就是一个广播域，Vlan很好的隔离了广播，控制了广播风暴的产生，有利于网络性能的提升。
3.5 实训室网络更加安全
网络实训室常常由于拓扑的改变、IP的改变造成网络通信的混乱，有时很难找出原因，使得实训失败。由于Vlan的隔离功能，组间与组内的通信不会随意产生干扰，网络更为安全，实训的成功率也大为提高。
本次实训室的改造工作，大大提升了教师的实践能力和技术水平，无论是理论还是实践均跃上了一个新台阶，也为学生的实习就业创造了良好的实训平台，使学生能更快、更好地步入企业，成为企业的技术骨干。
[参考文献]
[1]（美）史蒂文斯（W.Richard Stevens）.TCP/IP詳解（卷1：协议）[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]华为网络：http：//www.huawei.com/.
[3]夏龄，等.利用三层交换机建设校园网Vlan[J].计算机应用，2002，22（6Z）：234-236.
[4]肖军弼，等，Vlan技术在计算机实验室中的应用[J].实验室研究与探索，2004（23）：42-46.
关键词：华为；实训室；Hybrid；Vlan
随着现代通讯技术的迅速发展，原始的小范围局域网逐步过渡到了企业网、广域网，相关人才的需求也不断增长。为适应这种变化，很多中高职院校开设了计算机网络技术专业，也配套了相关的网络实训室。我校多年前建成了华为网络实训室，为一批又一批的网络专业学生提供了良好的实践操作平台，但网络实训室的可维护性、可演示性和可复用性等问题接踵而来。如何在有限资金的前提下，把中小型企业网浓缩至实训室，为我系不同专业、不同需求的学生和老师搭建一个易学、易用的网络实训平台，这是一个极具挑战的任务。
1 问题分析
我校网络实训室所承担的教学任务目标是：熟悉网络设备；根据中小型企业网络架设要求，熟练配置和使用网络设备；并能够进行网络的日常管理和维护。教学效果证明，实训室的建设很好的提升了学生学习网络知识的兴趣，同时也很好的夯实了专业技能，但同时也暴露了一些实际使用过程中的问题。
1.1 实训室可维护性差
实训室需要定期维护，最初时由于教学班级比较少，内容也较为单一，维护难度略比普通机房大。但随着教学班级的数量增加，授課形式和内容也趋于多样化，原本只需承担1～2个教学班的教学任务，现在提升到了3～4个教学班，除了低年级的《计算机网络基础》、《网络组建与应用》等课程外，还牵涉高年级的相关综合实训，包括现今年年举行的市、省技能大赛的训练。常规课程的要求、内容不一致，对设备及环境要求也大相径庭。例如：低年级授课一般以2课时为单位，综合实训一般以1天为单位，而技能大赛训练往往要持续数周。众所周知，每次网络实训一般都会改变实训室内部的拓扑结构，还原并准备一个环境要花费管理员大量的精力。我们也尝试着使用双网卡来管理，但又引入了电脑设备的同传问题。
1.2 实训室演示能力较弱
实训室能很好地锻炼学生的动手能力，而多年的网络教学工作，让我更加意识到学生排除网络故障的能力比构建网络的能力更重要。有些网络故障是可以事先设定了，但学生制造出来的故障更多，教学中不仅要指出他们的错误，改正他们的错误，更重要的是引导他们找出问题所在，让全班同学分享排查错误的经验。例如：某小组发生了故障，授课老师一般亲临小组指导排查故障，整个过程也只有该小组成员了解，其他小组只能围观，教学效果不明显。其次，对于学生做好的成果也很难展示，学生只能自娱自乐，缺乏对其成就的认可。
1.3 实训室复用性不强
随着计算机的普及，现代职业学校的教学中越来越多地渗透了计算机，举个例子：传统的数学教学根本不需要使用机房，而现在的数学教学涉及到了Mathematica等软件的应用，这就需要学校拥有大量的机房。并且这些课程并不需要长期使用计算机机房，学校投资新建机房成本过高。但很显然网络实训室作为常规机房使用往往都有着先天缺陷，例如：不能使用电子教室，机房的布局小组化不利于学生观看投影。
2 改造方案
根据我校的实际情况，在原有的仪器设备基础上做了相应的技术探索，并配套进行了布线改造。
2.1 hybrid技术
华为公司的相关交换机产品，在传输数据时通常采用802.1q标签技术处理数据。数据传输时，untag就是普通的ethernet报文，普通PC机的网卡是可以识别这样的报文进行通讯；tag报文结构的变化是在源mac地址和目的mac地址之后，加上了4bytes的vlan信息，也就是vlan tag头；一般来说这样的报文普通PC机的网卡是不能识别的。
华为交换机接口存在三种模式，分别是Access、Hybrid和Trunk。
A）Access类型的端口只能属于1个Vlan，一般用于连接计算机的端口。当端口收到一个报文时，判断是否有Vlan信息：如果没有则打上端口的Pvid，并进行交换转发，如果有则直接丢弃；当端口发送报文时将的Vlan信息剥离，直接发送出去；
B）Trunk类型的端口可以允许多个Vlan通过，可以接收和发送多个Vlan的报文，一般用于交换机之间连接的端口。当端口收到一个报文时，判断是否有Vlan信息：如果没有则打上端口的Pvid，并进行交换转发，如果有判断该Trunk端口是否允许该 Vlan的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃；当端口发送报文时比较端口的Pvid和将要发送报文的Vlan信息，如果两者相等则剥离Vlan信息，再发送，如果不相等则直接发送；
C）Hybrid类型的端口可以允许多个Vlan通过，可以接收和发送多个Vlan的报文，可以用于交换机之间连接，也可以用于连接用户的计算机。当端口收到一个报文时，判断是否有Vlan信息：如果没有则打上端口的Pvid，并进行交换转发，如果有则判断该Hybrid端口是否允许该Vlan的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃（此时端口上的untag配置是不用考虑的，untag配置只对发送报文时起作用）；当端口发报文时，判断该Vlan在本端口的属性，如果是untag则剥离Vlan信息，再发送，如果是tag则直接发送。
Hybrid端口和Trunk端口在接收数据时，处理方法是一样的，唯一不同之处在于发送数据时：Hybrid端口可以允许多个Vlan的报文发送时不打标签，而Trunk端口只允许缺省Vlan发送报文时不打标签。
2.2 实训室拓扑调整
根据实训室面积及学生数量，我们采用了如图1所示布局，能够容纳36名学生同时开展实训教学，形成12组小型企业网络搭建实训平台，若将对应分组组合又可形成6组中型企业网络搭建实训平台。 布局的优点在于学生以小组为单位开展实训，并根据项目大小进行组间整合；学生可以通过电子教师或投影仪观看教师演示；教师也容易观察学生的操作情况，及时加以指导。
对于每个小组的拓扑结构，我们也做了相应的设计，让学生们更容易操作设备，如图2所示。各设备连接要求如下：
A）配线架黄色模块接口从左至右依次连接本组1～3号电脑网络接口；
B）配线架绿色模块接口从左至右依次连接对组配线架绿色模块接口；
C）配线架红色模块接口从左至右依次连接本组1～3号电脑COM接口；
D）配线架蓝色模块接口从左至右1号接口连接讲台演示机柜对应接口。
如上所述四大模块分别解决了组内电脑网络接口问题，相邻两组设备接口互联问题，组内电脑Console接口问题和组内设备与教师演示接口互联问题。
2.3 主要设备及逻辑关系
我校华为网络实训室核心网络设备由四台Quidway S3928TP-SI构成，其中两台（SW1和SW2）负责各分组电脑及教师机的网络通信，另设两台（SW3和SW4）负责与各分组网络机柜互联。各分组网络设备由一台Quidway AR2811路由器、一台Quidway S3928TP-SI三层交换机及一台Quidway S2403H-EI组成，可满足组内成员构建小型企业网络的要求，如若将两组设备整合起来将可满足学生构建中型企业网络的要求。各实训小组拥有三台品牌电脑，用以测试网络连通性和构建相关应用服务。而作为教师用演示设备由一套完整的网络设备和一台电脑构成，既可以满足教师操作演示，也能满足学生实训成果展示。
各实训设备间有着较为复杂的逻辑结构，如图3所示（图中实线为网络通信线路，虚线为设备配置线路）分组电脑经过核心网络与自身所在分组的网络设备互通，分组之间设备可以经过网络跳线互联，分组电脑COM端口可以经过配置电缆独自连接分组设备Console接口，教师电脑COM端口也可以经过配置电缆有选择性地连接至学生实训设备，以实现演示功能。
2.4 实训室核心网络设备主要配置
2.4.1 设备命名及Vlan创建（涉及SW1、SW2、SW3和SW4）
按如上配置创建Vlan101～137，分别对应了36台学生电脑和1台教师用电脑。
2.4.2 配置管道（Trunk技术，涉及SW1、SW2、SW3和SW4）
管道技术在文章第2部分已详细说明，值得一提的是，如果想增加交换机之间传输数据的带宽可采用端口聚合技术，进一步提升核心网络效能。
2.4.3 配置端口的Hybrid特性（涉及SW1和SW2，实训室运作的核心思想）
注意：各端口Pvid值为Vlan 101～136，分别对应了36台学生主机，能够处理转发的Vlan包括自身所处Vlan和教师机所处Vlan 137，而连接教师机的端口Pvid值为Vlan 137，该端口能够处理转发的Vlan囊括了101～137。
2.4.4 配置端口的Access特性（涉及SW3和SW4）
按如上步骤配置各主机相关端口，需要特别注意的是，各分组网络设备机柜上配线架的接口顺序和对应组内电脑的接口顺序有着密切的联系，有着良好的一一对应关系才能很好的配合Hybrid的工作，减少系统维护的工作量，完成与各分组网络设备的互联。
3 效果与结论
我校华为网络实训室经过改造后实现了诸多的预期效果：
3.1 实训室可维护性明显加强
通常情况下学生完成相关实训项目后，撤除实训所连线缆，实训室网络环境便恢复原貌，无需管理员介入便能顺利开展下一节课的教学工作。即便在繁忙的技能大赛集训期间，管理员也能很方便的在2节课时间内重新发送更新系统，以满足训练内容的调整。
3.2 实训室演示功能更显著
不仅实现了教师操作演示的功能，并且能展示学生的操作成果，进一步激发了学生的兴趣。
3.3 专业实训室复用不再是神话
由于实训室的基本布局非常利于开展教学，电子教室能够很顺畅的在实训室网络环境中运行，不仅能满足网络类课程的日常教学，而且能够兼顾非网络类课程的授课，大大提升了网络实训室的利用率。
3.4 实训室性能得到提升
一个Vlan就是一个广播域，Vlan很好的隔离了广播，控制了广播风暴的产生，有利于网络性能的提升。
3.5 实训室网络更加安全
网络实训室常常由于拓扑的改变、IP的改变造成网络通信的混乱，有时很难找出原因，使得实训失败。由于Vlan的隔离功能，组间与组内的通信不会随意产生干扰，网络更为安全，实训的成功率也大为提高。
本次实训室的改造工作，大大提升了教师的实践能力和技术水平，无论是理论还是实践均跃上了一个新台阶，也为学生的实习就业创造了良好的实训平台，使学生能更快、更好地步入企业，成为企业的技术骨干。
[参考文献]
[1]（美）史蒂文斯（W.Richard Stevens）.TCP/IP詳解（卷1：协议）[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]华为网络：http：//www.huawei.com/.
[3]夏龄，等.利用三层交换机建设校园网Vlan[J].计算机应用，2002，22（6Z）：234-236.
[4]肖军弼，等，Vlan技术在计算机实验室中的应用[J].实验室研究与探索，2004（23）：42-46.