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摘要：该文针对当前计算机网络规划与系统集成课程实践教学存在的问题，提出了利用IOU 模拟器进行辅助教学的方法。以园区企业网规划与组网实现的典型案例，重点阐述了IOU的网络拓扑构建与关键组网技术配置方法，为相关课程实践教学提供参考。
关键词：IOU；网络规划；系统集成；拓扑構建；实践教学
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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
实践是学习和掌握网络规划与系统集成类课程非常重要的教学环节。真实网络系统集成实践平台的构建通常受到设备数量和型号等因素的制约。采用模拟软件开展网络系统集成实践课程教学，既有利于降低实验室建设和设备维护的成本，又能克服实训受到时间地点限制的不足，有效提高学生自主学习的积极性，较好地实现教学过程中教、学、做的统一[1]。因此，通过Cisco Packet Tracer、Boson Netsim和GNS3等网络模拟软件构建计算机网络实践教学平台的方式受到了青睐[2，3]。实际教学中，模拟软件的引入使得学生仅使用一台电脑便可重复实验成为可能，不仅增强了学生的实践体验，还节约了大量的建设资金。然而，由于软件功能定位的差异，以上几款模拟软件对网络设备中的一些高级功能支持不足。如，Packet Tracer不支持对MSTP、VRRP等协议的模拟，GNS3缺乏模拟三层交换机的能力。
IOU是思科公司开发的网络模拟软件，通过界面Web-IOU与用户进行交互。IOU能实现与真实路由器和交换机上完全一致的实验效果。此外，IOU路由交换功能支持完备，具有非常低的系统资源占用率。在VMware虚拟机上运行实测表明，IOU中同时开启30多台网络设备，都能流畅运行[4]。因此，可以依托IOU方便开展具有一定规模和较高专业水准的计算机网络组网技术实验。虽然已有IOU用于计算机网络实践教学的案例[5]，但设计的网络拓扑结构较为简单，采用的组网技术较为基础，未能充分体现IOU的路由交换模拟能力优势。基于网络规划与系统集成课程的实践教学要求，设计典型的园区网规划与实现案例，介绍Web-IOU模拟软件在该课程实践教学中的应用方法。
1 教学案例设计
教学过程中，可根据网络规划与系统集成课程教学内容，结合日常网络规划建设与运维中涉及的主要拓扑结构和关键组网技术设计教学案例。图1是网络规划与系统集成实践课程的园区企业网络规划与实现的一个教学案例。该案例拓扑以一家设有多个分支机构的企业网络应用需求为背景，网络设备说明和配置要求如下。
该企业由一个总公司和两个异地办公的分公司组成。企业网使用10.1.0.0/16私有地址网段，通过出口路由器配置网络地址转换访问部署于公网的Web服务器，网络互联设备接口地址规划见表1。如图1所示，公司总部网络规模较大，两台三层交换机SW1、SW2构成核心层，两台二层交换机SW3、SW4构成汇聚层/接入层。划分4个VLAN模拟不同办公区域。公司总部网络的路由器R1、三层交换机SW1 和SW2运行OSPF等内部网关协议实现互通。二层交换机SW3 和SW4间配置链路聚合和Trunk。四台交换机间运行VRRP、MSTP实现链路冗余与负载均衡。Internet网络采用路由器R0模拟。两个分公司与总公司间采用DMVPN技术实现内网间跨Internet网络透明互访。
该案例拓扑的组网技术涵盖路由器、三层交换机的混合组网，内网间跨Internet网络透明通信，交换机实现不同VLAN 互访、Trunk与链路聚合，多生成树与网关冗余协议，访问控制列表，网络地址转换的原理和方法。要在真实物理环境中组网实现本案例拓扑，需要4台路由器、2台三层交换机、2台二层交换机、4台PC 机、1台服务器。大多数高校的硬件实训条件难以满足每位同学去独立开展物理的实验，如果采用IOU 软件进行模拟实验可以方便地使每位同学独立地完成以上实践内容。下文依托该案例拓扑，重点介绍IOU中具有特色的网络拓扑构建和主要配置方法。
2 教学案例的Web-IOU实现
2.1 网络拓扑构建
使用浏览器打开Web-IOU服务器的访问页面，创建要模拟网络的拓扑图。在输入仿真网络的名称后，通过设置NETMAP建立网络设备间的连接情况。NETMAP中，按照“设备号：端口编号”的格式定义设备间的连接。所有符号需用英文半角格式，每行对应一个连接关系，只需填写端口的编号，不需填写端口类型。图1所示的拓扑中，路由器R1、三层交换机SW1和SW2间连接关系的NETMAP设置内容如下： 以上连接关系设置中，符号“：”前面的数字是设备编号，“0/1”表示接口，“/”前面的数字是模块编号，后面的是接口编号。第一行中的“1：0/1 2：0/3”，表示设备1的0/1接口和設备2的0/3接口存在连接关系，即图1拓扑中的R1的E0/1接口和SW1的E0/3间的逻辑连接。
最后，创建网络设备，界面中可设置网络设备的名称、IOS种类及版本、RAM、NVRAM、接口模块种类及数量、设备图标等网络设备的属性。IOU中每个模块默认有四个端口，可根据需要的端口数量适当调整模块数量。设置好设备参数后，系统自动生成一张物理拓扑图。由于IOU不支持PC机的模拟，故采用关闭路由功能的路由器模拟PC终端。此外，SW1与SW2的链路聚合也无法在拓扑图中得以体现。为了提高拓扑结构的直观性，便于后续配置，使用图1所示的拓扑图替代Web-IOU自动生成的拓扑图。
使用画图软件打开拓扑图，通过移动光标到设备区域，读取该设备的像素值。结合各网络设备对应的像素位置，设置其对应超链接（telnet），实现直接点击图标便可打开设备配置窗口。图2给出了链接设置界面，其中area shape=’circle’表示一个圆圈点击范围；coords=’502，286，30’中502、286、30分别代表该圆圈的圆心的横纵像素坐标及半径；href=’telnet：//{{IP}}：2001’表示通过telnet来远程管理这些设备，端口号为2001。
2.2 配置设备
该案例组网实现技术点较多，限于篇幅，重点介绍IOU中DMVPN、VRRP、MSTP的配置方法和PC机的模拟方法。
（1） 将R1设置为DMVPN的HUB（服务端）、R2和R3设置为DMVPN的SPOKE（客户端），并使用192.168.1.0/24作为VPN的网段。通过路由器R1、R2和R3上运行的动态路由协议宣告隧道接口和内网的网段。
3 结论
以园区企业网的规划与组网实现为例，给出了IOU灵活的拓扑构建与部分关键组网技术的配置方法，展示了IOU区别于其他网络模拟软件的高级仿真功能，验证了其在承担网络规划与系统集成实践教学方面的潜力。利用IOU模拟软件开展网络规划与系统集成实践教学，除能满足正常的课程教学、有助于形成“教、学、做”一体化教学模式外，还有利于学生课后自主学习，培养学生规划与维护网络的创造性思维能力，提高学生对网络规划与系统集成关键技术的综合运用水平。
参考文献：
[1] 刘翠玲. 基于Packet Tracer网络安全访问控制教学设计[J]. 电脑知识与技术， 2016， 12（ 33）：83-84.
[2] 徐海霞， 李森. 虚拟仿真技术在计算机专业网络基础课程教学中的应用[J]. 电子世界， 2014（12）：174-175.
[3] 顾金花. 基于GNS3的BGP虚拟网络实验平台的网络实验[J]. 电脑知识与技术， 2014， 10（29）：6818-6819.
[4] 潘志安， 赵玲玲， 冯燕茹. GNS3在网络工程课程教学中的应用[J]. 电脑开发与应用， 2013，26（6）：49-50.
[5] 陆利刚， 黄静. Web IOU软件在计算机网络实验教学中的应用[J]. 现代计算机， 2013（9）：56-58.
[6] 李强， 龚发根. 浅谈IOU在计算机网络课程教学中的应用[J]. 济南职业学院学报， 2012（2）：79-81.
关键词：IOU；网络规划；系统集成；拓扑構建；实践教学
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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
实践是学习和掌握网络规划与系统集成类课程非常重要的教学环节。真实网络系统集成实践平台的构建通常受到设备数量和型号等因素的制约。采用模拟软件开展网络系统集成实践课程教学，既有利于降低实验室建设和设备维护的成本，又能克服实训受到时间地点限制的不足，有效提高学生自主学习的积极性，较好地实现教学过程中教、学、做的统一[1]。因此，通过Cisco Packet Tracer、Boson Netsim和GNS3等网络模拟软件构建计算机网络实践教学平台的方式受到了青睐[2，3]。实际教学中，模拟软件的引入使得学生仅使用一台电脑便可重复实验成为可能，不仅增强了学生的实践体验，还节约了大量的建设资金。然而，由于软件功能定位的差异，以上几款模拟软件对网络设备中的一些高级功能支持不足。如，Packet Tracer不支持对MSTP、VRRP等协议的模拟，GNS3缺乏模拟三层交换机的能力。
IOU是思科公司开发的网络模拟软件，通过界面Web-IOU与用户进行交互。IOU能实现与真实路由器和交换机上完全一致的实验效果。此外，IOU路由交换功能支持完备，具有非常低的系统资源占用率。在VMware虚拟机上运行实测表明，IOU中同时开启30多台网络设备，都能流畅运行[4]。因此，可以依托IOU方便开展具有一定规模和较高专业水准的计算机网络组网技术实验。虽然已有IOU用于计算机网络实践教学的案例[5]，但设计的网络拓扑结构较为简单，采用的组网技术较为基础，未能充分体现IOU的路由交换模拟能力优势。基于网络规划与系统集成课程的实践教学要求，设计典型的园区网规划与实现案例，介绍Web-IOU模拟软件在该课程实践教学中的应用方法。
1 教学案例设计
教学过程中，可根据网络规划与系统集成课程教学内容，结合日常网络规划建设与运维中涉及的主要拓扑结构和关键组网技术设计教学案例。图1是网络规划与系统集成实践课程的园区企业网络规划与实现的一个教学案例。该案例拓扑以一家设有多个分支机构的企业网络应用需求为背景，网络设备说明和配置要求如下。
该企业由一个总公司和两个异地办公的分公司组成。企业网使用10.1.0.0/16私有地址网段，通过出口路由器配置网络地址转换访问部署于公网的Web服务器，网络互联设备接口地址规划见表1。如图1所示，公司总部网络规模较大，两台三层交换机SW1、SW2构成核心层，两台二层交换机SW3、SW4构成汇聚层/接入层。划分4个VLAN模拟不同办公区域。公司总部网络的路由器R1、三层交换机SW1 和SW2运行OSPF等内部网关协议实现互通。二层交换机SW3 和SW4间配置链路聚合和Trunk。四台交换机间运行VRRP、MSTP实现链路冗余与负载均衡。Internet网络采用路由器R0模拟。两个分公司与总公司间采用DMVPN技术实现内网间跨Internet网络透明互访。
该案例拓扑的组网技术涵盖路由器、三层交换机的混合组网，内网间跨Internet网络透明通信，交换机实现不同VLAN 互访、Trunk与链路聚合，多生成树与网关冗余协议，访问控制列表，网络地址转换的原理和方法。要在真实物理环境中组网实现本案例拓扑，需要4台路由器、2台三层交换机、2台二层交换机、4台PC 机、1台服务器。大多数高校的硬件实训条件难以满足每位同学去独立开展物理的实验，如果采用IOU 软件进行模拟实验可以方便地使每位同学独立地完成以上实践内容。下文依托该案例拓扑，重点介绍IOU中具有特色的网络拓扑构建和主要配置方法。
2 教学案例的Web-IOU实现
2.1 网络拓扑构建
使用浏览器打开Web-IOU服务器的访问页面，创建要模拟网络的拓扑图。在输入仿真网络的名称后，通过设置NETMAP建立网络设备间的连接情况。NETMAP中，按照“设备号：端口编号”的格式定义设备间的连接。所有符号需用英文半角格式，每行对应一个连接关系，只需填写端口的编号，不需填写端口类型。图1所示的拓扑中，路由器R1、三层交换机SW1和SW2间连接关系的NETMAP设置内容如下： 以上连接关系设置中，符号“：”前面的数字是设备编号，“0/1”表示接口，“/”前面的数字是模块编号，后面的是接口编号。第一行中的“1：0/1 2：0/3”，表示设备1的0/1接口和設备2的0/3接口存在连接关系，即图1拓扑中的R1的E0/1接口和SW1的E0/3间的逻辑连接。
最后，创建网络设备，界面中可设置网络设备的名称、IOS种类及版本、RAM、NVRAM、接口模块种类及数量、设备图标等网络设备的属性。IOU中每个模块默认有四个端口，可根据需要的端口数量适当调整模块数量。设置好设备参数后，系统自动生成一张物理拓扑图。由于IOU不支持PC机的模拟，故采用关闭路由功能的路由器模拟PC终端。此外，SW1与SW2的链路聚合也无法在拓扑图中得以体现。为了提高拓扑结构的直观性，便于后续配置，使用图1所示的拓扑图替代Web-IOU自动生成的拓扑图。
使用画图软件打开拓扑图，通过移动光标到设备区域，读取该设备的像素值。结合各网络设备对应的像素位置，设置其对应超链接（telnet），实现直接点击图标便可打开设备配置窗口。图2给出了链接设置界面，其中area shape=’circle’表示一个圆圈点击范围；coords=’502，286，30’中502、286、30分别代表该圆圈的圆心的横纵像素坐标及半径；href=’telnet：//{{IP}}：2001’表示通过telnet来远程管理这些设备，端口号为2001。
2.2 配置设备
该案例组网实现技术点较多，限于篇幅，重点介绍IOU中DMVPN、VRRP、MSTP的配置方法和PC机的模拟方法。
（1） 将R1设置为DMVPN的HUB（服务端）、R2和R3设置为DMVPN的SPOKE（客户端），并使用192.168.1.0/24作为VPN的网段。通过路由器R1、R2和R3上运行的动态路由协议宣告隧道接口和内网的网段。
3 结论
以园区企业网的规划与组网实现为例，给出了IOU灵活的拓扑构建与部分关键组网技术的配置方法，展示了IOU区别于其他网络模拟软件的高级仿真功能，验证了其在承担网络规划与系统集成实践教学方面的潜力。利用IOU模拟软件开展网络规划与系统集成实践教学，除能满足正常的课程教学、有助于形成“教、学、做”一体化教学模式外，还有利于学生课后自主学习，培养学生规划与维护网络的创造性思维能力，提高学生对网络规划与系统集成关键技术的综合运用水平。
参考文献：
[1] 刘翠玲. 基于Packet Tracer网络安全访问控制教学设计[J]. 电脑知识与技术， 2016， 12（ 33）：83-84.
[2] 徐海霞， 李森. 虚拟仿真技术在计算机专业网络基础课程教学中的应用[J]. 电子世界， 2014（12）：174-175.
[3] 顾金花. 基于GNS3的BGP虚拟网络实验平台的网络实验[J]. 电脑知识与技术， 2014， 10（29）：6818-6819.
[4] 潘志安， 赵玲玲， 冯燕茹. GNS3在网络工程课程教学中的应用[J]. 电脑开发与应用， 2013，26（6）：49-50.
[5] 陆利刚， 黄静. Web IOU软件在计算机网络实验教学中的应用[J]. 现代计算机， 2013（9）：56-58.
[6] 李强， 龚发根. 浅谈IOU在计算机网络课程教学中的应用[J]. 济南职业学院学报， 2012（2）：79-81.