网络与通信实验室解决方案.docx
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网络与通信实验室解决方案.docx
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网络与通信实验室解决方案
一、网络与通信实验室建设总述
网络与通信实验室应该是计算机科学与技术、等十几个专业进行网络课程实验教学的专业实验室,开设的实验课程有:
计算机网络技术、计算机网络与通信、网络工程、网络信息安全、现代通信技术、计算机网络组建技术等,开设的主要实验项目:
计算机组网、网络布线、网络软件安装设置(含操作系统、网卡驱动程序)、网络常用命令使用、网线制作与网络设备认识、计算机网络安全与防火墙技术、常规网络管理工具的应用、网络加密与解密算法的实现、网络服务器架构与管理、密码学技术、网络攻防、病毒攻防、通信原理、移动通信、交换机的基本配置等。
实验室应不断加强公共设施建设,完善实验室机制,形成一套科学、规范、系统的示范性网络工程专业课程教学实验体系。
使网络工程实验室能开展各种有线和无线的网络设计、构建、测试实验,可以为当前流行的各种网络服务的学习和时间提供平台,能让学生从原理、应用、开发各方面全方位学习和实践网络知识。
在互联网迅猛发展的今天,网络技术随时改变着人们的生活和工作方式,社会信息化、网络化已成为当今世界发展的潮流。
包括网络工程师在内的很多IT类人才成为了当今社会最紧俏人才,其身价更是节节攀高。
巨大的人才缺口,导致企业不惜以重金挖取网络人才。
但是高校毕业生的往往因缺乏相关工作经验以及IT课程知识体系滞后,很难胜任这些岗位。
高校开展网络工程教学的经验虽然日益丰富,但是如何真正能够达到良好教学效果仍然是一个令人头疼的话题。
虽然现在提出了很多课题式、项目式情景教学的理论和模式,但是如何落实到实际的教学中,如何能够培养出满足社会需求的新型网络人才仍然困扰着老师。
网络的发展使通信技术也不断成熟,通信技术应用也更加广泛和深入。
目前3G技术也不断成熟,3G牌照的发放、3G手机的推出,同样使通信技术在各行各业应用大量增加,近几年来,各类通信技术人员招聘数量以翻倍的速度增长,社会急需一大批既有专业理论知识又有实际工作技能的通信领域合格人才。
高校作为向社会输送专业人才的主力军,如何让学生在校期间有机会接触一些前沿技术,开展实际的工程设计和研发训练,提高学生就业竞争力,成为高校教学和实验改革的重要目标之一。
随着网络与通信技术的发展,社会对网络与通信人才的需求分工开始越来越细,能力要求也越来越高,培养不通层次、具备不通能力的人才,已经成为高校面临的严峻问题。
目前高校教学培养人才的具体环节是“理论->实践->实训->实习和毕业设计->就业”,目前在网络与通信技术的各个教育环节中,都存在一系列的问题:
1.理论教学环节,缺乏完整、先进的理论体系,体系不完整,只能适用部分教学;
2.实践操作环节,缺少完善、先进的实验操作环境,很多设备厂商以卖设备为主,解决教学现状为辅;
3.实训环节,缺乏具体的可操作案例,实训专业不对口”;
4.实习和毕业设计环节,实习和毕业设计所学到的技能极其有限,能力提高很小,与实际就业差距很大;
由此可见,高校人才培养的最终目标是能够让学生成功、顺利的就业。
然而,高校的教育现状必然导致学生的就业困难,这使高校面临巨大的压力。
目前高校网络与通信相关专业存在问题主要是教育理念的实践存在障碍。
缺乏详尽的岗位群分析,缺乏针对性强的课程体系设计,缺乏先进的教学方法模式。
高校培养“知道知识应用到哪里、如何应用、学会应用”的网络应用型人才已经是网络与通信相关专业院校的必须具备的基本条件;网络应用型人才是基础人才,考虑到学科、学院的整体的、长远的发展,学生的整体能力的提高,这就要求高校在具备培养学生实际动手能力、解决问题能力的同时,更要注重培养学生可持续发展能力、分析和研究问题的能力。
网络与通信实验室的组建,从知识体系的全面性、完整性、深入性的角度出发,实验系统应由网络工程、网络信息安全与通信技术模块三部分组成。
(1)网络工程教学模块,网络工程实验室是专门为高等院校计算机网络及其相关学科提供教育、教学实习和科研的场所。
它提供了真实的网络环境,可以让学生亲自搭建网络、亲自动手调试、配置网络,让学生全方位了解各种网络设备和应用环境,真正加深对网络建设技能的掌握,真正提高了学生的网络技能和实战能力,增强他们在将来的就业竞争中的竞争优势。
网络工程实验室应该能满足做不同类别的实验,通过灵活方便的进行网络实验组合,能够在网络工程实验室内通过增加功能模块的方式同时完成不同层次人才的培养需要。
目前我们西北大学现有近30台(1999年01月采购)XYLAN交换机,可以利用这些交换机做组网的实验,包括基本网络搭建、交换机基本配置、全局配置、端口配置、镜像配置、Vlan划分、查看交换机系统和配置信息、交换机端口隔离、生成树配置等交换机配置及应用的实验内容。
(2)网络信息安全教学模块,实验内容应对社会工程学、密码学、主机安全、网络攻防、病毒攻防、容灾备份、无线安全、生物特征八方面的内容都做深入的讲解和剖析,从验证、应用、设计、研究等各个角度全面提高学生的网络信息安全能力。
使学生在知道“知识应用到哪里、如何应用、学会应用”同时知道“知识是什么、学会知识、灵活运用知识、研究知识”。
(3)现代通信技术教学模块,实验内容应包括通信原理、移动通信原理与技术两门课程。
对课程的知识模块进行合理划分,课堂理论讲解和现代通信技术应用相结合,从最初的演示型实验、验证型实验到设计型与综合型实验,实验内容由浅入深、循序渐进,对加强和完善实践教学、培养学生的创新和工程实践能力起到积极作用。
通过网络与通信实验室的组建,可以达到如下的效果:
1.保证高校的教学使学生不再枯燥、烦恼,让学生的学习成为一种乐趣;
2.使教师从繁杂的教学活动中解脱出来,让教师成为教学活动的策划者,使教师的教学真正变得轻松、简单、有效;
3.使学校的整体建设向可持续发展的道路健康发展;使社会得到正真需要的人才。
吉林中软吉大信息技术有限公司,吸收高校教师教学经验,取材来自行业的应用案例,汇总来自职业岗位的技能需求,提供教学方案,从实验教学模式、教学内容、教学方法、人才培养等方面满足高校教学需求,希望运用信息技术手段推动中国教学模式改革,真诚服务高校、服务老师、服务学生,最终实现服务社会。
二、网络与通信实验室建设需求分析
无论是研究型大学还是应用工程型大学,基础课程的教学理念进一步向研究型教学模式转化,已经全面而深入地开展了教学内容、教学体系和教学方法的现代化改革,网络安全与通信类课程是高校相关专业必修的重点课程,它在整个专业建设和课程体系中占据重要地位,与各个专业及各个领域息息相关。
1、在教学内容方面,由于网络与通信技术的高速发展,教师很难在第一时间更新资料,导致了教学内容滞后。
另外,由于网络与通信庞大的理论体系,教师很难把握一条清晰的教学主线,导致人才培养困难;
2、在教学模式方面,现有的教学模式缺乏有效的网络与通信实验环境,实践操作性不强,导致高校学生普遍存在着“理论强、实践弱、缺乏设计创新能力”的现象;
3、在教学效果方面,高校一般采用硬件设备厂商提供的实验室解决方案,购置的硬件成本偏高,设备后期维护资金较高,导致学校在实验室建设投入更多的资金,却并未得到应有的教学效果;
4、在人才培养方面,人才培养模式单一,优秀人才培养能力薄弱,几乎完全不能满足社会对人才的要求;
2.1实验室建设需求
随着网络与通信教学的普及,网络与通信专业已经成为各大高校相关专业的重要组成部分,国内很多理工科高校正在开设或准备开设网络与通信相关的专业。
西北大学信息科学与技术学院也适时开设了网络与通信专业,努力为社会培养大批网络与通信方面的优秀人才。
网络工程实验过程是如何运用理论、技术的过程,是告诉学生技术用到哪里的过程,不是理论、技术的再学习过程,从培养可持续发展人才的角度出发,必须要加强网络基础中网络安全、通信内容的深入学习。
但是网络与通信专业是一门综合性极强的学科,涉及了社会工程学、密码学、主机安全、网络攻防、病毒攻防、容灾备份、无线安全及生物特征,共八方面网络信息安全方面的内容和通信原理、移动通信等通信方面的各个领域。
1.目前很多学校的网络与通信课程体系都没有体现学科本身的特点,课程设置和教学内容过散,难以构成专业的知识结构体系,实验室软硬件建设不健全,教学手段单一。
西北大学信息科学与技术学院同样面临着类似的问题,学院网络与通信专业的发展,需要借助教学工具更好的整合教学过程中的相关资源,打造完美教学实验室,来保证课程体系的科学性、系统性、完整性、前沿性与先进性,保证学科建设更好、更快发展;通过“理论+实践”的先进实验室的组建,提高教育教学质量,大力培养有创新精神和较强实践能力的高素质应用型人才。
2.吉林中软吉大结合多年开发的成功经验和吉林大学、东北师范大学等众多知名高校教师的使用反馈,公司开发的“网络信息安全教学实验系统”和“现代通信技术实验教学系统”产品,从教学模式的角度,提出了开展“理论实践教学”的观点,将传统的“课堂教学+实验环节”的模式提升为“全面实验教学”,进一步深化网络与通信的教学改革。
3.通信模块创新地将“通信器件库”、“信号处理过程”、“自定义器件”等技术应用到现代通信教学中,设计了丰富的通信实验,为通信教学提供了新的教学方法,对深化教学模式改革起到积极的推动作用,力争培养优秀高级通信专业人才。
4.网络安全模块实验设计采用“进阶式”理念,实验难度由浅入深,实验类型由验证到设计,实验对象层次由低到高;通过自主研发的密码学工具箱、Flash、洪泛工具等多种工具和实验表现手法的运用,力争为社会培养优秀高级网络管理人才、网络程序开发人才和网络科研型人才。
5.在互联网迅猛发展的今天,信息已经成为社会发展的重要战略资源,信息技术随时改变着人们的生活和工作方式,社会信息化已成为当今世界发展的潮流。
信息的获取、处理和安全保障能力成为综合国力的重要组成部分,这使信息安全、信息保障成为事关国家政治、社会和经济稳定的全局性问题,社会迫切需要大批的具有信息安全专业技能的人才。
6.各级各类大学高校是对信息安全研究和培训教育工作最重视和最具实力的部门,如何在高等院校加强信息安全专业学科建设,重视专业人才的培养,建立科学的人才培养模式是社会对高校提出的迫切要求。
2.2课程体系建设需求
1.网络与通信专业是一门综合性极强的学科,涉及了网络信息安全、网络通信等各个领域。
要求学生在具备坚实的理论知识的基础上,还要具有实际动手能力,解决问题的能力和创新能力。
如何培养技能型、实用型和创新型人才,成为目前中国高等教育改革和进行大学生素质教育中的重要问题。
2.全面而深入地进行教学内容、教学体系和教学方法的现代化改革是十分必要的。
网络与通信相关专业的发展,强调课程体系建构,以技术理论知识为构架,以技术运用和应用为目标,通过对现实工作实际需求的调研和分析,真正实现理论与实践完美结合。
2.3人才培养需求
目前,社会对网络与通信方面人才的要求在逐步提高,人才需求从应用型逐步向技能型、科研型人才转变,那么高校作为人才培养的基地,为社会培养优秀人才是高校义不容辞的责任。
但是国内很多高校为实验室购买的产品大多还只是商用产品,而非专业的教学设备。
1.在人才培养方面,学生对知识的学习仍然停留在单纯的理论授课或设备应用层面,理论与实践操作结合的不够紧密。
学校对技术型和创新型人才的培养较为薄弱,导致学生在学习后不能具备扎实的技能功底;在知识结构方面,由于网络与通信方面的知识更新速度较快,涉及的领域较多,使得学校的教学计划不够科学,课程体系没有体现学科本身的特点,课程设计和教学内容过散,难以构成专业的知识结构体系。
2.一个覆盖“网络安全、网络通信”的教学内容,具有很强针对性,能够让学生直观、全面地了解、深入掌握网络安全社会工程学、密码学、病毒、木马、IDS等相关知识;通过虚拟实验室和丰富的器件的连接、节点分析及Matlab仿真等多种表现形式,使学生在深入掌握通信原理、移动通信的知识知识原理的同时,提高学生的实战能力,真正完成了理论与实践的完美统一,达到了知道“知识应用到哪里、如何应用、问什么这么应用”的学习目的,增强学生在就业中的竞争实力,迎合21世纪对应用型和创新型人才的需要。
3.高校应着力培养具有坚实理论基础、较强实践能力和创新能力的信息安全人才。
真正地满足高校在网络与通信实验室建设、课程体系建设、人才培养方面的需求。
西北大学历史悠久、师资力量雄厚,学校高度重视学生的素质教育、注重学生的动手能力的培养“不断深化教育教学改革,优化人才培养模式,强化教学管理,加大教学投入,依托学科优势和特色,大力培养具有为人民服务思想、创业与创新精神和较强实践能力的高素质应用型人才。
”的先进办学理念深得社会的广泛赞誉。
三、网络工程实验室建设的设计目标
3.1设计目标
1.面向院校网络与通信及相关专业的教学需求。
2.面向理论与实践相结合。
3.面向实用创新人才的培养。
4.能够推动院系理论与实践相融合的教学培养模式改革。
5.能够推动院系课程体系深化。
6.实现对网络工程、网络信息安全、现代通信产品的多角度、全方位的深入学习。
7.实验室的建设实质上是一种全新“启发式教学”模式,应注重学习能力、实践能力、设计能力、创新能力、交流能力、社会适应能力和团队协作能力的培养。
为了保证网络实验室的规划和建设的质量,根据上述建设网络与通信实验室的目标和原则建立网络与通信实验室。
四、网络与通信实验系统—网络工程模块实验室建设
1)网络工程实验室的建设,需要以教学为目的,以满足学生的学习操作为指导。
通过网络实验,学生能够学习到网络的组成、网络设备之间的互连与操作。
2)让学生亲自动手构建一个中小型的网络,提高学生对网络的设计能力、分析问题的能力,让学生对网络有一个更深入的了解。
3)由于网络技术发展和设备升级很快,因此实验内容应当选择基本的、成熟的、常用的网络原理和技术作为实验内容。
4)以最少的设备、最小的网络环境完成最多的网络实验。
解决学生对网络设备,特别是交换机等方面的实际动手调试、设置和操作的问题,能够解决一般网络中出现的问题。
5)在产品选型上应考虑具有开放性、标准性、兼容性、易管理性。
在网络设备上应保证具有一定的先进性。
随着网络工程专业在全国高校的设立,网络工程实验已成为该专业及相关专业的必修课程。
网络工程实验室的建设及实验课程的规划成为当务之急。
建设较好的网络工程实验室将不仅有利于教师的科研、教学,而且有利于提高学生的动手能力,提高网络工程专业学生在网络方面的知识、技能实践网络知识的能力。
考虑网络工程实验特点、实验设置、建设目标和功能需求,节省投资、时间和空间,应该为网络工程专业建设一个具有综合性、经济性和先进性的专业实验室。
随着网络技术的不断发展,可以随时增加新的网络设备或模块来扩展网络规模与功能。
目前考虑到学校设备的有效利用,我们西北大学可以利用学校现有的交换机设备(1999年1月采购),进行计算机网络组建技术、交换机的配置、端口镜像、查看等交换机基本配置操作,使学校原有设备得到充分、高校的利用,实验室课余时间对教师和学生免费开放,可进行毕业设计、课程设计、按项目组开放的实验项目和学生课外科技活动。
五、网络与通信实验系统—网络信息安全模块实验室建设
西北大学是一所综合类的大学,学校一直实施教学立校、科研强校、人才兴校战略,考虑到学校的学科建设、学院建设的因地制宜、因材施教的总体发展要求,那么只建立单独模块的网络或者通信实验室是远远不够的,一个集网络安全、网络通信模块的网络综合型教学实验室的组建将是学校发展的必然选择,中软吉大的“网络与通信实验系统”可以为学校在一个实验室中打造完整的实验体系,节约学校的硬件资源,充分提高实验室利用率。
高校的网络与通信实验室,首先应具备“网络信息安全方面中高级人才”的培养能力。
各级各类大学高校是对信息安全研究和培训教育工作最重视和最具实力的部门,如何在高等院校加强网络安全专业学科建设,重视专业人才的培养,建立科学的人才培养模式是社会对高校提出的迫切要求。
尽管目前国内一些理工科高校正在开设或准备开设网络信息安全课程,但是仍存在很多问题:
1.高校所开设的课程和人才培养仍然停留在单纯的理论授课或设备应用层面,不能涵盖信息安全的主要内容。
2.在知识结构方面,教学计划不够科学,课程体系没有体现信息安全学科本身的特点,课程设置和教学内容过散,难以构成专业的知识结构。
3.在能力培养方面,过于偏重理论或实践操作,对创新型人才的培养较为薄弱。
西北大学,作为一所综合类的院校,在教育及人才培养方面也会同样遇到类似的问题。
针对现在高校网络信息安全与通信教学中普遍存在的问题,中软吉大适时推出了“网络与通信实验系统”的“网络信息安全教学模块”。
该模块内容主要面向各高校信息安全及其相关专业的本科生及研究生,知识类实验以教育部高校信息安全类专业教育指导委员会所制定的信息安全专业教学体系为依托,涉及社会工程学、密码学及应用、主机安全、网络攻防、病毒攻防、无线安全、容灾备份和生物特征八个方面。
着力培养具有坚实理论基础、较强实践能力和创新能力的信息安全人才。
真正地满足高校在信息安全实验室建设、课程体系建设、人才培养方面的需求。
1.针对本科生教育,产品注重学科的基础性、实用性和实践性,包括计算机原理、程序设计、计算机网络、操作系统、数据库基本知识以及网络信息安全工具、设备应用。
2.针对研究生教育,产品注重信息安全体系完整性,注重提高学生的设计、创新和综合开发能力。
3.此外,产品还能够满足一定的科研需求。
到目前为止,我公司的网络信息安全产品在高校的成功案例近200所,用户满意度很高。
西北大学,作为一所历史久远、办学规模较大、师资力量雄厚、办学理念先进的综合性大学,集“网络工程、网络信息安全、网络通信”等多模块的网络与通信实验室,将是贵校必然且明智的选择。
五、网络与通信实验系统—现代通信技术模块实验室建设
根据全国高校通信专业实验教学情况分析,实验教学需求与通信实验室建设尚存在一定矛盾,主要表现在:
(1)传统的硬件模块,实验内容由生产厂家预先设定,难以自主设计添加实验,限制了学生的动手能力和创新意识;
(2)硬件模块的功能限制了对实验中间过程和结果的观测分析,影响学生对整体知识的理解;
(3)传统实验室投入较大,硬件设备易磨损,不易维护和升级,后期维护费用高;
(4)高校授课常用的一些仿真软件(如simulink)多用于辅助工程和学术研究,没有形成完整的实验教学体系,难以达到理想的教学效果。
综上述,建立完善的通信实验室,就要求必须做到以下几点:
1.通信实验教学应提供崭新的教学形式
通信专业传统的教学实验主要是通过硬件电路连接实现各功能模块的运算,受实验条件限制,学生看不到实验的中间现象,面对复杂的电路板难以从系统的观点去分析各点波形关系,影响对整体知识的理解。
系统本着直观化、可视化的理念,采用虚拟实验的方法,实现系统模型的灵活搭建、实验参数的手动调节、实验中间过程和结果的对比分析。
2.提高高校的教学质量
现代通信技术侧重理论分析,同时又和实践有着密切的联系,应从理论与实践相融合的角度出发,强调以教师为主导、学生为主体的教学理念,提供内置语音flash、虚拟通信实验箱(简称EcomBox)、MATLAB程序设计多种教学手段,将原来在课堂上进行的授课内容移植到实验室中进行,该系统可以单独开设课程,也可以辅助高校现有实验或教学开设课程,实验操作的同时完成理论与实践的融会贯通,提高学习效果。
3.提供完善的教学体系
依据高校现有课程体系与教学大纲,针对通信原理、移动通信原理与技术两门课程。
对课程的知识模块进行合理划分,课堂理论讲解和现代通信技术应用相结合,从最初的演示型实验、验证型实验到设计型与综合型实验,实验内容由浅入深、循序渐进,对加强和完善实践教学、培养学生的创新和工程实践能力起到积极作用。
六、实验室布局设计参考
中软吉大公司设计各种形式的实验室布局图供校方参考。
可根据校方实验室用地面积,授课形式等要求布置不同的布局风格。
如下图:
6.1.1岛式布局设计图
图5-1-2
6.1.2岛式布局效果图
图5-1-2
6.2.1一字型布局设计图
图5-2-1
6.2.2一字布局效果图
图5-2-2
6.3.1背靠背布局设计图
图5-3-1
6.3.2背靠背布局效果图
图5-3-2
6.4.1转角布局风格
图5-4-1
6.5.1多个模块产品同时部署的解决方案
下图为2个模块需要单独机柜部署的链接图,2个模块可以同时安装在一个实验室内,为学校节约硬件资源,提高设备和实验室的利用率。
七、网络与通信实验室各个模块的具体实验内容及结构
(1)网络信息安全模块实验内容及结构
本系统依据教育部提出的信息安全类专业规范要求设计了46个实验,共计119个实验任务。
包括知识类实验和课题类实验两个方面,涉及社会工程学、密码学及应用、主机安全、网络攻防、病毒攻防、无线安全、容灾备份和生物特征八个方面,其中设计型实验约占28%,综合型实验约占11%,课题型实验约占3%,共计212学时。
学校可以根据实际情况选择实验内容。
实验内容如下:
7.1知识类实验
7.1.1社会工程学
实验
练习
实验点
人数
类型
实验1
敏感信息搜集
敏感信息搜集
社会工程学、信息搜集方法、如何保护个人敏感信息
1人
验证型
实验2
钓鱼式攻击手法
钓鱼式攻击手法
钓鱼攻击原理、防范网络钓鱼
3人
验证型
实验3
密码心理学攻击
密码心理学攻击
密码心理学概念、密码特征分析、密码猜解
1人
验证型
实验4
安全细节问题
安全细节问题
信息安全中的细节问题、制定和实施企业安全计划
2人
验证型
7.1.2密码学及应用
实验
练习
实验点
人数
类型
实验5
古典密码算法
Kaiser密码
代替密码编码方法、单表代替密码分析
2人
验证型
单表置换密码
置换密码学编码方法、古典密码统计分析
2人
验证型
实验6
对称密码算法
DES算法
分组密码、DES算法加解密过程、子密钥产生过程
2人
验证型
AES算法
AES基本变换、算法加解密过程、密钥膨胀理论
2人
验证型
IDEA算法
IDEA算法加解密过程
2人
验证型
RC4算法
序列密码、RC4算法加解密过程
2人
验证型
实验7
非对称密码算法
RSA算法
非对称密码体制、RSA算法加解密过程
2人
验证型
ELGamal算法
ELGamal算法加解密过程
2人
验证型
实验8
Hash算法
MD5算法
哈希函数、MD5算法原理
2人
验证型
SHA1算法
SHA1算法原理
2人
验证型
实验9
密码应用
文件安全传输
数字签名、利用对称密码实现数据加密、利用非对称密码实现数字签名、利用Hash函数实现数据完整性
2人
设计型
PGP应用
PGP安全通信
2人
验证型
实验10
PKI技术
证书应用
身份认证、证书申请与颁发、使用数字证书配置安全站点、使用数字证书发送签名邮件
2人
验证型
证书管理
CA的备份与还原、发布CRL
2人
验证型
信任模型
常见PKI信任模型
3人
验证型
PKI应用
PKI体系模型
3人
设计型
实验11
信息隐藏
信息隐藏位图法
BMP图像编码方式、使用位图法嵌入和提取信息
2人
设计型
LSB水印算法
数字水印、LSB算法、LSB水印嵌
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