一、可重構(gòu)計(jì)算機(jī)現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

可重構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于構(gòu)建數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信，而多業(yè)務(wù)光傳輸系統(tǒng)可用于構(gòu)建骨干傳送網(wǎng)通信系統(tǒng)，二者共同構(gòu)成現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主體，如圖1所示。

圖１　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)框圖

1.可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要功能和特點(diǎn)

    每臺(tái)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以在開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)面板選擇被配置成不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要包括以下類(lèi)別：

1) 中繼器

2) 集線器

3) 以太網(wǎng)交換機(jī)

4) 路由器

5) 帶防火墻功能的路由器

同時(shí)，設(shè)備類(lèi)型可以根據(jù)需要進(jìn)一步升級(jí)增加。

2.可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的教學(xué)應(yīng)用方式

1）對(duì)于每一種設(shè)備類(lèi)型，可以有針對(duì)性的開(kāi)展演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)際測(cè)試切實(shí)掌握每種類(lèi)型設(shè)備的關(guān)鍵工作原理和關(guān)鍵基礎(chǔ)知識(shí)；

2）可以通過(guò)自主研發(fā)的軟件，跟蹤設(shè)備內(nèi)部的關(guān)鍵處理和轉(zhuǎn)發(fā)操作功能，深度掌握不同設(shè)備的工作機(jī)制和工作原理；

3）在一個(gè)機(jī)架上，將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為實(shí)現(xiàn)不同功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，開(kāi)展具有一定復(fù)雜度的異構(gòu)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)：

4）將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備當(dāng)做一個(gè)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用系統(tǒng)提供的算法接口、硬件接口，開(kāi)展算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)驗(yàn)等具有一定復(fù)雜度的綜合網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；

3.教學(xué)型多功能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)

圖4是教學(xué)型多功能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

圖4   教學(xué)型多功能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)

教學(xué)型多功能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)基本功能如下所示：

1) 具有4個(gè)快速以太網(wǎng)端口； 

2) 每個(gè)端口可以模擬16個(gè)以上獨(dú)立用戶產(chǎn)生測(cè)試業(yè)務(wù)流，每條業(yè)務(wù)流的帶寬可以配置，發(fā)送幀長(zhǎng)可以進(jìn)行配置，用戶可以根據(jù)需要定制發(fā)送內(nèi)容；

3) 可以分析接收的每條業(yè)務(wù)流的交換抖動(dòng)、交換延遲、丟包率；

4) 支持用戶自定義報(bào)文的生成； 

5) 支持RIP、OSPF報(bào)文的生成與解析； 

二、可開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1．演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)介紹

此類(lèi)實(shí)驗(yàn)主要按照特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，通過(guò)計(jì)算機(jī)終端之間的互聯(lián)互通，通過(guò)跟蹤終端和交換機(jī)的數(shù)據(jù)包交互，觀測(cè)不同終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中是如何接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議演示和驗(yàn)證的目的。

1) 中繼器與集線器功能演示

a) 將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)中繼器，跟蹤演示中繼器的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能；

b) 將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)集線器，跟蹤演示集線器的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能；

2) 以太網(wǎng)交換機(jī)功能演示

將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)交換機(jī)，完成以下4個(gè)實(shí)驗(yàn)：

a) 組建局域網(wǎng)

b) 以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)表的逆向?qū)W習(xí)和地址表老化跟蹤演示驗(yàn)證

c) 虛擬局域網(wǎng)功能演示驗(yàn)證

d) 以太網(wǎng)交換機(jī)生成樹(shù)網(wǎng)橋（STP）功能演示驗(yàn)證

3) 路由器基本功能演示驗(yàn)證

將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為路由器，學(xué)習(xí)路由器的相關(guān)知識(shí)。

a) 靜態(tài)路由配置

b) RIP協(xié)議配置與協(xié)議跟蹤

c) OSPF協(xié)議配置與協(xié)議跟蹤

d) 配置路由器的區(qū)分服務(wù)屬性，通過(guò)優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)路由器對(duì)不同優(yōu)先級(jí)IP業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)原理

4) 防火墻功能演示驗(yàn)證

可將設(shè)備配置為帶防火墻功能的路由器，學(xué)習(xí)高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有的常規(guī)安全功能：

a) 學(xué)習(xí)ACL配置技術(shù)，學(xué)習(xí)路由器防火墻技術(shù)

b) 學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)流識(shí)別與分類(lèi)處理技術(shù)，學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)業(yè)務(wù)的分類(lèi)處理和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

2. 網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)與協(xié)議開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)介紹

將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為多網(wǎng)卡模式，該類(lèi)實(shí)驗(yàn)主要在給定的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境下，遵照實(shí)驗(yàn)指南由學(xué)生動(dòng)手開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議棧中的部分重要協(xié)議，使得學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)由課堂走向?qū)嵺`，同時(shí)鍛煉學(xué)生的編程和動(dòng)手能力，為就業(yè)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3. 綜合性實(shí)驗(yàn)介紹

將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為多網(wǎng)卡模式，通過(guò)開(kāi)放的軟硬件接口，學(xué)生可以通過(guò)編寫(xiě)程序，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

1) 學(xué)習(xí)協(xié)議開(kāi)發(fā)平臺(tái)建立

2) 以太網(wǎng)MAC幀的接收和處理

3) ARP協(xié)議設(shè)計(jì)

4) ICMP協(xié)議設(shè)計(jì)編程

5) IPv4報(bào)文封裝設(shè)計(jì)編程

6) IPv6報(bào)文封裝設(shè)計(jì)編程

7) UDP協(xié)議設(shè)計(jì)編程

8) TCP協(xié)議設(shè)計(jì)編程

4. 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)介紹

    將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為多網(wǎng)卡模式，通過(guò)開(kāi)放的軟硬件接口，可以開(kāi)展以下創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)：

1) MAC地址老化算法設(shè)計(jì)

2) IP報(bào)文校驗(yàn)和計(jì)算

3) 分類(lèi)地址路由查找算法設(shè)計(jì)

4) 最長(zhǎng)前綴匹配路由查找算法設(shè)計(jì)

5) 將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)交換機(jī)二次開(kāi)發(fā)模式，學(xué)生可以自己編寫(xiě)STP生成樹(shù)算法并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

6) 將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為路由器二次開(kāi)發(fā)模式，通過(guò)開(kāi)放的軟硬件接口，學(xué)生可以編寫(xiě)程序設(shè)計(jì)自己的路由協(xié)議和算法，并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

5. 實(shí)驗(yàn)列表

實(shí)驗(yàn)1、將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)中繼器，跟蹤演示中繼器數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)2、將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)集線器，跟蹤演示集線器的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3、組建局域網(wǎng)演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)4、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)表的逆向和地址表老化跟蹤演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)5、虛擬局域網(wǎng)功能演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)6、以太網(wǎng)交換機(jī)生成樹(shù)網(wǎng)橋（STP）功能演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)7、靜態(tài)路由配置演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)8、RIP協(xié)議配置與協(xié)議跟蹤演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)9、OSPF協(xié)議配置與協(xié)議跟蹤演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)10、路由器對(duì)不同優(yōu)先級(jí)IP業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)原理演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)11、ACL配置技術(shù)與路由器防火墻演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)12、業(yè)務(wù)流識(shí)別、分類(lèi)處理及轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)13、協(xié)議開(kāi)發(fā)平臺(tái)建立綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)14、以太網(wǎng)MAC幀的接收和處理綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)15、ARP協(xié)議設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)16、ICMP協(xié)議設(shè)計(jì)編程綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)17、IPv4報(bào)文封裝設(shè)計(jì)編程綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)18、IPv6報(bào)文封裝設(shè)計(jì)編程綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)19、UDP協(xié)議設(shè)計(jì)編程綜合實(shí)驗(yàn)

   實(shí)驗(yàn)20、TCP協(xié)議設(shè)計(jì)編程綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)21、MAC地址老化算法設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)22、IP報(bào)文校驗(yàn)和計(jì)算創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)23、分類(lèi)地址路由查找算法設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)24、最長(zhǎng)前綴匹配路由查找算法設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)25、將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為以太網(wǎng)交換機(jī)二次開(kāi)發(fā)模式，學(xué)生可以自己編寫(xiě)STP生成樹(shù)算法并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)26、將可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置為路由器二次開(kāi)發(fā)模式，通過(guò)開(kāi)放的軟硬件接口，學(xué)生可以編寫(xiě)程序設(shè)計(jì)自己的路由協(xié)議和算法，并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)