一、可重构计算机现代通信网络实验系统

可重构计算机网络实验系统用于构建数据网络通信，而多业务光传输系统可用于构建骨干传送网通信系统，二者共同构成现代数据通信网络实验平台的主体，如图1所示。

图１　计算机网络创新实验平台架构框图

1.可重构网络设备主要功能和特点

    每台可重构网络设备可以在开机时通过面板选择被配置成不同类型的网络设备，主要包括以下类别：

1) 中继器

2) 集线器

3) 以太网交换机

4) 路由器

5) 带防火墙功能的路由器

同时，设备类型可以根据需要进一步升级增加。

2.可重构网络设备的教学应用方式

1）对于每一种设备类型，可以有针对性的开展演示性和验证性实验，使学生通过实际测试切实掌握每种类型设备的关键工作原理和关键基础知识；

2）可以通过自主研发的软件，跟踪设备内部的关键处理和转发操作功能，深度掌握不同设备的工作机制和工作原理；

3）在一个机架上，将可重构网络设备配置为实现不同功能的网络设备，开展具有一定复杂度的异构组网实验：

4）将可重构网络设备当做一个二次开发平台，使用系统提供的算法接口、硬件接口，开展算法设计实验、网络编程实验等具有一定复杂度的综合网络实验；

3.教学型多功能网络协议测试系统

图4是教学型多功能网络协议测试系统的基本结构。

图4   教学型多功能网络协议测试系统

教学型多功能网络协议测试系统基本功能如下所示：

1) 具有4个快速以太网端口； 

2) 每个端口可以模拟16个以上独立用户产生测试业务流，每条业务流的带宽可以配置，发送帧长可以进行配置，用户可以根据需要定制发送内容；

3) 可以分析接收的每条业务流的交换抖动、交换延迟、丢包率；

4) 支持用户自定义报文的生成； 

5) 支持RIP、OSPF报文的生成与解析； 

二、可开设实验项目

1．演示和验证性实验介绍

此类实验主要按照特定的网络拓扑连接关系，通过计算机终端之间的互联互通，通过跟踪终端和交换机的数据包交互，观测不同终端和网络设备在网络通信过程中是如何接收、处理和转发网络数据包的，达到网络协议演示和验证的目的。

1) 中继器与集线器功能演示

a) 将可重构网络设备配置为以太网中继器，跟踪演示中继器的数据包转发功能；

b) 将可重构网络设备配置为以太网集线器，跟踪演示集线器的数据包转发功能；

2) 以太网交换机功能演示

将可重构网络设备配置为以太网交换机，完成以下4个实验：

a) 组建局域网

b) 以太网转发表的逆向学习和地址表老化跟踪演示验证

c) 虚拟局域网功能演示验证

d) 以太网交换机生成树网桥（STP）功能演示验证

3) 路由器基本功能演示验证

将可重构网络设备配置为路由器，学习路由器的相关知识。

a) 静态路由配置

b) RIP协议配置与协议跟踪

c) OSPF协议配置与协议跟踪

d) 配置路由器的区分服务属性，通过优先级转发实验，学习路由器对不同优先级IP业务的转发机制和网络QoS技术原理

4) 防火墙功能演示验证

可将设备配置为带防火墙功能的路由器，学习高性能网络设备具有的常规安全功能：

a) 学习ACL配置技术，学习路由器防火墙技术

b) 学习业务流识别与分类处理技术，学习网络设备对业务的分类处理和转发机制

2. 网络程序设计与协议开发实验介绍

将可重构网络设备配置为多网卡模式，该类实验主要在给定的实验平台和开发环境下，遵照实验指南由学生动手开发计算机网络TCP/IP协议栈中的部分重要协议，使得学生对计算机网络的认识由课堂走向实践，同时锻炼学生的编程和动手能力，为就业积累实践经验。

3. 综合性实验介绍

将可重构网络设备配置为多网卡模式，通过开放的软硬件接口，学生可以通过编写程序，学习基础的计算机网络协议设计方法。

1) 学习协议开发平台建立

2) 以太网MAC帧的接收和处理

3) ARP协议设计

4) ICMP协议设计编程

5) IPv4报文封装设计编程

6) IPv6报文封装设计编程

7) UDP协议设计编程

8) TCP协议设计编程

4. 创新性实验介绍

    将可重构网络设备配置为多网卡模式，通过开放的软硬件接口，可以开展以下创新性实验：

1) MAC地址老化算法设计

2) IP报文校验和计算

3) 分类地址路由查找算法设计

4) 最长前缀匹配路由查找算法设计

5) 将可重构网络设备配置为以太网交换机二次开发模式，学生可以自己编写STP生成树算法并进行联网实验

6) 将可重构网络设备配置为路由器二次开发模式，通过开放的软硬件接口，学生可以编写程序设计自己的路由协议和算法，并进行联网实验

5. 实验列表

实验1、将可重构网络设备配置为以太网中继器，跟踪演示中继器数据包转发功能实验

实验2、将可重构网络设备配置为以太网集线器，跟踪演示集线器的数据包转发功能实验

实验3、组建局域网演示实验

实验4、以太网转发表的逆向和地址表老化跟踪演示实验

实验5、虚拟局域网功能演示实验

实验6、以太网交换机生成树网桥（STP）功能演示实验

实验7、静态路由配置演示实验

实验8、RIP协议配置与协议跟踪演示实验

实验9、OSPF协议配置与协议跟踪演示实验

实验10、路由器对不同优先级IP业务的转发机制和网络QoS技术原理演示实验

实验11、ACL配置技术与路由器防火墙演示实验

实验12、业务流识别、分类处理及转发机制演示实验

实验13、协议开发平台建立综合实验

实验14、以太网MAC帧的接收和处理综合实验

实验15、ARP协议设计综合实验

实验16、ICMP协议设计编程综合实验

实验17、IPv4报文封装设计编程综合实验

实验18、IPv6报文封装设计编程综合实验

实验19、UDP协议设计编程综合实验

   实验20、TCP协议设计编程综合实验

实验21、MAC地址老化算法设计创新实验

实验22、IP报文校验和计算创新实验

实验23、分类地址路由查找算法设计创新实验

实验24、最长前缀匹配路由查找算法设计创新实验

实验25、将可重构网络设备配置为以太网交换机二次开发模式，学生可以自己编写STP生成树算法并进行联网实验综合创新实验

实验26、将可重构网络设备配置为路由器二次开发模式，通过开放的软硬件接口，学生可以编写程序设计自己的路由协议和算法，并进行联网综合创新实验