Особенности методики преподавания дисциплины «Сети и системы передачи информации» в современных условиях

Передача мультисервисной информации по сети Интернет реализуется на базе протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – Протокол управления передачей/Межсете-вой протокол). TCP/IP – это стек (набор) протоколов или правил, которые были развиты, чтобы позволить компьютерам совместно использовать ресурсы сети [1–3].

Создание сетей и систем передачи данных в настоящее время базируется главным образом, на использовании аппаратных средств фирм Cisco (рисунок 1) и Huawei. В России оборудования Cisco и Huawei закуплено очень много, и оно широко используется в сетях предприятий и интер-нет-сервис-провайдеров (ISP).

Большая часть учебников, учебных пособий и методических разработок посвящены именно вопросам создания сетей на основе аппаратуры указанных фирм Cisco и Huawei [4–7]. Вопросы конфигурирования, проверки и отладки оборудования таких сетей рассматриваются в узкоспециализированных учебных руководствах [6; 7]. Однако указанные руководства характеризуются очень большим объемом и сложностью изложения материала.

Введение санкций ограничивает использование аппаратуры Cisco. Выход из введенных санкционных ограничений видится в налаживании широкого производства отечественных ком- мутаторов и маршрутизаторов. Однако процесс импортозамещения может быть достаточно длительным. Поэтому в ближайшее время аппаратура Huawei займет лидирующие позиции в области телекоммуникаций, тем более что многие предприятия и операторы уже работают с подобным оборудованием.

Задача университетов состоит в подготовке специалистов, способных работать аппаратурой как с Cisco, так и Huawei. Следует помнить о необходимости подготовки специалистов, которым предстоит еще долгое время эксплуатировать приобретенное оборудование. В свое время ПГУТИ также приобрел аппаратуру Cisco для обучения студентов и слушателей трейнинг-цен-тра СРТТЦ: шесть комплектов маршрутизаторов и коммутаторов размещены в корпусе № 1 в ауд. 405 (рисунок 1) и 4 комплекта – в СРТТЦ в корпусе № 2.

Сетевые симуляторы и эмуляторы

При использовании реального оборудования, например из 4 маршрутизаторов и 4 коммутаторов, группа студентов из 24 человек разбивается на 4 подгруппы. Каждая подгруппа из 6 человек вынуждена конфигурировать один маршрутизатор, что снижает эффективность обучения. Для устранения указанного недостатка в дополнение к существующему оборудованию при обучении используются программные имитаторы функци-

Рисунок 1. Сетевое оборудование Cisco

Комп. 1 Комп. 12

Лаборатория моделирования сетей и систем связи

Рисунок 2. Топология сети учебной лаборатории на оборудовании Cisco

онирования сети. Наиболее распространенными в настоящее время являются симуляторы Packet Tracer, Enterprise Network Simulator (eNSP), а также эмулятор Graphical Network Simulator (GNS3), имеющие широкие возможности по моделированию сети [7–9].

Симуляторы Packet Tracer, к сожалению, стали недоступны из-за введенных санкций. Отечественные эмуляторы (симуляторы) сетевых аппаратных средств для обучения студентов необходимо разрабатывать.

Фирма Huawei предоставляет каждому зарегистрированному пользователю похожий по своим возможностям на симулятор Packet Tracer и GNS3 эмулятор eNSP.

В связи с запретом использовать Packet Tracer его функции может выполнять графический эмулятор сети GNS3, который является общедоступным открытым, имеет большие возможности, но требует много вычислительных ресурсов. Открытое программное обеспечение GNS3 можно бесплатно скачать с официального сайта [8; 9]. Эмулятор GNS3 позволяет работать с использованием различных платформ (Cisco, Juniper и др.). Уникальной особенностью GNS3 является способность объединения моделируемой сети и реального оборудования. Следует иметь в виду, что на GNS3 также могут быть введены санкционные ограничения.

Перечисленные симуляторы сети работали с операционной системой Microsoft Open. В связи с санкциями и невозможностью продления подписки на Microsoft в университете ПГУТИ проводится переход на операционную систему Linux.

Поэтому eNSP и GNS3 переустанавливаются для работы с операционной системой Linux, а также обновляются лекции, методические указания по лабораторным работам и практическим занятиям в рамках курса «Сети и системы передачи информации» и других курсов, например «Технологии пакетной коммутации и маршрутизации».

Системы команд сетевых устройств разных фирм-производителей аппаратуры различаются. Наиболее известными являются системы команд аппаратуры фирм Cisco, Huawei [6; 7]. Однако системы команд сетевых устройств других фирм, например, система команд маршрутизаторов серии ESR ООО «Предприятия “ЭЛТЕКС ”», а также фирмы Zelax похожи на Cisco IOS [10; 11]. Команды интерфейса CLI маршрутизаторов MikroTik также мало отличаются от Cisco [13]. Несколько другое конфигурирование маршрутизаторов компании Network Systems Group (NSG), где используется программное обеспечение NSG Linux 2. x [12], но принципы конфигурирования аналогичны Cisco и Huawei. Поэтому каждый, кто знает основы работы в интерфейсе командной строки (CLI) с системой команд Cisco или Huawei, может легко разобраться с конфигурированием сетевых устройств других фирм. Ниже приведены примеры начального конфигурирования маршрутизаторов оборудования Cisco и Huawei.

Конфигурирование сетевых устройств

Конфигурирование маршрутизаторов и коммутаторов в среде эмулятора (симулятора) внешне ничем не отличается от работы с реальным

23.23.23.0/30

12.12.12.0/30

15.15.0/30

.0/30

60/0/1  G0/0/2

60/0/1   60/0/2

60/0/2

60/0/1

:-■? r®/e

60/0/2

interface GigabitEthernetO/O/O ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 # interface GigabitEthernetO/O/1

ip address 12.12.12.1 255.255.255.252 # interface GigabitEthernetO/O/2

ip address 15.15.15.2 255.255.255.252 # interface GigabitEthernet0/0/3

#

# interface NULLO *

ospf 1 router-id 10.10.10.10

area 0.0.0.0 network 12.12.12.0 0.0.0.3 network 15.15.15.0 0.0.0.3 network 192.168.10.0 0.0.0.255

Рисунок 3. Модель схемы сети на оборудовании Huawei (пакет eNSP)

оборудованием. При этом на каждом компьютере с установленным симулятором можно конфигурировать достаточно сложную сеть, включающую несколько маршрутизаторов, коммутаторов и компьютеров, а также некоторых других сетевых устройств, таких как серверы, IP-телефоны. Данный комплекс позволяет студентам и слушателям курсов повышения квалификации полноценно освоить программирование аппаратуры без риска повредить реальную аппаратуру сетевого комплекса. На реальном же оборудовании проводится закрепление полученных знаний, умений и навыков.

Ниже приведен пример схемы сети (рисунок 2), реализованной на реальном оборудовании Cisco (рисунок 1), а также фрагмент распечатки текущей конфигурации. Модель сети в среде eNSP приведена на рисунке 3.

На начальном этапе конфигурирования задаются имена устройств, например, первый маршрутизатор в сети (рисунок 2) назван A, что выполнено по командам:

Router# configure terminal Router(config)# hostname A A(config)#

Подобным же образом конфигурируется имя в пакете eNSP фирмы Huawei маршрутизатора R1A (рисунок 3):

system-view

[Huawei] sysname R1A

[R1A]

Маршрутизаторы A, R1A готовы к конфигурированию остальных параметров.

На начальном этапе конфигурирования, помимо имен, обычно задаются адреса интерфейсов. Например, в схеме рисунок 2 адрес интерфейса

FastEthernet 0/0 маршрутизатора A задается следующим образом:

A# configure terminal

A(config)# interface fastEthernet 0/0

A(config-if)# ip address 192.168.10.1 255.255.255.0

В модели сети рисунок 3 при вводе адреса интерфейса GigabitEthernet0/0/0 можно сократить запись, задав не значение маски, а длину префикса (24):

[R1A] interface GigabitEthernet0/0/0

[R1A-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.10.1 24

Таким образом, системы команд конфигурирования маршрутизаторов Cisco и Huawei (а также других производителей сетевого оборудования [10–13]) различаются, но логика конфигурирования близка.

Дистанционное обучение

Вторая проблема, возникшая в последнее время, обусловлена пандемией COVID-19, из-за которой часть занятий проводилась в дистанционном режиме. Наибольшие трудности возникали при чтении лекций, когда лектор не видит аудиторию, не может оценить реакцию студентов на преподаваемый материал. В ответ на выборочную просьбу показать, что студент законспектировал, обычным ответом является отговорка, что не работает видеокамера, плохо работает микрофон и т. д. Даже повторить только что прочитанный лектором материал студенты, как правило, отказываются, ссылаясь на технические неполадки.

В то же время лабораторные работы и практические занятия по дисциплине, в которой используются программные средства, такие как Packet Tracer, eNSP, GNS3, дистанционно проводятся очень эффективно. Каждый студент, загрузив и запустив симулятор (эмулятор), создает модель сети и конфигурирует сетевые устройства (маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, компьютеры). Работа проводится и контролируется преподавателем в режиме реального времени. Обычно на экран выводятся результаты работы одного из студентов. Все остальные студенты, выполняющие лабораторную работу, оперативно отслеживают проводимое конфигурирование сетевого устройства, сравнивают со своей работой и корректируют ее. На следующем этапе выполняемой работы свои результаты демонстрирует другой студент. В ряде случаев, если изучаемый материал трудный, в процесс конфигурирования может вмешаться преподаватель. Опрос выполнивших работу студентов проводится индивидуально как в очном, так и в дистанционном режиме. На лекциях, лабораторных и практических занятиях студенты могут использовать личные ноутбуки, согласно концепции BYOD (Bring Your Own Device) [14], которая широко пропагандировалась в Cisco-академии.

Заключение

Для обучения студентов технологиям пакетной коммутации и маршрутизации в сетях и системах передачи информации рекомендуется сочетание использования работы с реальным оборудованием и компьютерное моделирование сетей на базе эмуляторов и симуляторов Packet Tracer, eNSP, GNS3. Использование эмуляторов и симуляторов особенно эффективно при проведении лабораторных работ и практических занятий как в дистанционном, так и в очном режиме обучения студентов.