吴君青，张国敏
（解放军理工大学 指挥信息系统学院，江苏 南京 210007）
摘 要：针对网络工程专业和培训班两种学生类型，参考先易后难教学理念，按照TMN层次结构分别提出网络管理教学设计，首先是基本网络管理模型，然后是基于SNMP的网元管理内容，进一步学习网络管理功能集成，最后介绍网络安全态势的相关平台。
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关键词 ：网络管理；TMN；教学设计
第一作者简介：吴君青，男，讲师，研究方向为网络管理， jupiwujun@163.com。
0 引 言
网络管理的教学目标是使学生能够熟练掌握联网系统的运营、管理、维护和供应相关的活动、方法、规程以及工具，运用相关专业知识描述和表达问题，具有熟练的系统分析与应用能力[1-2]。该课程是一门专业课程，需要计算机网络原理、网络工程设计、网络应用编程等相关课程的基础知识。虽然只是一门实践性强的专业课程，但是网络管理的教学内容选择性较大。从网络管理生命周期的角度，学生需要学习网络管理的基本概念、基本原理和基本方法；从系统工程的角度，学生需要学习规范化的、可定量的网络管理方法和模型；从网络管理技术发展的角度，教师需要讲授一些新技术和新方法，开拓学生视野和培养创新意识，使学生更好地适应现代网络发展[3]。此外，学生类型不同，学习目标也不同。网络工程专业学生希望深刻理解网络管理的必要性，系统掌握网络管理的相关标准和模型，为网络管理系统开发打下良好的基础；培训班学生希望系统掌握网络管理工具，能够定位和排除网络常见故障。因此，整个教学设计的选择性较大，如何适应学生实践能力的培养是一个值得研究的问题。
“先易后难”是常用的教学设计模式[4]，首先介绍简单的、基础性的、容易理解的概念，然后学习比较复杂的、能够使用简单概念描述的抽象概念，最后学习那些综合性的、依赖于前面概念的知识信息。TMN层次结构是一个明确定义的网络管理层次结构[5]，该层次结构中，网络管理可以分为网元、网元管理、网络管理、服务管理、业务管理，因此教师可以结合TMN层次结构，按照“先易后难”方式，实现网络管理课程的教学设计。
1 TMN层次结构
TMN是由国际电联（ITU-T）针对电信管理网络规范而制定的标准，其优点在于提供了一个明确而且广泛接受的术语学，有利于讨论网络管理的相关主题。TMN层次结构模型中描述了一系列网络管理层次，每个层次建立在另外一个层次之上。
TMN层次结构如图1所示，整个网络管理内容划分为网元、网元管理、网络管理、服务管理和业务管理5个层次：①网元层，对应于单个网元内部部署的管理代理，涉及设备自身所支持的、与任何管理系统无关的管理功能；②网元管理层，实现单个设备的远程管理，功能包括远程查看、修改配置、报警监控等；③网络管理层，基于网元管理层进行功能分析和掌握网络基础设施的整体运行情况；④服务管理层，管理对象是网络为最终用户提供的服务；⑤业务管理层，核心目标是实现网络服务的支撑和统计，如计费和定价、业务预测等。
经过仔细分析，服务管理层和业务管理层面向具体的网络服务，在实际操作中有较大的灵活性，而网元层、网元管理层和网络管理层定义了网络管理的公共内容，是提供网络业务的基础性支撑。因此，教师在教学设计中可以按照网元层、网元管理层和网络管理层进行组织。
2 教学实施设计
作为一门网络专业课，网络管理要求学习多种专业工具，掌握相关网络管理协议；在专业工具方面，需要介绍设备管理器和维护终端、网络分析器、网元管理器、管理平台等；在网络管理协议方面，需要介绍简单网络管理协议SNMP[6]、命令行接口CLI等内容。为了让学生全面理解网络管理功能，教师需要介绍网络管理基本模型FCAPS、OAM&P[1]，讲授一些新技术和新方法，开拓学生视野和培养创新意识，使其更好地适应现代网络发展。因此，整个教学设计需要进行合理组织，按照一种先易后难、逐层推进的方式进行。
2.1 教学设计基本思路
结合TMN层次结构参考模型，通过分析各种网络管理工具、管理协议可得其所对应的管理层次，详细关系见表1。
其中，网元层重点介绍网络设备自身的管理功能，可以选择常见的超级终端接口进行讲解。对于服务器设备，教师可以介绍专门的自检工具或者类似于Windows资源管理器的工具。网元管理层方面要求学生重点学习SNMP协议。作为工业界事实上的标准，SNMP的支持和应用极为广泛，整个介绍内容需要涉及SNMP自身优势、运行原理、MIB信息等内容。网络管理层方面要求学生重点学习管理平台。作为一种网络管理集成方式，管理平台得到当前业界的普遍认可。教师可以在教学中选择一种应用较为广泛的系统作为学习案例。
整体教学内容包括相关教材选择、课堂教学设计和实验设计。在教材方面，选择Alexander Clemm编写的Network Management Fundamentals[2]作为参考教材，也可以选择其他具有类似知识结构的教材，要求是系统介绍网络管理的概念和原则，试图从一个整体的、系统的观点介绍网络管理，同时阐述网络管理中使用的各种技术之间的关系。教学的课堂设计以TMN层次结构为主体内容，同时增加必要的概述章节和总结性内容。教学对象可以分为网络工程专业学生和培训班学生，针对不同的教学对象类型，教师需要设计不同的教学计划。
2.2 网络工程专业教学设计
网络工程专业学生普遍掌握网络原理，但缺乏网络故障严重性认识和网络管理工具的使用经验。学习目标是深刻理解网络管理的必要性，系统掌握网络管理的基础知识。因此，教学目标是理解和应用网络管理相关标准和模型，为网络管理系统开发打下良好的基础。网络工程专业的教学课时为20+20（小时），具体知识分配见表2。
第1部分是网络管理概述，主要介绍网络管理的必要性以及网络管理有关的功能、工具和活动。通过相关案例介绍，学生首先能够对网络管理的用途、基本概念及重要性有一定认识，从整体上对这门课程有直观认识。
第2部分是网络管理模型，通过这部分内容的教学，进一步深化学生的网络管理基础知识，学生在面临巨大的网络管理系统时，应采用“分而治之”的方式逐个分解并解决，同时理解网络管理功能的分类方法。在该章节，教师可以初步介绍TMN层次管理模型和FCAPS等管理功能模型。这部分内容配套安排了一个实验，使用常用工具Ping测量网络中设备的响应时延并进行系统分析。通过该实验，学生进一步认识到通过适当的网络管理能够定量了解网络运行状况。
第3部分是网元管理层，主要介绍基于SNMP的网络管理。这一部分是教学重点之一，首先需要分析比较CLI和SNMP两种管理协议，分析各自的优点并介绍SNMP的管理模型组成；然后需要学习SNMP的MIB相关知识，掌握基于SNMP的开发方法，为实现网络管理系统开发打下良好基础；最后是介绍常用的MIB库，学习SNMP浏览器的相关使用。在实验环节方面，教师可设计SNMP浏览器的实验内容。通过使用SNMP浏览器，学生既能直观理解SNMP工作机理，又能够用该工具解决一些网络管理问题，培养这两方面的能力。
第4部分是网络管理功能集成，主要学习网络管理功能集成的目标和原理并通过Manage-Engine_OpManager系统进行实践。管理平台的开发实践是可选内容，介绍WebNMS的开发框架。这一部分的实验环节和课堂教学相对应，重点是学习使用ManageEngine_OpManager和WebNM的开发框架。实际过程中所花费的实验时间要超过6课时，可以选择只学习其中一个软件。
第5部分是新技术的学习，介绍基于OSSIM的安全事件管理集成。OSSIM是开源安全信息管理系统（Open Source Security Information System），支持多种开源软件系统的信息集成并实现事件关联。实验环节侧重引导学生安装和使用OSSIM系统平台，了解系统集成在安全事件方面的应用。OSSIM的网站上提供了较多的视频文件，学生可以选择其中的安装和使用视频进行学习。
第6部分是课程总结，教师可以按照具体情况有选择地实施。
以上是对于网络工程专业的课程设计，主要突出如下特点：①整个教学中注重整体介绍网络管理，强调网络管理是一个系统工程；②按照TMN层次结构介绍多种管理工具，使学生能够系统掌握网络管理工具；③侧重于学生进一步开发能力的培养。教师通过介绍当前的学习资源，进一步培养学生的资料查找和自我学习能力。
2.3 培训班教学设计
培训班的学生来源于实践岗位或者是即将参加具体岗位的本科毕业生，整个学习时间很短，学生特点是对系统开发兴趣较低，但是对于网络故障认识深刻，明确网络管理的必要性。此外，大部分学生有网络管理工具的使用经验，其学习目标是系统掌握网络管理的相关工具，为实际工作服务。因此，教学目标侧重分析网络管理工具的原理，能够从整体上理解网络管理工具的选择；一旦需要解决网络故障，能够准确选择网络管理工具，具有定位和排除网络常见故障的基本技能。网络工程专业的教学课时为10+10（小时），具体课时分配见表3。
整个教学设计中侧重实际应用学习。其中，第1、2部分内容和工程专业教学设计基本一致，目标是理解网络管理所必要的基础知识。由于培训班的大部分学生对网络管理已经有感性认识，因此不安排实验。
第3部分是网元管理层，主要介绍基于SNMP的网络管理相关原理、MIB浏览器的使用以及常用的MIB库信息。在实验环节方面，教师可设计SNMP浏览器的实验内容。
第4部分是网络管理功能集成，主要介绍管理平台的集成方法，学生学习网络管理平台的基本功能和选择依据。实验环节是学习使用ManageEngine_OpManager。
第5部分是新技术的学习，学习内容和网络工程专业一致，介绍基于OSSIM的安全事件管理集成。实验环节侧重引导学生安装和使用OSSIM系统平台，了解系统集成在安全事件方面的应用。
以上是针对培训班的课程设计，主要突出如下特点：①整个教学中注重整体介绍网络管理，强调网络管理是一个系统工程；②侧重培养学生对网络管理工具的实际使用能力，通过介绍当前的学习资源，进一步培养学生的资料查找和自我学习能力。
3 教学效果分析
整个教学计划目前已经在两个培养对象类型上实施。网络工程专业的教学对象为解放军理工大学指挥信息系统学院的网络工程专业学生，共计40人；培训班的教学对象为解放军理工大学指挥信息系统学院的设备维修培训班学员，共计42人。
3.1 考核指标安排
对于网络工程专业的培养对象，考核指标见表4。
对于培训班的培养对象，考核指标见表5。
两种考核指标中，网络工程专业的培训人员理论知识更为丰富，考核的内容中包含部分开发方面的内容。培训班的考核指标侧重于实际应用能力，由于授课时间较少，整个考核的知识点相对集中，应用能力方面重点考核实际操作能力。
3.2 考核结果分析
经过教学实施，我们最终统计出两个班级的知识点掌握情况分布。其中，网络工程专业学生参加考试40人，理论成绩最高分为91分，最低分为60分，平均成绩为75分；实验成绩中，最高成绩为90分，最低成绩为60分，平均成绩为78分。培训班学生参加考试42人，理论成绩最高分为81分，最低分为60分，平均成绩为68分；实验成绩中，最高成绩为85分，最低成绩为60分。整体的成绩分布如图2所示，详细的成绩百分比见表6。
两者的培训成绩中，在偏重理论的知识点方面，两者差距不是很大。大部分知识点中工程专业的掌握情况比培训班的掌握情况要好，差距最大的是第3（TMN层次结构）、第5（SNMP的管理模型）和第7（管理平台）3个知识点，差距在10%以上。在实践操作方面，如第4 （SNMP操作）和第8（管理平台操作）两个知识点，培训班的学生掌握情况更好，这可能是因为网络工程专业的学生需要学习SNMP的相关开发内容，要求掌握更多内容，另外一个原因是培训班的学生操作任务比较明确，更有利于集中时间学习。
总体上，整个测试成绩说明教学设计方案有利于掌握网络管理的相关原理和实际操作，尤其是能够较好掌握SNMP和管理平台的基本操作步骤。
4 结 语
网络管理系统是一个对规模因素、鲁棒性、可伸缩性和可维护性具有苛刻要求的复杂系统，包含广泛的功能，在实际应用中面临许多挑战，因此网络管理课程的教学设计对于培养学生具有良好的业务能力起到不可替代的基础性作用。笔者提出基于TMN层次结构的网络管理教学设计，注重在整体上介绍网络管理的相关功能，并针对不同的教学对象制定了教学实施方案。对于网络工程专业教学对象，除了学习管理工具的使用之外，还介绍了相关的开发方法；对于培训班的教学对象则侧重于原理性知识和实际工具的结合。总体教学设计中都考虑了学习资源的介绍，进一步培养学生提高自我学习能力。
网络管理教学中另一个重要问题是实验环境的建设，一个典型性的网络环境对于教学两方面都有巨大的促进作用。然而，如何实现低成本的实验环境建设是一个需要研究的问题，笔者下一步将在这方面进行研究。
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参考文献：
[1] Subramanian M. Network management: principles and practice[M]. 2nd ed. New Jersey: Prentice Hall, 2012:61-67.
[2] Clemen A. Network management fundamentals[M]. Indianapolis: Cisco Press, 2006: 24-25.
[3] 陈鸣, 胡谷雨. 网络工程专业教学体系的创新与实践[J]. 计算机教育, 2009(19): 43-47.
[4] Scardamalia M, Bereiter C. Knowledge building: theory, pedagogy, and technology[M]. Cambridge:Cambridge University Press, 2006: 11-12.
[5] Martín A, León C, López A. An intelligent alternative approach to the efficient network management[J]. Revista de Sistemas de Informa o da FSMA, 2012 (10): 10-18.
[6] Wijnen B, Presuhn R, Harrington D. An architecture for describing SNMP management frameworks[EB/OL]. [2014-07-13]. https://tools.ietf.org/html/rfc3411.
（编辑：宋文婷）