計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教材試驗設(shè)計探究

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教材試驗設(shè)計探究范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

本文作者：付雪峰 劉有珠 徐文飛 鄧少波 單位：南昌工程學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系

隨著Internet的迅猛發(fā)展,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)極大的影響人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí),5計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6已經(jīng)成為高等學(xué)校計算機(jī)專業(yè)普遍開設(shè)的核心專業(yè)課程,是計算機(jī)專業(yè)學(xué)生技術(shù)基礎(chǔ)的主干理論課程之一,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為計算機(jī)學(xué)科中一個相當(dāng)重要的研究領(lǐng)域和發(fā)展方向,然而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中涉及了大量的概念、定義和協(xié)議等,這些內(nèi)容抽象、空洞,僅僅通過理論教學(xué)很難讓學(xué)生理解和掌握。網(wǎng)絡(luò)實驗是掌握這些理論的最好方法,但由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理本身的復(fù)雜性等原因,目前高校大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)實驗都偏向于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)用方面的實驗,缺乏完全覆蓋計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要層次的網(wǎng)絡(luò)實驗體系和網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計[1],特別是在協(xié)議理解與設(shè)計方面。同時國家網(wǎng)絡(luò)管理員、網(wǎng)絡(luò)工程師考試逐年加重實踐環(huán)節(jié)的考查,學(xué)生就業(yè)更強(qiáng)調(diào)實踐動手的能力,因而借助于一定的軟、硬件手段來完善現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗課程迫在眉睫。

一實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)困難,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗所需的軟件和硬件短缺,主要的硬件設(shè)備只有電腦,據(jù)統(tǒng)計,直到2000年左右,國內(nèi)大多數(shù)學(xué)校沒有專用的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境和實驗室[2]。由于實驗條件的制約,使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)長期徘徊在課堂講授和書本上,學(xué)生很少有實際動手實驗的機(jī)會。他們只能從書本上了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),因此動手能力差,不能適應(yīng)社會對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的需求。而實驗條件差的主要原因在于:一是由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗相關(guān)的設(shè)備比較昂貴,如交換機(jī)、路由器等,而且計算機(jī)硬件的更新?lián)Q代的速度太快,高校很難跟上設(shè)備的發(fā)展速度;二是缺乏適應(yīng)各自學(xué)校特點的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境建設(shè)方案,缺乏綜合性、設(shè)計性的實驗。這樣學(xué)生缺乏能動性,對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識和理解僅限于PC機(jī),個別基礎(chǔ)比較差的學(xué)生甚至把計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等同于一些通訊軟件,如QQ等。在考慮這兩方面原因的基礎(chǔ)上,應(yīng)把教學(xué)探討的主要著重點放在實驗設(shè)計這部分。

二實驗內(nèi)容

由于各高校的實驗室設(shè)備不同,配置的軟件不同,師資力量不同,學(xué)科研究方向不同,使得各高校所開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容不盡相同。但大體上,針對本科生開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容可分為以下幾個方面的實驗:驗證性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗[3]。

1.驗證性實驗

驗證性實驗主要用于驗證網(wǎng)絡(luò)的各種協(xié)議,開設(shè)目的是讓學(xué)生更形象地理解理論知識。主要實驗有:以太網(wǎng)幀的構(gòu)成、IP地址分類與數(shù)據(jù)包組成、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議、ARP和IP控制管理協(xié)議、ICMP和UDP數(shù)據(jù)報的傳送、TCP數(shù)據(jù)通信、SNMP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用層協(xié)議、HTTP協(xié)議、WINDOWS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、應(yīng)用層協(xié)議、TELNET、SNMP及其他。

2.綜合性實驗

綜合性實驗?zāi)康氖菫榱俗寣W(xué)生更好地應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)知識,提高實踐能力。綜合性實驗又可分為基礎(chǔ)實驗和高級實驗兩大類。主要實驗有:(1)基礎(chǔ)實驗。包括雙機(jī)互連、以太網(wǎng)組網(wǎng)實驗、常用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置及操作、交換機(jī)和路由器的了解,TCP/IP診斷實用程序、流媒體的認(rèn)識與應(yīng)用,SSL實現(xiàn)安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦谩?2)高級實驗。包括虛擬局域網(wǎng)的配置、路由器的使用、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的監(jiān)聽和分析,網(wǎng)絡(luò)故障仿真及分析,管理TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境、配置IP路由協(xié)議和廣域網(wǎng)絡(luò)、IP流量管理和安全控制配置,IPX網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)配置,PPP串行連接,配置幀中繼網(wǎng)絡(luò)。

3.設(shè)計性實驗

主要是用SOCKET套接字進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計。目的是讓學(xué)生進(jìn)一步掌握UDP及TCP協(xié)議的工作原理;掌握SOCKET編程的基本方法;學(xué)習(xí)應(yīng)用Ja-va、C#進(jìn)行簡單的面向連接的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。主要實驗包括異步串行通信編程實驗、實現(xiàn)利用停等協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)文件、編寫簡單的C/S程序、編寫簡單的SMTP郵件服務(wù)器并觀察其通信過程,建立一個網(wǎng)絡(luò)API函數(shù)庫、編制一個多服務(wù)的服務(wù)器、設(shè)計一個時鐘同步協(xié)議和一個滑動窗口協(xié)議[4]?，F(xiàn)在,越來越多高校把網(wǎng)絡(luò)實驗從理論課程中抽離出來,獨立開設(shè)課程,以便傳授盡可能多的網(wǎng)絡(luò)實驗內(nèi)容,讓學(xué)生更好地掌握網(wǎng)絡(luò)知識。

三搭建實驗平臺與設(shè)計實驗項目

計算機(jī)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)課程隸屬于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教研室,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教研室搭配有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室與一個學(xué)生創(chuàng)新實驗室。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室主要有計算機(jī)、華為路由器、交換機(jī)、雙絞線、壓線鉗、網(wǎng)絡(luò)測試器等計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗相關(guān)的主干設(shè)備。由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)生人數(shù)比較多,路由器與交換機(jī)的數(shù)量不足,因而在實驗項目的設(shè)計上,使用真實的機(jī)器做實驗的講解、分析,采用軟件模擬器的方式完成網(wǎng)絡(luò)實驗的實踐。根據(jù)上面的分析以及參照計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室的實際情況和參考其他成熟的院校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上,將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗作如下安排。

(1)物理層實驗:雙絞線的制作;實驗設(shè)備(雙絞線、制線鉗、網(wǎng)線測試器)。

(2)以太網(wǎng)鏈路層幀格式分析;實驗相關(guān)軟件(Ethereal分析協(xié)議數(shù)據(jù)包、Snifer抓包軟件)。

(3)網(wǎng)絡(luò)層:ARP協(xié)議分析;實驗相關(guān)軟件(Ethereal分析協(xié)議數(shù)據(jù)包、Snifer抓包軟件)。

(4)IP協(xié)議分析。

(5)IP組網(wǎng)實驗。

(6)TCP協(xié)議分析及基于TCP的通訊程序設(shè)計,簡單的通訊程序設(shè)計不再使用基于C++的套接字的方式,采用對Sockeet封裝得更好的Java或者C#的編程方式。

(7)DNS協(xié)議分析與設(shè)置。

(8)DHCP協(xié)議分析與設(shè)置。

(9)局域網(wǎng)工作原理與實驗。

(10)虛擬局域網(wǎng)Vlan的劃分。采用相關(guān)的路由器仿真軟件來實現(xiàn),這類軟件有很多,如專用于華為產(chǎn)品的華為點點通、Cisco路由器、交換機(jī)模擬程序BosonNetsim等。

對網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的進(jìn)一步完善是加強(qiáng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)環(huán)節(jié),網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)作為對課程整體的考查在整個實驗課程體系中占有非常重要的地位,它能夠全方位的考查學(xué)生對整個知識體系的掌握程度[5]。實訓(xùn)環(huán)節(jié)應(yīng)安排到課程末或?qū)W期末,用專門的時間由專門教師指導(dǎo)完成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的專項技能訓(xùn)練。實訓(xùn)題目的設(shè)計應(yīng)該多樣化,網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)的題庫正在設(shè)計中,主要設(shè)計一套能夠綜合運用網(wǎng)絡(luò)知識體系的方案,如構(gòu)建一個局域網(wǎng)絡(luò),在這個網(wǎng)絡(luò)中有各種網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備,如交換機(jī)、路由器等。有各種不同的服務(wù)器,如HTTP,EMAIL和FTP等。實驗的目的就是將以前學(xué)過的知識運用到實際工作中去,這個實驗需要以組為單位大家共同完成[6]。這個實驗的另一個目的就是要求同學(xué)通過以前學(xué)過的知識,利用任務(wù)驅(qū)動把它連接起來。讓學(xué)生完成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D,管理好網(wǎng)絡(luò)的運行、維護(hù)和安全等,從實踐應(yīng)用的角度培養(yǎng)學(xué)生的工程意識,發(fā)揮教師實踐經(jīng)驗豐富的優(yōu)勢,讓學(xué)生動手解決從實踐應(yīng)用抽象出的題目,更好地理解網(wǎng)絡(luò)理論知識。在實際應(yīng)用方面,依托于學(xué)生創(chuàng)新實驗室,采用/網(wǎng)絡(luò)小組0校內(nèi)的橫向聯(lián)合。像現(xiàn)在高校內(nèi)部都建設(shè)有校園網(wǎng),這是一個現(xiàn)成的,不需要任何再投入的“網(wǎng)絡(luò)實驗室”。網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的教學(xué)完全可以和校園網(wǎng)的建設(shè)、管理結(jié)合起來,充分利用現(xiàn)有資源。在網(wǎng)絡(luò)管理員和老師的指導(dǎo)下,讓學(xué)生參與校園網(wǎng)的建設(shè),既讓學(xué)生增加了實踐機(jī)會,增強(qiáng)了動手能力,又可以為學(xué)校節(jié)約人工成本。例如,現(xiàn)在很多辦公室的計算機(jī)管理存在很大的漏洞,安全性不高,出了問題只能找網(wǎng)絡(luò)管理中心解決,不僅效率低,也加大了網(wǎng)絡(luò)管理中心的工作量,把大量時間消耗在簡單重復(fù)的勞動上。如果可以挑選部分計算機(jī)專業(yè)高年級的優(yōu)秀學(xué)生,分配到各個相關(guān)部門,在課余或?qū)嵙?xí)時間,幫助管理計算機(jī),維護(hù)系統(tǒng)安全,無疑能夠提高他們的網(wǎng)絡(luò)技能掌握水平。

四教學(xué)效果與總結(jié)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課程,更是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的重點課程,在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論教學(xué)過程中配合網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué),強(qiáng)化實驗在網(wǎng)絡(luò)課程中的地位,以網(wǎng)絡(luò)工程師、網(wǎng)絡(luò)管理員為一個測試點,經(jīng)過幾個學(xué)期的教學(xué),學(xué)生在深入理解協(xié)議工作原理的基礎(chǔ)上,其創(chuàng)造性思維也得到提高,能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識聯(lián)系實際,獨立完成網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分析與設(shè)計。同時網(wǎng)絡(luò)工程師與網(wǎng)絡(luò)管理員的通過率也有了明顯的提高。將實驗教學(xué)依托于華為網(wǎng)絡(luò)學(xué)院,近年來學(xué)校華為3Com的網(wǎng)絡(luò)工程師的認(rèn)證通過率一直在80%以上。著名的建構(gòu)主義專家DavidH.Jonassen認(rèn)為:學(xué)習(xí)者建造自己的現(xiàn)實,至少是基于以往的經(jīng)驗來解釋現(xiàn)實的。因此,一個人的知識是在個人經(jīng)驗、思維結(jié)構(gòu)以及對事物的不斷摸索的基礎(chǔ)上形成的,鼓勵學(xué)生自己動手做實驗就是這樣一種集三者于一體的有效的探究方式。實驗教學(xué)的初步實踐表明,在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,理論聯(lián)系實際顯得很重要。目前的實驗是考慮到學(xué)生的平均水平而單獨設(shè)立各實驗,將來可嘗試結(jié)合所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)知識進(jìn)一步安排綜合性實驗。愛因斯坦曾說過:“發(fā)展獨立思考和獨立判斷能力,應(yīng)當(dāng)始終放在首位”,綜合性實驗和設(shè)計性實驗是培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要途徑,并能為學(xué)生主動學(xué)習(xí)、獨立研究和全面發(fā)展提供空間。中國有句古話:“授人以魚,不如授人以漁”,計算機(jī)專業(yè)的飛速發(fā)展導(dǎo)致課堂的教學(xué)與學(xué)校教學(xué)的實驗設(shè)備跟不上它的更新速度,因而鍛煉學(xué)生自主的學(xué)習(xí)能力在大學(xué)教育特別是計算機(jī)專業(yè)的教育中尤為重要。另外,應(yīng)鼓勵學(xué)生積極參與一些應(yīng)用課題和研究項目的調(diào)研及開發(fā)工作,使學(xué)生形成合理的專業(yè)知識結(jié)構(gòu),提高他們的綜合實踐能力。當(dāng)然教學(xué)過程中教師的言傳身教、穿針引線以及在學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、思維方式、科學(xué)觀念的培養(yǎng)上也是至關(guān)重要的。