網絡課程理論與實踐教學中的幾點探討

張世博

摘要:面對網絡技術的迅猛發(fā)展,社會對計算機網絡人才的需求倍增,如何科學合理地設置網絡課程的教學內容是擺在我們面前值得思考的問題。本文以培養(yǎng)和提高學生的網絡工程實踐能力為目標,從網絡系列課程改革、網絡實驗室軟硬件環(huán)境建設等方面探討了新形勢下網絡相關課程教學與實踐改革思路和實驗室建設經驗。

關鍵詞:網路工程;課程建設;網絡原理

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

隨著網絡技術和網絡應用的發(fā)展,我國絕大多數的計算機專業(yè)或非計算機專業(yè),在不同程度上開了計算機網絡課,甚至有不少學校開設了計算機網絡專業(yè),課程內容涉及如路由器的配置、計算機網絡操作系統、計算機網絡安全等。

我系的計算機網絡課程設置以實際崗位工作過程為導向,建立工學相結合的人才培養(yǎng)模式。學生在計算機網絡方向的能力按照工作過程分為四大方面:網絡原理掌握能力、建設網絡能力、管理網絡能力和網絡使用能力。網絡原理掌握能力主要是以太網、廣域網的協議理解與分析,為后續(xù)有進一步進行研究意愿的同學打下良好的基礎。建設網絡能力主要包括:網絡布線能力,局域網的規(guī)劃、網絡設備的安裝與調試能力。管理網絡能力主要包括:網絡設備維護能力、網絡管理平臺的構建能力、數據備份與安全防護能力。網絡使用能力主要包括:企業(yè)信息平臺搭建能力、企業(yè)網絡設計能力、企業(yè)網站管理與維護能力。為了達到上述的目標,把網絡課程的設置從以下四個方面做了改進與優(yōu)化。

1網路課程建設方案

根據計算機網絡課程以工作過程為導向的人才培養(yǎng)模式,把網絡課程的內容按照理解網絡原理、建網、管網、組網四種工作過程來進行工作任務的劃分。為實現這些工作任務,需要設計合理的建設方案。

按照特色專業(yè)要求,改變過去的培養(yǎng)計劃中單一的“計算機網絡”課程,將“計算機網絡”課程擴大為4門課程或設計,其中1門專業(yè)基礎課“計算機網絡原理”,3門專業(yè)課“計算機網絡編程”、“實用路由與交換技術”和“計算機網絡專題實驗”,并計劃在下一階段開出綜合布線方面的課程,所有課程都大幅增加了實踐環(huán)節(jié)。同時,全面加強網絡工程實驗教學環(huán)節(jié),每門課都設有課程實驗。特別是“計算機網絡專題實驗”,作為獨立開設的實驗課,為學生提供認知型、驗證型、設計型、綜合性和創(chuàng)新性的計算機網絡工程實驗,培養(yǎng)學生的網絡工程實踐能力和技術創(chuàng)新能力。

2網路課程師資團隊建設

建立網絡相關課程的教學團隊。由于網絡課門數多,教學內容新,教學工作量大,因此教學團隊建設非常重要。我們建立了以中青年教師為骨干的教學團隊,以教授帶隊,提供并把握教學方向,積極申報學校的精品優(yōu)質課程,并以此來加強促進網絡課程教學的規(guī)范化與精品化。緊密結合專業(yè)特色,對教材的引用進行改革。改變學生普遍反映學完計算機網絡課程后很難與具體的網絡系統聯系起來的現狀,注意理論聯系實際,理論教材在介紹網絡基本理論時,通過實例來介紹網絡應用問題,通過企業(yè)網絡工具來輔助理論教學,并從系統組成的角度介紹了計算機網絡實用技術。同時,通過書中練習題使實驗教材與理論教材相互呼應,選擇的實驗項目比較有代表性,基本覆蓋了理論教材的所有知識點,關于實驗環(huán)節(jié)設置請見本文后續(xù)的章節(jié)內容。

3實驗室建設

課程改革的重點是“實驗立體化”,包括實驗室硬環(huán)境建設和軟環(huán)境建設。

在軟件實施上,采用開源軟件etheral與科來網絡分析系統(免費版)作為網絡原理協議分析的工具軟件。此軟件可以實時根據指定的協議來抓取IP包,并以二層、三層為分字段顯示,直觀地顯示協議的內容,下面段落通過抓包ping的過程來分析演示IP包的分段過程。另外,提供其他的應用層網絡軟件如FTP架設軟件Serv-U,WEB服務器軟件Apache,IP掃描軟件IPScan等,通過這些軟件來掌握基本的網絡應用知識。

在硬件建設上,投入數十萬元購進主流網絡廠商的網絡設備,包括路由器、二/三交換機、IPV6交換機、防火墻等。眾所周知,不同的網絡設備商的產品會有所區(qū)別,但在基本成型的設備里,其設備的結構、操作方式是比較標準化的。我們把網絡設備分組,每組中至少包含兩臺路由器、兩臺三層交換機。

每套實驗設備的拓撲規(guī)劃如下,學生在初始時可根據此拓撲來完成指定的項目,待掌握各單個知識點后,可由學生根據網絡業(yè)務需求,自行設計網絡拓撲,如圖1所示。

4實驗項目設置

對于網絡原理類的課程,在實驗室內采用每名學生一臺PC的方式,可以完成網絡抓包、協議分析、網路拓撲設計等實驗環(huán)節(jié)。通過簡單組網,在其上通過安裝、配置上面提到的應用軟件,學生可完成FTP、WWW等服務,有了不同協議的服務,在抓包過程中,學生能更好的體驗到網絡原理課程中所講到的比如TCP三次握手協議、IP包分段等較為晦澀難懂的內容。以下是一個通過抓包實驗分析IP分段的示例:

(1) 理解MTU,并掌握所在網絡的MTU大小

①MTU是Maximum Transmission Unit的縮寫,在網絡終端上可以通過ping命令來定位MTU的大小。

②ping命令中參數“-f”代表“Set Don't Fragment flag in packet”,利用此參數并配合不同大小的包,可以定位到MTU的大小。

如:設置包大小為1000(-l 1000)(圖2),由此圖可以看出大小為1000byte的包在強制不分段的情況下可以送出的。再設置包大小為2000(-l 2000)(圖3),由此圖看出大小為2000byte的包在不分段的情況下不能通過網絡,所以通過設置size的方式可以找到MTU的值,在本次測試中MTU為1472(默認百兆以太網MTU的值)。

(2) 進行Ping過程,利用科來網絡分析系統抓ICMP協議包,為了演示網絡分段的過程,采用size為3000byte的包傳輸,抓包如圖4所示。

(3) 分析過程

從圖可知中,共捕獲到了三個數據包,第一個協議是ICMP,后面兩個是IP Fragment,前面兩個數據包的大小是1518字節(jié),第三個是86字節(jié)。第一個數據包的IP偏移量是0,第二個是185,第三個是370。

這三個數據包的詳細情況如表1所示。

表1中,第1個數據包中,多了一個ICMP報頭,所以在計算傳輸的數據時,多減了8個字節(jié)的ICMP報頭,而后面的兩個數據包由于存在ICMP的報頭開銷,所以不需要減去8字節(jié)的ICMP報頭。將傳輸的數據加起來,1472+1480+48=3000,與測試的數據完全吻合。

在網絡原理之外的實驗設置上,側重實用應用技能的鍛煉與培養(yǎng),路由器和交換機是企業(yè)網最常見的硬件。學生必須具備路由器基本端口配置能力、靜態(tài)路由的配置能力、動態(tài)路由的配置能力和NAT 的配置能力;必須具備交換機基本端口配置能力、VLAN和STP配置能力。設計的實驗項目如表2所示。

5結束語

在網絡課程以及實驗室的建設過程中,我們通過在北京航空航天大學、北京郵電大學等學校調研參觀,學習到了行之有效的網路課程理論與實驗環(huán)節(jié)設置,并針對我校學生的實際情況做了針對性的調整。在教育部專家組的教評過程中,專家們針對此環(huán)節(jié)提出了較高的評價,并給出了中肯的建議。我們通過摸索逐漸找出了適合的行之有效的網絡課程專業(yè)教育方法,為此,我們也會根據實際情況進一步優(yōu)化課程內容。

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Discussion in Computer Network Theory and Practice

ZHANG Shi-bo

(Beijing Institute of Petrochemical Technology Computer Science, Beijing 102600, China)

Abstract: With the rapid development of network technology, more computer networks professional have been in great demand. How to make proper goals of network engineering courses and the contents for teaching scientifically seems to be more significant. This paper is aimed at training and improving network practice ability of students. The practice teaching for network engineering major and the experience of the laboratory construction were discussed.

Key words: network engineering; course construction; network theory