工程教育下的計算機網(wǎng)絡(luò)課程創(chuàng)新實驗

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摘要：針對當(dāng)前計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)不能滿足學(xué)生需求存在的問題，在工程教育認證背景下，分析探討了網(wǎng)絡(luò)實驗方案設(shè)計方法，提出以Linux系統(tǒng)為實驗節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)實驗組網(wǎng)平臺，特別是在實驗內(nèi)容選擇、實驗路由交換設(shè)備、實驗項目和方法等方面闡述創(chuàng)新性實驗方案。采用具體實例和實驗情景，提高了實驗可操作性。設(shè)計一系列實驗來加強學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)通信原理的理解和掌握。對其他課程的實驗教學(xué)有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；實驗方案；工程教育認證

計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，最重要的內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，也就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信所必需的各個層次和協(xié)議，它完成了網(wǎng)絡(luò)及其各組成部分功能。工程教育認證主要倡導(dǎo)產(chǎn)出導(dǎo)向，它明確傳遞教學(xué)豐富的模式內(nèi)涵。教師應(yīng)提高專業(yè)教學(xué)服務(wù)質(zhì)量去滿足學(xué)生“學(xué)”的需求，進而達到學(xué)生成長發(fā)展的需求[1]。

1計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)現(xiàn)狀與探索

大多院校都有計算機或網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的畢業(yè)生，不論是從事網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)維護，都難以在短時間內(nèi)滿足用人單位的需求。計算機網(wǎng)絡(luò)授課都還處在演示設(shè)備階段，學(xué)生無法理解像路由器、交換機設(shè)備的原理和作用。根本原因在于計算機網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容的抽象性很強，有些教師并沒有實際網(wǎng)絡(luò)安裝和調(diào)試的經(jīng)歷。而計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，實踐操作性較強。只有加強學(xué)生實踐動手能力的培養(yǎng)，建設(shè)專門的網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)課程才能改善目前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)現(xiàn)狀。本文結(jié)合高等院校網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的特點，探討了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配制網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和管理等網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)方案?，F(xiàn)代教育模式的不斷創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容和手段逐步更新，加強學(xué)生動手技能已經(jīng)成為一個重要教學(xué)組成部分。在多場合實施實驗教學(xué)，拓展了實驗教學(xué)內(nèi)容和方式，全方位的了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，多方面獲取學(xué)生反饋的實驗教學(xué)結(jié)果。調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，牢固地掌握計算機網(wǎng)絡(luò)基本原理和理論知識，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，對教師的教學(xué)過程和學(xué)生的教育過程都具有指導(dǎo)意義[2-3]。

2計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的實現(xiàn)方式

為完成驗證網(wǎng)絡(luò)基本理論、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、設(shè)備組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理實驗，將路由器、交換機、PC機等設(shè)備組成一組進行實驗。整個實驗室由實驗臺構(gòu)成，每個實驗臺就是一個教學(xué)模塊。可將做實驗的學(xué)生分為多組。一組一個實驗臺，學(xué)生在一個實驗臺內(nèi)協(xié)作配合完成網(wǎng)絡(luò)實驗。每組的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有4臺PC機、3臺路由器、1臺二層交換機。每三個小組可以編成一個區(qū)域?？梢愿鶕?jù)學(xué)生培養(yǎng)方向來進行小組間、區(qū)域間的組合，還可以根據(jù)實驗要求在相應(yīng)設(shè)備上擴展相應(yīng)的模塊。搭建各種實際的網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境，通過在實驗室內(nèi)對設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓撲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理等進行測試分析。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)實驗，能夠直觀、全方位地了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作及其應(yīng)用環(huán)境，加深對網(wǎng)絡(luò)原理、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)的理解，提高網(wǎng)絡(luò)故障維護與診斷技能。測試內(nèi)容可以單獨進行，也可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實驗，在實驗中增加部分測試內(nèi)容來配合網(wǎng)絡(luò)實驗，例如VLAN的設(shè)置，VLAN的測試等。實驗的內(nèi)容充分結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外市場的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)典型應(yīng)用，完全模擬真實的使用環(huán)境，讓學(xué)生更深入學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識，從而有效提高學(xué)生的實踐動手能力。實驗內(nèi)容可以充分考慮到學(xué)生的專業(yè)和發(fā)展方向，有利于培養(yǎng)不同類型的網(wǎng)絡(luò)人才，改進教學(xué)方式和科研條件，還將大大促進學(xué)校計算機網(wǎng)絡(luò)教育和科研水平。

3計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

3.1實驗教學(xué)設(shè)備

完成實驗需要的實驗室設(shè)備設(shè)置和連接方式，旨在為學(xué)生準(zhǔn)備一個新型有效的實驗環(huán)境。實驗中基本設(shè)備由一組工作站，集線器和路由器組成。每個組分配一個獨立的機組，包括4個工作站，3個路由器，1個管理型交換機和1個IPKVM。這里重點是KVM交換機能夠控制2到8服務(wù)器和設(shè)備，它使用一個鍵盤、一個鼠標(biāo)和一臺顯示器控制多臺服務(wù)器。學(xué)生利用這個設(shè)備通過他們的單鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器來控制不同的工作站和路由器。IPKVM交換機可以從互聯(lián)網(wǎng)的任何地方進行控制，管理員不必親自到現(xiàn)場進行控制，用戶可以遠程訪問實驗室平臺。

3.2實驗設(shè)備組成架構(gòu)

實驗架構(gòu)描述：每個組的配置包括4個Linux工作站、2個客戶端、3個路由器、1個交換機和1個IPKVM交換機。IPKVM是訪問網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的起點，能夠連接到工作站、路由器和交換機。每個工作站都貼上了設(shè)備所在組的編號，工作站的編號，所有工作站都安裝了教學(xué)用的Linux操作系統(tǒng)。每個工作站都有兩個USB接口，一個串口和兩個10/100M以太網(wǎng)接口eth0和eth1。每個路由器都貼上了設(shè)備所在組號和路由器編號，每個路由器上都安裝了操作系統(tǒng)。每個路由器上有兩個10Mbps接口和一個WAN接口。交換機連接所有工作站和路由器，可以使用VLAN概念創(chuàng)建自定義網(wǎng)絡(luò)拓撲。每個設(shè)備組連接拓撲結(jié)構(gòu)如圖1描述。拓撲圖中描繪了每個組正在使用的拓撲連接。通過IPKVM集中管理所有工作站和路由交換設(shè)備。工作站通過串口仿真程序minicom配置路由器和交換機。

3.3實驗軟件工具

本實驗方案需要學(xué)生連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。IPKVM是幫助學(xué)生集中控制所有工作站的設(shè)備。圖1顯示了IPKVM通過KVM交換機連接到所有工作站的方式。在成功連接到IPKVM后，需要熟悉安裝在工作站上的Linux操作系統(tǒng)了。在應(yīng)用該實驗平臺時，將在整個實驗室中使用一些工具進行連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。比如Telnet是用于在遠程主機上執(zhí)行命令的遠程登錄程序。Ping是一個簡單的工具來檢查調(diào)試IP網(wǎng)絡(luò)的可達性。無論何時更改網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，ping都可用于測試配置。網(wǎng)絡(luò)流量生成器是允許單個UNIX工作站或服務(wù)器模擬由多個網(wǎng)絡(luò)工作站生成的網(wǎng)絡(luò)流量的應(yīng)用程序。它使用兩個獨立的程序，即traf⁃server和trafclient來執(zhí)行流量生成。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器是為了觀察網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的行為，來監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)流量的工具。從網(wǎng)卡捕獲流量并以可讀格式顯示信息的工具稱為數(shù)據(jù)包嗅探器或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器。一種常見的數(shù)據(jù)包嗅探器是Wireshark。可以根據(jù)源IP地址，目標(biāo)IP地址，端口號，協(xié)議等特征過濾顯示的數(shù)據(jù)包。Wireshark是一個具有圖形用戶界面的協(xié)議分析器，可以通過在提示符處輸入Wireshark來啟動。它是在實驗室用于數(shù)據(jù)包嗅探和分析的主要工具。

4結(jié)束語

提高學(xué)生理解計算機網(wǎng)絡(luò)理論知識和鍛煉實踐動手能力是開設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課的主要目的。因此，在設(shè)計實驗時，在內(nèi)容選擇與難度把握方面應(yīng)緊緊圍繞這個目標(biāo)，讓各個層次的學(xué)生均得到提高。此外，實驗課的組織管理也很重要，應(yīng)采取合適的方法，調(diào)動學(xué)生的積極性，正確地引導(dǎo)學(xué)生，激發(fā)他們的思考潛能。計算機網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展是持續(xù)不斷的，計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也必須隨之發(fā)展。本文在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中對網(wǎng)絡(luò)實驗課程的教學(xué)方法進行了一點探索。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo),以實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識和技術(shù)為核心內(nèi)容展開教學(xué)過程,實驗設(shè)備架構(gòu)選擇和實驗平臺構(gòu)造形式更加簡潔,更直觀體現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)的實質(zhì),適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢。教學(xué)過程中堅持以學(xué)生為主的引導(dǎo)式教學(xué)方法的推進。是學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)，愿意思考和探索,對知識理解更深刻。

參考文獻：

[1]錢龍華,李領(lǐng)治,龔聲蓉,朱艷琴.計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗方案設(shè)計[J].計算機教育,2012(20):103-106.

[2]謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].第5版.北京：電子工業(yè)出版社,2008:25-26.

[3]高屹,王琦.計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的思考與實踐[J].計算機教育,2011(19):55-58.

作者：鐘輝 董潔 單位：沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院