網(wǎng)絡(luò)課程理論與實(shí)踐教學(xué)中的幾點(diǎn)探討

張世博

摘要:面對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的需求倍增,如何科學(xué)合理地設(shè)置網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)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(xué)生的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐能力為目標(biāo),從網(wǎng)絡(luò)系列課程改革、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室軟硬件環(huán)境建設(shè)等方面探討了新形勢(shì)下網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)與實(shí)踐改革思路和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)路工程;課程建設(shè);網(wǎng)絡(luò)原理

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展,我國(guó)絕大多數(shù)的計(jì)算機(jī)專業(yè)或非計(jì)算機(jī)專業(yè),在不同程度上開了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課,甚至有不少學(xué)校開設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè),課程內(nèi)容涉及如路由器的配置、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全等。

我系的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)置以實(shí)際崗位工作過程為導(dǎo)向,建立工學(xué)相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式。學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方向的能力按照工作過程分為四大方面:網(wǎng)絡(luò)原理掌握能力、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)能力、管理網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)使用能力。網(wǎng)絡(luò)原理掌握能力主要是以太網(wǎng)、廣域網(wǎng)的協(xié)議理解與分析,為后續(xù)有進(jìn)一步進(jìn)行研究意愿的同學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)能力主要包括:網(wǎng)絡(luò)布線能力,局域網(wǎng)的規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝與調(diào)試能力。管理網(wǎng)絡(luò)能力主要包括:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備維護(hù)能力、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的構(gòu)建能力、數(shù)據(jù)備份與安全防護(hù)能力。網(wǎng)絡(luò)使用能力主要包括:企業(yè)信息平臺(tái)搭建能力、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能力、企業(yè)網(wǎng)站管理與維護(hù)能力。為了達(dá)到上述的目標(biāo),把網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)置從以下四個(gè)方面做了改進(jìn)與優(yōu)化。

1網(wǎng)路課程建設(shè)方案

根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程以工作過程為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式,把網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容按照理解網(wǎng)絡(luò)原理、建網(wǎng)、管網(wǎng)、組網(wǎng)四種工作過程來進(jìn)行工作任務(wù)的劃分。為實(shí)現(xiàn)這些工作任務(wù),需要設(shè)計(jì)合理的建設(shè)方案。

按照特色專業(yè)要求,改變過去的培養(yǎng)計(jì)劃中單一的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程,將“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程擴(kuò)大為4門課程或設(shè)計(jì),其中1門專業(yè)基礎(chǔ)課“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理”,3門專業(yè)課“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程”、“實(shí)用路由與交換技術(shù)”和“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實(shí)驗(yàn)”,并計(jì)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(shí)踐環(huán)節(jié)。同時(shí),全面加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),每門課都設(shè)有課程實(shí)驗(yàn)。特別是“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專題實(shí)驗(yàn)”,作為獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課,為學(xué)生提供認(rèn)知型、驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、綜合性和創(chuàng)新性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。

2網(wǎng)路課程師資團(tuán)隊(duì)建設(shè)

建立網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。由于網(wǎng)絡(luò)課門數(shù)多,教學(xué)內(nèi)容新,教學(xué)工作量大,因此教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)非常重要。我們建立了以中青年教師為骨干的教學(xué)團(tuán)隊(duì),以教授帶隊(duì),提供并把握教學(xué)方向,積極申報(bào)學(xué)校的精品優(yōu)質(zhì)課程,并以此來加強(qiáng)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的規(guī)范化與精品化。緊密結(jié)合專業(yè)特色,對(duì)教材的引用進(jìn)行改革。改變學(xué)生普遍反映學(xué)完計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程后很難與具體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)系起來的現(xiàn)狀,注意理論聯(lián)系實(shí)際,理論教材在介紹網(wǎng)絡(luò)基本理論時(shí),通過實(shí)例來介紹網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用問題,通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)工具來輔助理論教學(xué),并從系統(tǒng)組成的角度介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)用技術(shù)。同時(shí),通過書中練習(xí)題使實(shí)驗(yàn)教材與理論教材相互呼應(yīng),選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較有代表性,基本覆蓋了理論教材的所有知識(shí)點(diǎn),關(guān)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)置請(qǐng)見本文后續(xù)的章節(jié)內(nèi)容。

3實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

課程改革的重點(diǎn)是“實(shí)驗(yàn)立體化”,包括實(shí)驗(yàn)室硬環(huán)境建設(shè)和軟環(huán)境建設(shè)。

在軟件實(shí)施上,采用開源軟件etheral與科來網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)(免費(fèi)版)作為網(wǎng)絡(luò)原理協(xié)議分析的工具軟件。此軟件可以實(shí)時(shí)根據(jù)指定的協(xié)議來抓取IP包,并以二層、三層為分字段顯示,直觀地顯示協(xié)議的內(nèi)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(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)軟件如FTP架設(shè)軟件Serv-U,WEB服務(wù)器軟件Apache,IP掃描軟件IPScan等,通過這些軟件來掌握基本的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用知識(shí)。

在硬件建設(shè)上,投入數(shù)十萬元購進(jìn)主流網(wǎng)絡(luò)廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,包括路由器、二/三交換機(jī)、IPV6交換機(jī)、防火墻等。眾所周知,不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商的產(chǎn)品會(huì)有所區(qū)別,但在基本成型的設(shè)備里,其設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作方式是比較標(biāo)準(zhǔn)化的。我們把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分組,每組中至少包含兩臺(tái)路由器、兩臺(tái)三層交換機(jī)。

每套實(shí)驗(yàn)設(shè)備的拓?fù)湟?guī)劃如下,學(xué)生在初始時(shí)可根據(jù)此拓?fù)鋪硗瓿芍付ǖ捻?xiàng)目,待掌握各單個(gè)知識(shí)點(diǎn)后,可由學(xué)生根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求,自行設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?如圖1所示。

4實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)原理類的課程,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用每名學(xué)生一臺(tái)PC的方式,可以完成網(wǎng)絡(luò)抓包、協(xié)議分析、網(wǎng)路拓?fù)湓O(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。通過簡(jiǎn)單組網(wǎng),在其上通過安裝、配置上面提到的應(yīng)用軟件,學(xué)生可完成FTP、WWW等服務(wù),有了不同協(xié)議的服務(wù),在抓包過程中,學(xué)生能更好的體驗(yàn)到網(wǎng)絡(luò)原理課程中所講到的比如TCP三次握手協(xié)議、IP包分段等較為晦澀難懂的內(nèi)容。以下是一個(gè)通過抓包實(shí)驗(yàn)分析IP分段的示例:

(1) 理解MTU,并掌握所在網(wǎng)絡(luò)的MTU大小

①M(fèi)TU是Maximum Transmission Unit的縮寫,在網(wǎng)絡(luò)終端上可以通過ping命令來定位MTU的大小。

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

如:設(shè)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(qiáng)制不分段的情況下可以送出的。再設(shè)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(wǎng)絡(luò),所以通過設(shè)置size的方式可以找到MTU的值,在本次測(cè)試中MTU為1472(默認(rèn)百兆以太網(wǎng)MTU的值)。

(2) 進(jìn)行Ping過程,利用科來網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)抓ICMP協(xié)議包,為了演示網(wǎng)絡(luò)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(gè)數(shù)據(jù)包,第一個(gè)協(xié)議是ICMP,后面兩個(gè)是IP Fragment,前面兩個(gè)數(shù)據(jù)包的大小是1518字節(jié),第三個(gè)是86字節(jié)。第一個(gè)數(shù)據(jù)包的IP偏移量是0,第二個(gè)是185,第三個(gè)是370。

這三個(gè)數(shù)據(jù)包的詳細(xì)情況如表1所示。

表1中,第1個(gè)數(shù)據(jù)包中,多了一個(gè)ICMP報(bào)頭,所以在計(jì)算傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí),多減了8個(gè)字節(jié)的ICMP報(bào)頭,而后面的兩個(gè)數(shù)據(jù)包由于存在ICMP的報(bào)頭開銷,所以不需要減去8字節(jié)的ICMP報(bào)頭。將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加起來,1472+1480+48=3000,與測(cè)試的數(shù)據(jù)完全吻合。

在網(wǎng)絡(luò)原理之外的實(shí)驗(yàn)設(shè)置上,側(cè)重實(shí)用應(yīng)用技能的鍛煉與培養(yǎng),路由器和交換機(jī)是企業(yè)網(wǎng)最常見的硬件。學(xué)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(dòng)態(tài)路由的配置能力和NAT 的配置能力;必須具備交換機(jī)基本端口配置能力、VLAN和STP配置能力。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表2所示。

5結(jié)束語

在網(wǎng)絡(luò)課程以及實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程中,我們通過在北京航空航天大學(xué)、北京郵電大學(xué)等學(xué)校調(diào)研參觀,學(xué)習(xí)到了行之有效的網(wǎng)路課程理論與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)置,并針對(duì)我校學(xué)生的實(shí)際情況做了針對(duì)性的調(diào)整。在教育部專家組的教評(píng)過程中,專家們針對(duì)此環(huán)節(jié)提出了較高的評(píng)價(jià),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(wǎng)絡(luò)課程專業(yè)教育方法,為此,我們也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步優(yōu)化課程內(nèi)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