計算機網絡實驗設計探討

陶駿 葉靜 張云玲 伍岳

摘要：針對計算機網絡實驗的教學實際情況，分析計算機網絡實驗設計目前存在的不足，提出了計算機網絡實驗的設計需要同實際聯系、要易理解和同其他學科相關的觀點，描述了三個相關實驗的設計。計算機網絡實驗設計的革新收到了良好的效果。

關鍵詞：OSPF；時延；抖動；路由；IP

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0028-03

Discussion on Computer Network Experiment Design

TAO Jun， YE Jing， ZHANG Yun-ling， WU Yue

（Department of Computer Science and Software Engineering， Anhui Institute of Information Technology， Wuhu 241000， China）

Abstract： In view of the actual teaching situation of computer network experiment， this paper analyses the shortcomings of computer network experiment design at present. On this basis， it puts forward the viewpoint that the design of computer network experiment needs to be connected with reality， easy to understand and related to other disciplines， and describes the design of three related experiments. The innovation of computer network experiment design has achieved good results.

Key words： OSPF； delay； jitter； route； IP

計算機網絡指一組自治互聯的計算機組合，計算機網絡從網絡體系結構上可以分成網絡拓撲和網絡協議，網絡拓撲是指網絡的具體結構圖，即各種網絡設備是如何構建成一個計算機網絡，網絡拓撲可以看成是計算機網絡的“骨骼”。網絡協議是計算機網絡中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合，網絡協議可以看成是計算機網絡的“神經系統”。

計算機網絡是計算機科學與技術本科專業一門專業基礎課程，其主要內容就是講授網絡協議和網絡拓撲，對于學生的培養具有重要的意義，是學習網絡編程和網絡安全相關課程的基礎。但是在實際教學中，同學們學習這門課程有很多的困惑，第一，計算機網絡課程中專業名詞過多，比如數據包、數據幀、數據報、CDMA和AP等等，老師在教授課程后，同學們往往不能理解這些名詞具體的含義。第二，計算機網絡課程和實際脫離嚴重，同學們無法接觸到課本中講述的比如組播、VPN和MPLS等技術。第三，計算機網絡課程和其他的相關課程缺乏必要的聯系，同學們無法把學習到的比如數據結構和數據庫等課程知識和計算機網絡知識融會貫通。

計算機網絡實驗是學習計算機網絡的重要輔助手段，通過合理的計算機網絡實驗的設計，可以消除同學們在學習這門課程時的困惑，在總結了以往的教學經驗的基礎上，本文提出了一些有建設意義的計算機網絡實驗。

1 設計易于理解的實驗

計算機網絡中專有名詞繁多，同學們很難一時理解，合理的計算機實驗設計對同學的理解會有很大的幫助。

1.1 靜態路由設計實驗

靜態路由實驗是驗證數據路由轉發的一個重要實驗，以往的此實驗只要求對路由器和終端PC進行網絡設置，然后再進行網絡測試，如果測試合理正確，整個實驗就結束了。在以往的基礎上，重新設計了靜態路由設計實驗。

1.1.1 靜態路由設計實驗目的

驗證路由器進行數據轉發，并對轉發的數據進行分析。

1.1.2 靜態路由設計實驗步驟

第一，用網絡設備按照以下網絡拓撲在實驗室搭建以下網絡，具體網絡拓撲如圖1所示：

第二，按照表1對路由器和終端進行IP地址設置，具體如表1所示：

第五，對每臺設備轉發的數據進行截獲，其目的是為了實驗的分析，截獲的步驟如下，在PC上安裝sniffer抓包軟件，截獲收發數據；對路由器端口鏡像后再用PC機進行數據截獲[1]。

1.1.3 靜態路由設計實驗分析

數據發送是通過TCP/IP網絡協議進行的，通過數據截獲并對數據進行分析，可以清楚知曉數據幀中的MAC地址和數據包中的IP地址變化情況，在PC1對PC2發出一個ICMP檢測數據后，此數據相關的數據幀和數據包的消息如表2所示：

從上表分析可以看出，在局域網之內是通過數據幀轉發數據的，離開一個局域網后，數據的目的和源MAC地址都會發生變化；而局域網之間是通過數據包轉發數據的，離開一個局域網后，數據的目的和源IP地址是不會發生變化的，通過此實驗，同學們可形象的掌握數據幀和數據包的概念[2]。

2 設計同實際聯系緊密的實驗

同學們在進行計算機實驗時，往往只會進行機械的操作，而不會把學到的知識同實際聯系起來，設計同實際聯系緊密的實驗有助于同學們加強理解，學以致用。

2.1 網絡測試命令實驗

網絡測試命令實驗是網絡是否正常的一個重要實驗，以往的此實驗只要求掌握命令的具體格式，然后進行網絡測試，測試正常后，實驗就完成了，而缺乏對實驗結果的分析，在以往的基礎上，重新設計了網絡測試命令實驗。

2.1.1 網絡測試命令實驗目的

掌握ping和tracert命令的使用，并對測試數據進行分析，掌握延遲、抖動和丟包的概念[3]。

2.1.2 網絡測試命令實驗步驟

第一，在不同時刻對百度網站和英國衛報網站進行ping測，ping的命令格式如下：

Ping www.baidu.com /*測試百度，也可以使用百度網站的IP地址*/

得到的實驗結果如表3所示：

第二，對百度網站和英國隊報網站進行tracert測試，到達百度需要經過6跳，到達衛報需要15跳。具體的命令格式如下：

Tracert www.guardian.co.uk /*測試衛報，也可以使用衛報網站的IP地址*/

2.1.3 網絡測試命令實驗分析

ping和tracert都是通過發送ICMP數據包進行網絡探測的，從上述實驗結果可以看出，對百度網站訪問正常，但三個時刻的時延不同，這是因為三個時刻網絡的負載不同導致，網絡負載越大，時延就越大。到達衛報的時延明顯大于去百度的時延，這是因為到達衛報的跳數為15，明顯大于去百度的跳數6，而且訪問衛報存在抖動和丟包現象，這就說明去衛報的網絡性能不是很好，存在網絡擁塞現象。

進行過此實驗后，同學們可以用這兩個命令測試自己喜歡訪問的網站，加深對這兩個命令使用和相關網絡現象的了解。

3 設計與其他課程相關的實驗

計算機專業課繁多，同學們需要一一掌握，設計跨學科的計算機實驗設計對同學的知識掌握有很大的幫助。

3.1 OSPF路由實驗

OSPF路由實驗是驗證數據動態路由轉發的一個重要實驗，以往的此實驗只要求對路由器和終端PC進行網絡設置，然后再進行網絡測試，如果測試合理正確，整個實驗就結束了，而缺乏對動態路由消息、鏈路狀態數據庫以及相關進程的分析。在以往的基礎上，重新設計了OSPF路由實驗[4，5]。

3.1.1 OSPF路由實驗目的

驗證路由器動態進行數據轉發，并對動態路由消息、鏈路狀態數據庫以及相關進程進行分析。

3.1.2 OSPF路由實驗步驟

第一，在實驗室利用網絡設備構建網絡拓撲，具體如圖2：

3.1.3 OSPF路由實驗分析

OSPF是一種動態路由協議，其協議類型是鏈路狀態型，每個路由器會通過各自的鄰居交換鏈路狀態信息，形成一個鏈路狀態數據庫，此數據庫是一個分布式數據庫，每臺路由器的鏈路狀態數據庫是相同的，然后路由器利用此數據庫根據迪杰斯特拉算法計算出去每臺路由器的最短距離，然后把這個最短距離信息加入路由表，最后路由器根據路由表轉發數據，例如R1就會生成一棵具有到各個路由器的最小距離的樹，如圖3所示。

通過這個實驗，同學們不但掌握了OSPF的路由知識，也在實驗中運用了操作系統和數據結構的知識，達到了相關知識的融合應用[6]。

4 教學效果

安徽信息工程學院自2016年以來一直都在致力于計算機網絡教學的改革，通過對計算機網絡基礎實驗的改良設計，教學取得了良好的效果，無論是教學滿意度、課程期末考試通過率，還是學生學科競賽的得獎率都獲得顯著的提高，具體如表5：

5 結語

計算機網絡是一門重要的專業基礎課，計算機網絡實驗是計算機網絡教學的重要輔助手段，以往的計算機網絡實驗設計存在一些弊端，造成同學掌握這門知識具有一些困惑，本文從易于理解、聯系實際以及跨學科等三個方面提出了三個計算機網絡實驗，分別做了詳細的闡述，歸納了它們的意義。

計算機網絡實驗進行設計革新后取得了良好的效果，教學滿意度、課程期末考試通過率等指標得到了顯著的提高，下一步的工作重點是把計算機網絡實驗同大數據以及人工智能聯系起來，以達到更好地提高學生的知識結構。

參考文獻：

[1] 金純，齊巖松. IPTV及其解決方案[M]. 北京：科學出版社，2006：45-60.

[2] Douglas E. Comer. 用TCP/IP進行網絡互連（第二卷）[M]. 北京：電子工業出版社，2009：149-157.

[3] 徐恪，吳建平，徐明偉. 高等計算機網絡[M]. 北京：電子工業出版社，2009：169-176.

[4] 劉瑩，徐恪. Internet多播體系結構[M]. 北京：科學出版社，2008：100-105.

[5] 陶駿，匡磊. 基于MPLS VPN和MDSP的跨域組播網絡設計[J]，計算機科學，2017（6A）：381-384.

[6] 陶駿，沈陽. 基于SDN和QoS的多播網絡仿真[J].大慶師范學院學報，2017（6）：42-43.

[7] 顏云生，陶駿. 基于AHP算法的電子書包評估系統[J]. 計算機系統與應用，2017（8）：49-54.

[8] 王瑞娜. 基于嵌入式Linux的智能家居系統的研究與設計[J]. 廊坊師范學院學報，2017（17）：34-38.

【通聯編輯：王力】