工程教育認證下計算機網絡課程創新實驗設計

鐘輝 董潔

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

關鍵詞：計算機網絡;實驗方案;工程教育認證

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0175-02

計算機網絡教學中，最重要的內容是網絡體系結構，也就是網絡節點通信所必需的各個層次和協議，它完成了網絡及其各組成部分功能。工程教育認證主要倡導產出導向，它明確傳遞教學豐富的模式內涵。教師應提高專業教學服務質量去滿足學生“學”的需求，進而達到學生成長發展的需求。

1計算機網絡實驗教學現狀與探索

大多院校都有計算機或網絡專業的畢業生，不論是從事網絡設備的研發、網絡設計和建設以及網絡維護，都難以在短時間內滿足用人單位的需求。計算機網絡授課都還處在演示設備階段，學生無法理解像路由器、交換機設備的原理和作用。根本原因在于計算機網絡課程內容的抽象性很強，有些教師并沒有實際網絡安裝和調試的經歷。而計算機網絡技術發展迅速，實踐操作性較強。只有加強學生實踐動手能力的培養，建設專門的網絡實驗教學課程才能改善目前網絡教學現狀。本文結合高等院校網絡實驗教學的特點，探討了網絡設備配制網絡組網和管理等網絡實驗教學方案。現代教育模式的不斷創新，教學內容和手段逐步更新，加強學生動手技能已經成為一個重要教學組成部分。在多場合實施實驗教學，拓展了實驗教學內容和方式，全方位的了解學生學習狀況，多方面獲取學生反饋的實驗教學結果。調動學生學習的主動性，激發學生學習興趣，牢固地掌握計算機網絡基本原理和理論知識，培養學生發現問題、解決問題的能力，對教師的教學過程和學生的教育過程都具有指導意義。

2計算機網絡實驗教學的實現方式

為完成驗證網絡基本理論、網絡設備配置、設備組網、網絡管理實驗，將路由器、交換機、PC機等設備組成一組進行實驗。整個實驗室由實驗臺構成，每個實驗臺就是一個教學模塊。可將做實驗的學生分為多組。一組一個實驗臺，學生在一個實驗臺內協作配合完成網絡實驗。每組的網絡設備有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域。可以根據學生培養方向來進行小組間、區域間的組合，還可以根據實驗要求在相應設備上擴展相應的模塊。搭建各種實際的網絡測試環境，通過在實驗室內對設計網絡拓撲、網絡設備管理等進行測試分析。學生通過網絡實驗，能夠直觀、全方位地了解各種網絡設備的操作及其應用環境，加深對網絡原理、協議、標準的理解，提高網絡故障維護與診斷技能。測試內容可以單獨進行，也可以結合網絡實驗，在實驗中增加部分測試內容來配合網絡實驗，例如VLAN的設置，VLAN的測試等。實驗的內容充分結合當前國內外市場的網絡技術典型應用，完全模擬真實的使用環境，讓學生更深入學習網絡知識，從而有效提高學生的實踐動手能力。實驗內容可以充分考慮到學生的專業和發展方向，有利于培養不同類型的網絡人才，改進教學方式和科研條件，還將大大促進學校計算機網絡教育和科研水平。

3計算機網絡實驗的教學內容設計

3.1實驗教學設備

完成實驗需要的實驗室設備設置和連接方式，旨在為學生準備一個新型有效的實驗環境。實驗中基本設備由一組工作站，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服務器和設備，它使用一個鍵盤、一個鼠標和一臺顯示器控制多臺服務器。學生利用這個設備通過他們的單鍵盤、鼠標和顯示器來控制不同的工作站和路由器。IP KVM交換機可以從互聯網的任何地方進行控制，管理員不必親自到現場進行控制，用戶可以遠程訪問實驗室平臺。

3.2實驗設備組成架構

實驗架構描述：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是訪問網絡中所有設備的起點，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備所在組的編號，工作站的編號，所有工作站都安裝了教學用的Linux操作系統。每個工作站都有兩個USB接口，一個串口和兩個10/100M以太網接口eth0和ethl。每個路由器都貼上了設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。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概念創建自定義網絡拓撲。每個設備組連接拓撲結構如圖1描述。拓撲圖中描繪了每個組正在使用的拓撲連接。通過IP KVM集中管理所有工作站和路由交換設備。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

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

4結束語

提高學生理解計算機網絡理論知識和鍛煉實踐動手能力是開設計算機網絡實驗課的主要目的。因此，在設計實驗時，在內容選擇與難度把握方面應緊緊圍繞這個目標，讓各個層次的學生均得到提高。此外，實驗課的組織管理也很重要，應采取合適的方法，調動學生的積極性，正確地引導學生，激發他們的思考潛能。計算機網絡中發展是持續不斷的，計算機網絡教學也必須隨之發展。本文在計算機網絡實驗教學中對網絡實驗課程的教學方法進行了一點探索。以培養應用型人才為目標，以實現計算機網絡的基礎知識和技術為核心內容展開教學過程，實驗設備架構選擇和實驗平臺構造形式更加簡潔，更直觀體現計算機網絡設備操作系統的實質，適應現代網絡發展趨勢。教學過程中堅持以學生為主的引導式教學方法的推進。是學生積極主動學習，愿意思考和探索對知識理解更深刻。