李俊，金瑜，李波（武漢科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢，430065）

非網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)探討

李俊，金瑜，李波
（武漢科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢，430065）

0　引言

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗是《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的重要教學(xué)環(huán)節(jié)［1］。通過實驗，學(xué)生了解和掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、原理、組成、協(xié)議和設(shè)計方法。武漢科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院現(xiàn)在有網(wǎng)絡(luò)工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程和信息安全等專業(yè)。對于網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生而言，有比較成熟的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實驗體系。但對于非網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生而言，網(wǎng)絡(luò)實驗是《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》這門課程的配套實驗，缺乏單獨的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗課程。另外，實驗內(nèi)容比較陳舊：如雙絞線線纜的制作等操作型實驗，用Packet Tracer等仿真工具來設(shè)置靜態(tài)路由等驗證型實驗，網(wǎng)絡(luò)Web服務(wù)器的建立、管理和使用等簡單應(yīng)用型實驗。這些實驗內(nèi)容對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重要的概念、原理、協(xié)議都很少涉及，因此對學(xué)生掌握相關(guān)知識幫助并不大。

為了更好地幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識，計算機(jī)學(xué)院在2011年與銳捷網(wǎng)絡(luò)公司合作重新組建了網(wǎng)絡(luò)實驗室。除了硬件得到大規(guī)模提升外，實驗室還增加了很多協(xié)議仿真設(shè)備。通過這些仿真設(shè)備，學(xué)生可以初步了解協(xié)議的工作過程。如何把這些實驗設(shè)備與組網(wǎng)聯(lián)合起來、如何更好地讓學(xué)生通過實驗了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、如何讓學(xué)生在編程中更好了解協(xié)議，這些都是本文重點闡述的內(nèi)容。

1　實驗教學(xué)內(nèi)容

針對上述問題，筆者精心設(shè)計了實驗內(nèi)容。以以太網(wǎng)幀格式實驗為例。整個以太網(wǎng)幀格式實驗分為兩個小實驗：①幀格式分析；②編程實現(xiàn)以太網(wǎng)幀格式封裝。

1.1以太網(wǎng)幀格式分析

（1）基礎(chǔ)知識

按802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)如表1所示（802.3標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet幀結(jié)構(gòu)由7部分組成）。其中，幀數(shù)據(jù)字段的最小長度為46B。如果幀的LLC數(shù)據(jù)少于46B，則應(yīng)將數(shù)據(jù)字段填充至46B。填充字符是任意的，不計入長度字段值中。

表1　802.3標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)

本實驗環(huán)境如圖1所示。其中使用了交換機(jī)1臺，PC兩臺。

圖1　以太網(wǎng)幀格式分析實驗環(huán)境圖

實驗步驟［2］：

·按圖1所示連接好設(shè)備，正確配置PC1和PC2 的IP地址。

·在PC1和PC2的命令行窗口上運行net start messenger命令。

·在PC2上運行Sniffer Pro軟件截獲報文，然后進(jìn)入PC1的Windows命令行窗口，執(zhí)行如下命令：net send 172.16.1.102 hello world。

·對截獲的報文進(jìn)行分析，體會802.3MAC幀的結(jié)構(gòu)。

通過這個實驗，學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（組網(wǎng)）、簡單網(wǎng)絡(luò)命令有個基本了解，對以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)有明確的認(rèn)識。分析以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)只是掌握了基本知識，下一步讓學(xué)生編程實現(xiàn)IEEE 802.3以太網(wǎng)幀封裝。

幀的結(jié)構(gòu)如表1所示。在校驗字段中，使用的是CRC校驗。校驗的范圍包括目的地址字段、源地址字段、長度字段、LLC數(shù)據(jù)字段。

實驗基本要求包括：①要求畫出界面，以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)部分、源MAC地址和目的MAC地址均從界面輸入；②計算后的校驗和字段和封裝后的結(jié)果可以從界面上輸出；③生成多項式G（X）=X32+X26+X23+X22+X16+ X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X1+1；④使用的操作系統(tǒng)、語言和編譯環(huán)境不限。

考慮到學(xué)生編程能力的差異性，教師在布置實驗任務(wù)的時候可以詳細(xì)講述程序的幾個關(guān)鍵模塊：以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、幀各字段的填充及CRC校驗算法的實現(xiàn)［3］。另外對少數(shù)編程能力強(qiáng)的學(xué)生可以提一些擴(kuò)展要求：能夠?qū)崿F(xiàn)CRC計算過程的可視化；能夠從界面上控制程序的運行等。

學(xué)生兩個小實驗完整做完，可以很好掌握幀封裝的理論知識，并且能編程實現(xiàn)。類似的實驗安排包括ARP地址解析協(xié)議、UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議等。尤其是ARP地址解析協(xié)議，拓?fù)漭^復(fù)雜，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置命令，掌握相關(guān)操作知識。

2　實驗教學(xué)組織方式

實驗內(nèi)容的實施依賴于有序規(guī)范的教學(xué)組織［4］。

（1）帶著少數(shù)學(xué)生先做

現(xiàn)在的實驗教學(xué)都是小班教學(xué)，即一個教學(xué)班的上課人數(shù)不多于45人。但是若45人同時做實驗，特別是做拓?fù)溥B接實驗，提前不采取有效預(yù)習(xí)等措施，往往教師在實驗室講多遍，學(xué)生大部分也聽不明白，最終也做不出來。因此，教師進(jìn)行實驗教學(xué)時，可以采用帶著少數(shù)學(xué)生先做的方法。

網(wǎng)絡(luò)實驗室的設(shè)備連接比較復(fù)雜。尤其是配置網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常出錯。教師提前選出幾個學(xué)生，讓這些學(xué)生跟著教師先做一遍。在全班學(xué)生一起做實驗時，相當(dāng)于實驗室里有幾位“小老師”。這些“小老師”會手把手教會周圍幾個學(xué)生。這樣實驗完成率會大大提升。

（2）實驗內(nèi)容分層次、獨立完成并嚴(yán)格驗收

學(xué)生們對實驗的重視程度或者動手能力有些差異。這種差異是客觀存在的。但往往學(xué)生會造成“一個組一個人完成”的現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，教師不能視而不見?？梢栽趦?nèi)容設(shè)置上分為基本要求和擴(kuò)展要求，并且要求每位學(xué)生至少完成基本要求。并且在考核時嚴(yán)格驗收：首先考慮的因素是獨立完成，其次是完成的質(zhì)量。

3　教學(xué)效果反饋

通過以上的教學(xué)內(nèi)容和組織方式，教學(xué)效果提升明顯。具體表現(xiàn)在：

（1）學(xué)生上課積極性高，實驗獨立完成率大大提升。之前學(xué)生覺得實驗內(nèi)容與教材脫節(jié)，實驗中草草應(yīng)付?，F(xiàn)在實驗的內(nèi)容與理論教學(xué)密切相關(guān)，做完分析實驗后學(xué)生的成就感非常強(qiáng)烈。

（2）教師增進(jìn)了對學(xué)生的了解。通過編程，少數(shù)學(xué)生的潛力被進(jìn)一步挖掘。教師也可以把這部分學(xué)生進(jìn)一步充實到科研團(tuán)隊中。這對教師和學(xué)生都是一個雙贏的結(jié)果。

4　結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)從2012年年初開始實施。對比之前沒有采用這種教學(xué)方法的學(xué)生，近三年的學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容更感興趣，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論知識掌握得更好。下一步，將重點培養(yǎng)學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的綜合開發(fā)能力。

［1］李曉卉.電子信息類專業(yè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)研究［J］.計算機(jī)教育，2014（14）

［2］金瑜，王建勇，楊湘.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教程［M］.科學(xué)出版社，2013

［3］吳英.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件編程技術(shù)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2010

［4］李沛，郭滕達(dá).非計算機(jī)專業(yè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實驗環(huán)節(jié)設(shè)計［J］.計算機(jī)教育，2014，（19）.

Computer Network；Experiment Teaching；Teaching Content

Discussion on Computer Network Experiment Teaching for Non-Network Major

LI Jun，JIN Yu，LI Bo
（College of Computer Science and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065）

1007-1423（2015）10-0043-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.10.012

李俊（1978-），男，湖北黃石人，博士，副教授，研究方向為網(wǎng)絡(luò)管理

金瑜（1973-），女，湖北應(yīng)城人，博士，副教授，研究方向為網(wǎng)絡(luò)分布式計算

李波（1975-），男，湖北武漢人，博士，副教授，研究方向為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、模式識別

2015-02-03

2015-03-06

結(jié)合武漢科技大學(xué)《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》實驗教學(xué)的實際經(jīng)驗，對實驗教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織方式和教學(xué)效果等三個方面進(jìn)行探討。以以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)實驗為例對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。幀結(jié)構(gòu)實驗包括組網(wǎng)、簡單網(wǎng)絡(luò)命令、幀結(jié)構(gòu)分析以及編程等方面內(nèi)容。三年實踐教學(xué)表明實驗效果良好。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；實驗教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容

武漢科技大學(xué)教學(xué)研究項目（No.Yjg201422）

Based on the practical experiment teaching experience of the Computer Network course，tries to analyze the present teaching situation，and discusses the experiment teaching from three perspectives：teaching content，organization way，and teaching effect.Takes Ethernet frame structure experiment as an example，describes experiment content in details.Ethernet frame structure experiment includes networking，network command，frame structure analysis and programming.Three years of teaching practice shows good results.