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多层次的计算机网络实验体系研究与设计


多层次的计算机网络实验体系研究与设计 摘要:针对当前计算机网络实验教学存在的问题,本文提出将计算机网络实验 体系划分为基础原理实验、 实践配置实验、 探索性实验三个层次的实验设计方案, 分别采用网络协议分析器软件、交换机和路由器、网络仿真器 NS2 来实现,旨在 帮助学生夯实理论基础、 提高学生实际动手能力、拓展学生的创新能力和科研能 力,从而切实提高计算机网络课程的教学质量,并为计算机网络实验的研究提供参 考。 关键词:计算机网络实验;多层次;网络协议分析器;网络仿真器 随着计算机网络技术的迅猛发展以及互联网影响力日益增强,计算机网络课 程已成为国内外高等院校 IT 专业本科生和研究生普遍开设的课程。该课程具有 学科交叉、实践性强、网络体系结构和协议抽象等特点,是一门较难学的课程。 目前,该课程的教学大多采用传统的教学方法,“重理论、轻实践”,特别是计算 机网络实验教学,由于受到资金和网络条件限制,多数学校难以建立设备先进、功 能齐全的网络实验室 , 所以, 目前网络的实验教学尚处于探索阶段 , 实验效果不如 人意。有的学校用网络软件编程代替实验,但教学进度和质量难以控制;有的学校 利用动画的形式模拟网络协议的执行过程 ,供学生观看,然而,学生无法实际参与; 有的学校斥巨资建立网络实验室 , 却只开设路由和交换方面的实验 , 实验内容单 一。计算机网络实验课程没有起到应有的作用,造成学生理论基础不扎实、实际 操作能力不强、创新和科研意识薄弱。因此,科学合理地设计好计算机网络实验 教学体系对提高计算机网络的教学质量至关重要。为此,一些教师对此问题进行 了较为深入的探索和研究[1-3]。 笔者建议将计算机网络实验划分为基础原理实验、实践配置实验、探索性实 验系列三个层次 , 形成一套多层次的计算机网络实验体系 , 帮助学生夯实理论基 础、提高实际动手能力、拓展创新能力和科研能力,从而切实提高计算机网络课 程的教学质量,为社会培养更多“厚基础、宽口径”的计算机网络专业人才。 1 计算机网络实验体系的层次划分 本设计将计算机网络实验分成三个层次,即基础原理实验系列、实践配置实 验系列、探索性实验系列三个层次,如图 1 所示。三个层次的实验系列内容、实 现、实验目的各不相同,各有侧重。 1.1 基础原理实验系列 基础原理实验中采用网络协议分析器软件对互联网的 TCP/IP 协议栈中的所 有重要协议进行分析。 网络协议分析器将网卡设置为混杂模式,动态地捕捉网络运行过程中流经所 在主机网卡的所有数据包,并通过图形界面显示这些数据包的信息,用户可以查看 到网络通讯数据包中每一层协议的详细内容。Ethereal、Sniffer Pro 等都属于这一 类软件。学生利用网络协议分析器可以观察协议之间交换的报文序列,了解协议 运行的细节,并可以针对某种协议的特定性能进行测试。 比如在教材[4]上介绍的 TCP 的拥塞控制策略为“慢启动、拥塞避免、快速重 传、快速恢复”的经典算法,而 Internet 实际采用的 TCP 的拥塞控制策略是在经典 算法上作了大量的改进。 在实验中,学生利用 TCP 协议传送数据,同时启动网络协 议分析器捕获该通信过程收发的数据包,再利用分析器提供的画图工具,就能观察 到实际的 TCP 的拥塞控制策略的一个数据样本,进而可以分析该策略对经典算法 作了哪些改进。 该实验系列将指导学生对 TCP/IP 协议栈中的 HTTP、 FTP、 DNS、 TCP、ICMP、IP、ARP 等协议进行逐一分析,由于所有实验数据都来自于真实的 互联网访问过

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