计算机网络课程教学的改革与实践*

范振岐

塔里木大学 新疆阿拉尔 843300

计算机网络课程教学的改革与实践*

范振岐

塔里木大学 新疆阿拉尔 843300

塔里木大学信息学院以探索和研究为基础，适应学科和社会发展的要求，对计算机网络课程进行了重点建设，在理论教学、实验教学、教学方式等几方面进行了改革与实践，在使学生掌握基本概念和原理的基础上，力求能够反映出计算机网络当前发展的现状并注重加强学生工程实践能力的培养。实践表明经过对该门课程的教学改革，学生的知识面得到了拓宽，工程能力得到了加强，教学质量有了显著的提升。

计算机网络；理论教学；实验教学；教学方式

计算机网络是研究计算机网络的工作原理和工程技术的一门课程，既有很强的理论性，又有很强的实践性。如果没有必要的理论基础知识，就无法理解和掌握实际的工程技术，很难适应网络技术的迅猛发展。但仅有理论知识，不进行必要的实践锻炼，对理论知识的掌握也会流于肤浅，也难以胜任实际工作。理论和实践在这门课程中，同等重要，并相互促进。目前国内计算机专业计算机网络课程的教学，内容相对陈旧且较少涉及工程和应用技术，学生解决实际问题的能力差，很难满足工作岗位的要求。因此，从理论教学、实验教学及教学方式等方面加强计算机网络课程的建设具有重要的现实意义。

一、理论教学的建设

当前计算机网络科学发展迅猛，各种网络新技术层出不穷，因此教学内容必须与时俱进、不断更新，才能适应技术的发展。在20世纪90年代中期，许多种类的LAN和WAN同时并存，而且还有多个协议栈，但到2003年时，惟一真正广泛使用的有线LAN是以太网，而且几乎所有的WAN都在互联网上，与此同时也出现了很多新的技术，如：无线网络中增加的802.11、无线本地回路、2G和3G蜂窝网络、蓝牙、WAP、i-node等。因此在教学中剔除了陈旧的内容(如：X.25、ISDN等)，加入了新出现的技术，并按照分层模型由底向上逐渐介绍计算机网络每一层的重要话题，主要轮廓为：1.对计算机网络的应用、结构、模型及网络的标准化做整体介绍，反映出当前最新的技术变化，给出有关互联网、以太网和无线LAN的介绍以及一些历史背景知识，同时简短的讨论家庭网络，从而使学生对当前计算机网络有一个初步的认识。2.简短的介绍数据通信的原理和通信传输(包括有导向的介质、无线和卫星)后，给出3个重要的例子：公共交换电话系统、移动电话系统和有线电视，从而引出ADSL、宽带无线、无线MAN，以及通过有线电视网络访问互联网。3.讨论点到点连接的网络中点到点协议的基本原理，给出简单的点到点协议模型例子；讨论多路访问协议和广播网络，如：千兆以太网、无线LAN、宽带无线网络及蓝牙等技术；讨论数据链路层交换，包括虚拟LAN。4.讨论网络层设计的要点、路由算法(除了一些经典的路由算法，如：最短路径路由、扩散法路由、距离矢量路由、链路状态路由，还包括分级路由、广播路由、移动主机路由、Ad Hoc网络中的路由和对等网络中的节点查询等)、拥塞控制算法、服务质量(包括综合服务、区分服务、标签交换和MPLS)、网络间的互联(包括面向连接的虚电路子网级联、数据报方式互联、隧道技术和互连网路由等)、互联网上的网络层(包括IP协议、IP地址、互联网控制协议，如：ICMP、ARP、RARP、内部网关路由协议OSPF、外部网关路由协议BGP、互联网多播、移动IP和IPv6)。5.讨论传输服务，给出Berkeley Socket套接字程序设计的实例；讨论传输协议的各要素及互联网传输协议UDP和TCP。6.讨论DNS域名系统、万维网、电子邮件和互联网多媒体。

在教学方式上，着重使学生明确基本概念，掌握基本原理，但不完全局限于计算机网络的层次结构。如：许多网络中错误控制和流控制等功能只出现在数据链路层以上的各层中，未出现在数据链路层，但不管它们出现在哪里，原理都一样，而且在数据链路层中表现出最为单纯的形式，因此这些原理在教学过程中都放在了数据链路层中讲授并且从简单到复杂，层层递进。所以讲授数据链路层协议时先给出一个理想状态下的基本协议模型。该协议包含两个单独的过程(一个发送过程和一个接收过程)。发送过程是一个无限的While循环，循环体包含三个动作：从网络层获取一个分组，利用变量s构造一个往外发的数据帧，然后通过物理层发送该帧。接收过程也是一个无限的While循环，当帧到达时过程wait_for_event返回，然后调用from_physical_layer将新到达的帧从硬件缓冲区删除，并放到变量r中，之后，该帧的数据部分被传递给网络层，最后，接收过程通过wait_for_ event把自己悬挂起来，直到下一帧到来为止。

typedef enum {frame_arrival} event_type;

#include “protocol.h” //定义说明了以下程序中用到的数据结构和过程

void sender(void) //数据发送过程

{

frame s; //定义变量来保存向外发送的数据帧

packet buffer;// 定义变量来保存向外发送的分组

while (true){

from_network_layer(&buffer); //从网络层接收分组数据并保存在buffer中

s.info=buffer;//把要发送的数据复制到s中

to_physical_layer(&s);//把数据发送到物理层

}

}

void receiver(void) //数据接收过程

{

frame r; //定义变量来保存接收到的数据帧

event_type event; //定义一个信号变量

while (true){

wait_for_event(&event) //通过event信号使数据接收过程退出等待数据帧到来的状态

from_physical_layer(&r); //从物理层接收数据帧并存放在r中

to_network_layer(&r.info); //把接收到的数据传递给网络层

}

}

在这个理想的协议模型基础上，考虑到接收方不可能无限快速地处理进来的数据，引申出单工的“停-等”协议，再考虑到通信信道会受到噪声的干扰，引申出“支持重传的肯定确认”协议，进一步考虑对全双工数据传输的需要以及对信道带宽的利用率，引申出计算机网络协议中一个核心协议-滑动窗口协议。在此过程中，要求学生对给出的理想协议模型加以改进，用程序具体实现这些协议。这样一方面加深了学生对协议的理解，另一方面，提高了学生的编程能力。对其它授课内容也遵循这种从简单到复杂、逐步深入，激发学生创造性思维的教学方式。通过连续3个学年的教学实践表明，运用这种教学方式，学生对计算机网络各个方面的内容理解的较为深刻、掌握的较为牢固。

二、实验教学的建设

实验教学是理论教学的深化和补充，对于培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力起着非常重要的作用。计算机网络实验包含了计算机硬件、软件及通信3个方面的内容，通过对网络的实验操作，可以培养学生分析、设计、管理网络的技能，掌握基本网络设备的特点和配置，增强工程能力，加深对网络理论知识的理解与应用。

为了与理论教学相适应，根据社会实际需求对实验硬件环境和实验内容都作了非常大的改进。在硬件方面，新增了IPV6路由器RT-SIC-1FEA-H3、RTMSR3020-AC-H3，IPV4路由器RT-MIM-2SAE-H3，三层交换机LS-S3610-28P，二层交换机LS-S3100-16C-SIAC，防火墙NS-SecPath F100-A-AC，交换机Quidway LS-1526、Quidway LS-3928P -SI，带显示系统的网络配线实训装置KYPXZ-01-05，全钢结构的综合布线实训装置：多功能仿真墙模块KYSYZ-08-08，壁装网络机柜，网络配线架(机架式)，通讯跳线架(机架式)，具有RJ45/RJ11口的双口底盒、面板，具有RJ45口的网络模块和RJ11口的电话模块。在原有条件的基础上基本满足了常见的网络工程实验的要求。为了更好的锻炼学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，在实验内容方面，压缩了验证性实验，增加了综合性和设计性实验的比例，只提出实验目的和实验要求，要求学生自主设计实验方案，强调对交换机和路由器的使用，更加与实际工程相贴近。主要实验内容有：W W W、FTP、DNS、DHCP服务器的配置与管理，动态路由协议(RIP)、OSPF协议网络配置，L2TP网络配置，GRE协议网络配置，广域网模拟、IPSec网络配置，局域网的设计，VLAN综合设计配置，综合布线工程实训，Berkeley Socket程序设计等。

在传统的实验教学模式下，实验教学严格在理论教学之后进行，实验形式单调，与实际工程要求差距太大，学生缺乏实验的主动性和创造性，实验与理论相互促进的效果差，教学质量不尽如人意。为此对实验教学进行了以下革新和实践：

1.个别实验项目先于理论教学

实验教学一般情况下，在相应理论内容具备时、相应的实验才开展，但考虑到WWW、FTP等内容在平时学习和生活中经常接触，学生已经有了一定的感性认识，因此讲授完TCP/IP后，在讲应用层之前就开展这些实验项目，并在学习应用层时结合DNS实验进行回顾和复习。这样，学生在学习这部分内容时就有了从感性认识到理性认识的升华，从理论和实践两个方面都得到了提升。

2.案例分析与任务驱动相结合

在实验教学实践中，发现有些学生在验证性实验中对一些具体的网络操作技能已经有了很好的掌握，但在做一些综合性和设计性等难度较大、需要综合技能的实验时依然很困难，常常感觉无从下手。为此，我们以一些真实的、可操作的实际案例为例子进行实验的讲解，让学生通过案例的分析、案例的实际演练掌握有关的操作和设计方法。在此基础上，以任务驱动进行教学，如：给出一个具体的企业局域网建网项目，让学生组成项目小组，每个成员都尽其能力分析任务需求，规划设计网络方案，拟定有效的项目实施计划，然后根据计划进行分工合作，共同完成项目任务。完成后采取相互观摩、讨论、探究的方式对任务进行归纳总结。此方法较好地锻炼了学生综合运用已掌握的网络知识技能去发现问题和解决问题的能力以及相互之间的沟通能力，并有效培养了学生的合作意识，为学生学习能力、创新能力的培养以及日后在网络方向的持续发展打下坚实的基础。

3.加强虚拟实验在实验教学中的辅助作用

计算机网络课程的基本概念和原理涉及很多数学知识和大量的网络协议，比较抽象难懂，为了让学生能更直观形象地理解网络知识，我们构建了虚拟的实验环境，通过虚拟实验一方面模拟网络协议的工作过程和网络流量在网络中的传输，使学生能比较具体形象地理解网络基本原理和技术，如：协议、路由、分组转发、拥塞控制等，另一方面能使学生快速熟悉交换机和路由器的配置环境和命令，快速掌握网络的设计和搭建，大大缩短了实验教学的周期。学生课前和课后都可以在自己的计算机上进行虚拟实验，打破了实验教学在时间和空间上的限制。通过这种方式学生学习计算机网络不再感到枯燥，对原理、协议的理解更加深刻，提高了学生的自主性和创新性，取得了较好的教学效果，是对常规实验教学的有力补充。

三、结束语

通过对理论教学内容和实验教学内容的革新，使该门课程能够反映出计算机网络当前发展的现状，并与实际工程相贴近，在教学过程中强调理论和实践相结合，把实验教学和理论教学放到了同等重要的位置，在对学生考核时各占50%。经过2006～2009三个学年对从事网络技术工作的90余名毕业生的跟踪调查来看，用人单位普遍认为我校毕业生网络理论扎实、知识面广、网络技术综合应用能力强，能很快的适应实际工作的要求。实践表明，经过对该门课程的教学改革，学生知识面得到了拓宽，工程能力得到了加强，教学质量有了显著的提升。

[1]Andrew S.Tanenbaum. COMPUTER NETWORKS[M].Fourth Edition，Pearson Education, Inc, 2003

[2]黄维通中外计算机应用人才培养比较[J].计算机教育，2005，5

[3]李成忠，张新有，贾真．计算机网络实验教学研究[J]．西南交通大学学报(社会科学版)，2005，6(4):72～74

[4]张纯容,施晓秋,吕乐.面向应用型网络人才培养的实践教学改革初探[J].电子科技大学学报(社会科学版),2008,4:62～65

The teaching innovation and practice of computer network

Fan Zhenqi, Cao Hongwu
Information engineering college of tarim university, Alaer, 843300, China

In order to meet subject and social demand, based on exploration and research The Information Engineering College of Tarim University constructs the unit of computer network with emphasis, reforms and practices theory teaching, experiment teaching and teaching way. Based on students understanding basic concept and principle, try for reflecting the development actuality of computer network and put emphasis upon students trained for engineering practice. It shows that by teaching reformation, students’ outlooks widen and their engineering capacities are improved. At last, teaching quality is distinctly on the upgrade.

computer network; theory teaching; experiment teaching; teaching way

book=93,ebook=515

2010-01-25

范振岐，硕士，讲师。

*本文系塔里木大学质量工程建设项目,编号：TDZGKC09084。