《TCP/IP协议分析》教学实践与反思

叶恒舟

摘要：《TCP/IP协议分析》是网络工程专业的专业核心课，在普通本科院校的网络工程专业课程体系中占据重要位置。文章从教学方法、教学工具软件使用、微视频应用等多个方面总结了近年的教学实践，反思了一些存在的问题。

关键词：TCP/IP协议；教学实践；网络工程

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0203-02

一、课程定位

《TCP/IP协议分析》是网络工程专业的一门重要的专业必修课，理论抽象，实践性强。在我校网络工程专业课程体系中，《TCP/IP协议分析》以《计算机网络》与《C语言程序设计》为先修课程，以“网络工程”、“网络开发”、“网络安全”为三个主要方向进行教学规划，是后续的专业课程的学习基础。

二、教学实践

笔者近几年一直从事该门课程的教学工作，对多年的教学实践做作了一定回顾与总结。

1.综合运用多种教学方法。①类比教学。在教学过程中，可依据生物学知识、已学知识、生活常识、社会关系等进行类比[1]。很多网络协议都在一定程度上来源于生活，在教学中，大量运用了依据生活常识进行类比教学的方法，表1列举了一部分。

将CSMA/CA与CSMA/CD类比，多播路由协议与单播路由协议类比；BGP与RIP对比等则体现了与已学知识类比的教学方法。②启发式教学。启发式教学可充分调动学生的积极性，使学生在获取知识的同时，发展智能，陶冶个性[2]。在教学过程中，通过提出问题引导学生思考与讨论，可以活跃课程气氛，调动学生积极性，提升学生分析与解决问题的能力。比如，在讲解移动IP技术时，提出问题“当主机移动时，是否需要改变IP地址？”；在讲解NAT穿越时，提出问题“ICMP差错报文和查寻报文只是IP层协议，没有端口号，怎样进行地址转换呢？”；在讲单播路由技术时，提出问题“如果你需要从桂林至北京，怎样才能选择出一条最优路径呢？”。另一方面，在教学过程中适当扩展，教书育人。比如在分析停止等待协议性能时，提及数学分析和仿真实验两种方法以及数学建模的必要性，拓宽学生思维，引导他们从事学术探索。介绍水平分割技术时，举出水平分割不能防止回路的特例，让学生体现到“很多技术方案，没有最好，只有更好”，培养学生的独立思考与创新意识。③案例教学。该门课程理论抽象，难于理解。比如，对于OSPF的末梢区域、完全末梢区域和非纯末梢区域，若只是文字讲解，学生会觉得枯燥，难以理解其区别。若采用图1所示的网络拓朴，采用PacketTracer[3]进行仿真实验，并通过改变区域1和2的区域类型，对比分析路由器的路由表，可帮助学生更深入地认识各类区域的细微差别。

2.综合运用多种网络工具。TCP/IP协议中有些协议相当复杂，若单纯地讲解相关协议格式与软件包，枯燥无味且抽象难懂，借助相关网络工具，理论结合实践，可增强学生的感性认知，提升学生的动手能力。诸如Packet Tracer，eNSP[4]，Wireshark[5]，GNS3[4]，可有效用于该门课程的辅助教学。这些工具各有特点，宜恰当选择，综合使用。Wireshark的优势是可以在真实环境中实时抓包与分析，在分析各种网络协议格式与工作原理、故障诊断方面，优势明显。Packet Tracer具有很好的可视化界面，支持各种网络设备，可定制很多网络数据包，容易操作，系统资源要求低，方便用于进行各种验证性实验。eNSP，GNS3等可加载真实设备的IOS（网络操作系统），可与真实设备桥接，可以在单机或少量网络设备上构建较为复杂的与真实网络环境高度相近的虚拟网络环境，以解决真实环境条件不足的问题；其缺点是对系统资源要求较高，操作相对复杂。

3.微视频助力课堂教学。该课程所涉及的知识点很多，学生的先修基础和后续发展方向差异较大。在课程教学时要尽量照顾基础较差的学生，避免其掉队；又要在路由与交换技术原理、网络协议分析与设计、网络程序开发等方向的相关教学上有一定的深度，为学生后续发展奠定较好基础，因而课堂教学学时较为紧张。以单播路由协议的相关内容为例，长春大学[6]规划了2个学时，我校规划了4个学时。尽管RIP、OSPF、BGP等已在先修课程《计算机网络》中涵盖，但像水平分割技术、OSPF中LSA类型、OSPF区域类型，BGP路由通知原则等内容多语焉不详。因此，在《TCP/IP协议分析》课堂教学中，很难在计划的时间内深入介绍相关内容。通过将上述知识点制作成微视频，供学生在课外学习，可以有效缓解课堂教学压力，也有利于培养学生的自学能力和支持差异化教学。

三、教学反思

笔者经过近几届该门课程的教学实践，积累了不少教学资源与教学实践经验，但仍有一些问题需要深入探索与实践，主要包括：

1.网络协议分析与设计是该门课程的核心内容之一，一些高校在教學时以网络协议源码分析为基础，还有一些高校仅对网络协议格式与原理进行分析，很少涉及协议包的分析与设计，本人在教学中采取了折中方案，即重点分析网络协议格式与原理，同时分析协议包的组件及这些组件的实现流程，但并不涉及对网络协议源码的分析或改进。如何根据教学规律及学生的知识基础与接受能力，合理选择教学内容也是一个需要反复实践的课题。

2.TCP/IP协议簇知识繁杂，在教学时对相关知识的把握可深可浅。比如，就BGP协议而言，若仅作概述，几分钟就可以讲授完毕；若仅介绍其基本工作原理，几十分钟也可讲授完毕；若要详细讨论其邻居建立、路由通告、路由属性、路由策略等，则可能需要好几个学时。如何把握这个度，与专业的人才培养计划、教师的能力水平、学生的基础与期望等密切相关，其中首要的是提升教师的能力水平。只有教师对相关知识有深入、系统地把握，才具备准确把握这个度的可能。

3.网络协议包设计在一些高校是一项重要的实践内容，该内容很难在有限的课堂实践期间完成，且对学生的编程能力要较强的要求。目前只是作为选修要求，供有能力、有意愿的同学自行实践，并提供必要的辅导，距离一流专业的培养目标还有较大差距。

4.该门课程主要是理论教学，也有一定的实践要求。目前还缺乏有效的、差异化的考核方式与评价标准。

5.网络技术是当前发展最为迅速的技术之一，软件设计网络、云计算、物联网等新技术或新应用层出不穷、应接不暇。如何在教堂上融入这些新技术（或新应用或新观念），既需要教师与时俱进，不断进取，也考验教师的教学方法与策略。

四、结束语

《TCP/IP协议分析》作为一门专业核心课程，对教师的专业知识体系与教育教学方法都有很高的要求，值得教学工作者不断学习、探索、实践与反思，笔者总结了近几年的教学经验与反思，以期抛砖引玉。

参考文献：

[1]张亮，胡劲松，吴一尘.面向对象程序设计课程的类比教学法[J].计算机教育，2016，（2）：99-101.

[2]宁美妍.启发式教学在大学生思想政治理论课中的运用[J].长春教育学院学报，2015，31（6）：102-103.

[3]苏锦.基于Packet Tracer的《计算机网络》课程教学改革[J].信息与电脑，2016，（10）：219-220.

[4]阳光.基于GNS3和ENSP的多厂商网络技术学习环境[J].网络通讯及安全，2016，11（16）：39-40.

[5]潘文婵，章韵.Wireshark在TCP/IP网络协议教学中的应用[J].计算机教育，2010，（6）：158-160.

[6]王绍强，邵丹，李晓辉.网络工程专业TCP/IP协议课程设计[J].计算机教育，2013，（14）：42-45.