面向计算机技术相关专业硕士课程案例设计研究

吴涛 陈曦

[摘 要] 案例教学从实践角度阐述理论和技术的应用价值。通过以现有的TCP/IP协议为背景，以近三年的真实案例为基础，进行案例的搜集、设计和撰写。包括应用层网络协议和技术的案例，如HTTP、DNS、SSH、容器技术等在传统计算机网络教学中较少涉及的内容，利用案例资料，对计算机技术相关专业学位研究生课堂理论教学进行补充和辅助。

[关键词] 计算机网络;专业硕士;案例教学

[基金项目] 成都信息工程大学研究生教学改革研究项目“创新与竞赛相结合的研究生人才培养模式研究”;教育部产学合作协同育人项目“以竞赛为抓手的人工智能课程建设”;西南民族大学专业学位研究生教育专项项目（2017YJZX006）;西南民族大学在线开放课程建设项目（2015KCJS07）;国家民委“一带一路”国别和区域研究中心东南亚研究中心项目（SE2019Y07）

[作者简介] 吴 涛（1984—），女，山东曲阜人，博士，成都信息工程大学计算机学院副教授，主要从事边缘计算、计算智能研究;陈 曦（1985—），男，重庆人，电子科技大学信息与通信工程学院博士后，西南民族大学计算机科学与工程学院副教授（通信作者），主要从事计算机网络、软件定义网络研究。

[中图分类号] TP393    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）40-0366-02    [收稿日期] 2020-03-21

一、引言

作为计算机技术专业学位研究生的必修课程，计算机网络是实践性较强的学科。传统的计算机网络课堂教学主要侧重理论教学方面，重点讲解网络协议的体系结构、运行原理、分组格式、状态变迁等。对于网络协议在现实世界的应用案例，往往讲解不够，使得学生对于其实践价值、应用场景的理解不足，削弱了实践能力的培养。另外，在本科、研究生阶段的计算机网络教学中，重点在于通信和基础协议部分，包括路由、交换等，应用层的协议很少重点涉及，往往一笔带过。但事实上，应用层的诸多协议，比如HTTP协议是现代万維网和浏览器的基础，更是提供Web服务、API远程调用的基础;又比如DNS域名协议是万维网的基础设施，甚至涉及网络安全问题，都对人们的工作学习生活具有重要影响，现实中也有较为丰富的使用案例。本项研究将致力于搜集网络协议、技术（特别是与应用层密切相关的协议和技术）在现实世界的应用案例，从实际出发，阐述应用实践中涉及的知识点，帮助学生学以致用，逐步培养将理论应用于实践的能力。因此，本项研究将以近三年的真实案例为基础，进行案例的搜集、设计和撰写。同时，考虑到计算机网络的体系结构复杂，某些实际案例可能不便教学，针对这种情况，本项研究将简化部分案例，体现实践要点，反映重要核心知识点。

二、案例知识点与工作方案

案例知识点上，本项研究的案例设计主要包括应用层重要的协议与应用：

HTTP协议：HTTP是现代万维网Web的基础协议，本项研究的案例设计将主要涉及协议原理，报文格式、HTTP方法、REST风格基本概念等。

HTTP连接管理：HTTP使用了TCP连接来提供不同类型的超文本服务，本项研究涉及并行连接、keep-alive（持久连接）和管道化连接的工作原理等。

HTTP代理：HTTP是端到端（end-to-end）的协议，中间互联细节由底层网络层和运输层负责。为了提供额外的功能，在端到端的HTTP运作原理中引入了中间实体，一方面对于端到端的原则形成了挑战，同时却也增加了更为丰富的万维网功能，如Web缓存、过滤等。

DNS协议：域名系统是现代Internet和万维网的另一大基石，本项研究涉及域名系统的树形结构，域名服务的工作原理，根域名服务器的重要性、分布和主要功能等。

SSH协议[1]：SSH协议是诸多远程登录协议的一个典型代表，其特点是具有安全加密的shell，相对于传统的telnet而言，提供了更为安全的远程登录服务。

Git分布式开发工具：结合实际工程开发项目，以常用的git工具作为载体，阐述分布式开发的原则、技术、最佳实践。

容器化技术[2]：轻量级虚拟化技术，用于现代网络应用的快速开发和交付。

研究对象上，本项研究将主要以现有的TCP/IP协议栈为背景，进行案例的搜集、设计、撰写，预计主要包括应用层的网络协议和技术的案例，包含以下研究对象：

DNS安全[3]案例：介绍近年来有关域名劫持、域名污染相关的安全事件，阐述DNS协议在现代网络中安全性问题和重要影响，并同步讲授相关知识点。

Web服务器/代理应用案例：介绍Apache或Nginx服务器软件在现代万维网中的实际应用，牵引出有关负载均衡相关的应用案例，并同步讲授相关知识点。

REST API应用案例：介绍基于HTTP协议的服务调用及其在现有开发中的应用案例，并同步讲授相关知识点。

HTTPS[4]安全协议应用案例：介绍经过加密的网络流量体系，结合电子商务网站阐述HTTPS协议的应用案例，并同步讲授相关知识点。

网络虚拟化/容器化技术应用案例：介绍Docker等轻量级虚拟化/容器化技术体系，及其在敏捷开发、DevOps[5]中的应用案例，并同步讲授相关知识点。

研究方法上，主要采用搜集现实应用案例的方法，归纳整理近年来发生的网络安全事件、网络开发技术路线演进、网络协议架构变迁等内容，针对上述几个主题，整合内容，总结案例。如前所述，由于计算机网络体系结构庞杂，内容丰富，学习曲线也相对陡峭，考虑到专业学位研究生面向应用的培养背景，对于过于繁杂的具体案例，可以总结后进行部分简化和再设计，形成适合教学的案例。

从DNS域名服务、Web服务器/中间件软件、REST API编程接口、HTTPS安全协议、Docker容器化技术等内容的应用实践资料中提炼总结，本项研究计划撰写3篇左右案例，每篇案例约10000字左右，主要适用于计算机技术、农业信息化等专业学位研究生。同时对于软件工程等非专业学位的研究生，部分案例内容也适用。

三、结语

案例教学从实践角度阐述理论和技术的应用价值。本项研究将主要以现有的TCP/IP协议栈为背景，进行案例的搜集和设计，预计主要包括应用层网络协议和技术的案例，利用案例资料，对计算机技术相关专业学位研究生课堂理论教学进行补充和辅助。

参考文献

[1]LONVICK C M，YLONEN T.The Secure Shell （SSH） Transport Layer Protocol [J].IETF RFC，2006（4253）：1-32.

[2]BERNSTEIN D.Containers and Cloud：From LXC to Docker to Kubernetes [J].IEEE Cloud Computing，2014，1（3）：81-84.

[3]ABU-NIMEH S，NAIR S.Bypassing Security Toolbars and Phishing Filters via dns Poisoning[C]//IEEE GLOBECOM 2008-2008 IEEE global telecommunications conference.2008：1-6.

[4]RESCORLA E.HTTP Over TLS [J].IETF RFC，2000（2818）：1-7.

[5]EBERT C，GALLARDO G，HERNANTES J，等.DevOps [J].IEEE Software，2016，33（3）：94-100.