三重遞進(jìn)式“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程教學(xué)方案

鄧彬偉,夏術(shù)泉

(黃石理工學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院,湖北 黃石 435003)

“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”是一門(mén)理論與實(shí)踐并重的課程,它包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)和工作原理等內(nèi)容,也包括各種協(xié)議格式等具有一定深度的知識(shí),還包括許多新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,其核心是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。擔(dān)任該課程教師在進(jìn)行的教學(xué)研究中,提出了許多有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)方法。文獻(xiàn)[1］提出采用兩種教學(xué)輔助工具進(jìn)行教學(xué),其中的協(xié)議分析工具WireShark用于協(xié)議語(yǔ)法的教學(xué),網(wǎng)絡(luò)仿真工具NS2用于協(xié)議語(yǔ)義和協(xié)議同步的教學(xué);文獻(xiàn)[2］提出利用Iris Network T raffic Analyzer軟件來(lái)分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中所涉及到的協(xié)議;文獻(xiàn)[3］指出采用多媒體教學(xué)能突破教學(xué)上的難點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程采用的教學(xué)方法有討論式教學(xué)、推演性教學(xué)、理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)法[4］及基于探究式教學(xué)法[5］等。此外,文獻(xiàn)[6］指出,因特網(wǎng)本身對(duì)教學(xué)的好壞在于網(wǎng)絡(luò)在線課程的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 仿真軟件與硬件平臺(tái)簡(jiǎn)介

1)CommView簡(jiǎn)介

CommView是捕獲和分析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文監(jiān)控因特網(wǎng)和局域網(wǎng)活動(dòng)能力的工具。它能通過(guò)撥號(hào)連接或以太網(wǎng)卡來(lái)獲取信息并能解碼和分析數(shù)據(jù)報(bào)。通過(guò)CommView能獲得網(wǎng)絡(luò)連接列表、IP狀態(tài)和監(jiān)測(cè)每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào),從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最底層到最高層的各種協(xié)議都可以解析,而且提供完整的原始數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。所捕獲的報(bào)文可以存為日志文件為進(jìn)一步分析提供方便。此外,提供靈活的過(guò)濾功能不僅可捕獲需要的報(bào)文,且能提供警告來(lái)提示重要事件的到來(lái)。它是局域網(wǎng)管理員、安全和網(wǎng)絡(luò)編程人員和任何想完全跟蹤報(bào)文段的人員的輔助工具。因而對(duì)于學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)特別是對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的實(shí)際格式和作用的理解大有好處。

2)OMNeT++簡(jiǎn)介

OMNeT++是一款在教學(xué)研究領(lǐng)域免費(fèi)的面向?qū)ο蟮碾x散事件網(wǎng)絡(luò)模擬器[7］。可以實(shí)現(xiàn)的功能如下:①無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)信道模擬;②協(xié)議建模和模擬;③模擬隊(duì)列網(wǎng)絡(luò);④模擬多處理器和其他分布式硬件系統(tǒng);⑤確認(rèn)硬件結(jié)構(gòu)的有效性;⑥評(píng)估復(fù)雜軟件系統(tǒng)性能;⑦模擬其他任何一種合適的離散事件系統(tǒng)。

OMNeT++模擬器包括一些分層次的嵌入式模型,其高級(jí)用戶(hù)的接口可以把模塊透明地交給用戶(hù),即允許控制模擬器執(zhí)行也可以通過(guò)改變模塊中的變量/對(duì)象來(lái)干涉模擬器的執(zhí)行。此外,模擬器的接口和工具都非常輕便,而且可以在Windows和各種UNIX操作系統(tǒng)下利用c++進(jìn)行編譯。

3)WebServer簡(jiǎn)介

基于單片機(jī)的WebServer涉及到 TCP/IP協(xié)議棧的主體部分。利用8位微控制器通過(guò)ISP(因特網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商),在不需要使用PC機(jī)或高檔單片機(jī)情況下接入互聯(lián)網(wǎng)。廣泛應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)、工業(yè)智能化從站系統(tǒng)和LED網(wǎng)絡(luò)控制顯示屏系統(tǒng)等[8］。相對(duì)其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)說(shuō)軟硬件均較為簡(jiǎn)單。通過(guò)一些方法可用于網(wǎng)絡(luò)原理方面的教學(xué)。

2 三重遞進(jìn)式教學(xué)

1)CommView的教學(xué)應(yīng)用

本文提出的課程方案中,CommView工具主要用于以太網(wǎng)協(xié)議幀結(jié)構(gòu)、UDP、TCP、IP和H TTP等協(xié)議結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí),以及在網(wǎng)絡(luò)安全章節(jié)獲取報(bào)文的基本演示[9］。

2)OMNeT++的教學(xué)應(yīng)用

OMNeT++本身提供了比較豐富的代碼,可利用其中的移動(dòng)框模塊,就ALOHA、CSMA和路由原理等過(guò)程進(jìn)行演示講解。

3)嵌入式Webserver的教學(xué)應(yīng)用

嵌入式WebServer涉及到的 TCP/IP協(xié)議的主體部分,設(shè)備便宜,并有實(shí)際的源代碼提供便于實(shí)際理解學(xué)習(xí),能給學(xué)生以實(shí)際的體會(huì)理解并能了解一個(gè)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程。但是它只能展示網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)局部實(shí)現(xiàn),因而需要CommView和OMNeT++工具來(lái)展示網(wǎng)絡(luò)。

4)三重遞進(jìn)式實(shí)踐的教學(xué)應(yīng)用

如把 CommView、OMNeT++和WebServer三者結(jié)合起來(lái),在“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程的不同章節(jié)里分別應(yīng)用或是三者結(jié)合來(lái)分析和解決一個(gè)問(wèn)題,則能讓課程內(nèi)容更易于理解。

3 教學(xué)實(shí)踐方案

下面給出針對(duì)IP協(xié)議幀CommView實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、ALOHA協(xié)議的OMNeT++設(shè)計(jì)以及基于WebServer的實(shí)現(xiàn)分析教學(xué)設(shè)計(jì)。

1)IP協(xié)議幀CommView實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

IP協(xié)議報(bào)文的理解對(duì)于深入理解協(xié)議網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)過(guò)程具有重要意義,我們?cè)O(shè)計(jì)了如下教學(xué)實(shí)踐。

我們?cè)贑ommView的Rule選項(xiàng)中選擇使能以太網(wǎng)協(xié)議規(guī)則(Enable ethernet protocol rules)后,設(shè)置Action為Capture,并使能直接捕獲規(guī)則(Enable direction packets)。然后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕,選分組(Packets)可以看到捕獲到的IP報(bào)結(jié)構(gòu)?？山Y(jié)合這個(gè)報(bào)文結(jié)構(gòu)具體來(lái)講解各個(gè)字段,并可通過(guò)Windows中的ipconfig/all查看MAC地址和IP地址等來(lái)驗(yàn)證。

2)ALOHA協(xié)議的OMNeT++設(shè)計(jì)

ALOHA協(xié)議對(duì)無(wú)線通信過(guò)程的理解和學(xué)習(xí)十分重要。通過(guò)OMNeT++演示可從感性上理解ALOHA工作原理,其過(guò)程大致分為以下6步:①講解ALOHA協(xié)議思想和純ALOHA;②采用OMNeT++仿真顯示純ALOHA,如圖 1所示;③提出問(wèn)題:這個(gè)協(xié)議的信道利用率如何?有無(wú)改進(jìn)辦法?④時(shí)隙ALOHA協(xié)議思想介紹;⑤時(shí)隙ALOHA仿真演示;⑥還有沒(méi)有其它更好的辦法呢?請(qǐng)學(xué)生上校園網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)查有關(guān)資料,并就隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)寫(xiě)一份報(bào)告。

3)基于Websever的實(shí)現(xiàn)分析數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)

這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)把實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)引入到課堂中,在教學(xué)中把WebServer開(kāi)發(fā)板與多媒體計(jì)算機(jī)相連,通過(guò)在線調(diào)試軟件Keil C51 μ Vision集成開(kāi)發(fā)環(huán)境一邊單步運(yùn)行一邊講解,通過(guò)跟蹤軟件來(lái)討論一個(gè)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并且針對(duì)具體代碼從大模塊角度講解網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。

圖1 純ALOHA仿真

4 小結(jié)

通過(guò)數(shù)據(jù)包竊聽(tīng)軟件CommView、網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OMNeT++和實(shí)物WebServer分析豐富了“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程的趣味性,并能進(jìn)一步發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性和興趣且能與實(shí)際相結(jié)合。三重遞進(jìn)式實(shí)踐的“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”課程教學(xué)方案是對(duì)教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合的一種探索。

[1］楊春勇,潘文君,朱翠濤.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)及輔助教學(xué)方法研究[J］.武漢:高等函授學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2008,Vol.21,No.6

[2］湯海晨.基于Iris網(wǎng)絡(luò)嗅探器在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用[J］.溫州:浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009.9.

[3］李洪亮.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課的教學(xué)改革與實(shí)踐[J］.長(zhǎng)春:華章.2008.7.

[4］白順?lè)?唐梁兵.項(xiàng)目教學(xué)法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程中的應(yīng)用.[J］南京:機(jī)械職業(yè)教育.2009.12

[5］張振榮,楊林峰,楊鋒.基于探究式教學(xué)法的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J］.南寧:廣西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版(增刊)2009.7

[6］Marlenne Angulo and Marco A.Turrubiartes.On-Line Education in Computer Networks Courses Study Case:UABC U-niversity,México.Informing Science.June 2003

[7］OMNeT++Discrete Event Simulation System Version 4.0 User Manual.WORK IN P ROG RESS.

[8］盧虎,李勇,李志芳.嵌入式WebServer技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)[J］.北京:單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.2003.pp71-73

[9］謝希仁,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第四版)[M］.北京:電子工業(yè)出版社.2008