工程教育認證下計算機網(wǎng)絡課程創(chuàng)新實驗設計

鐘輝 董潔

摘要：針對當前計算機網(wǎng)絡實驗教學不能滿足學生需求存在的問題，在工程教育認證背景下，分析探討了網(wǎng)絡實驗方案設計方法，提出以Linux系統(tǒng)為實驗節(jié)點的網(wǎng)絡實驗組網(wǎng)平臺，特別是在實驗內(nèi)容選擇、實驗路由交換設備、實驗項目和方法等方面闡述創(chuàng)新性實驗方案。采用具體實例和實驗情景，提高了實驗可操作性。設計一系列實驗來加強學生對網(wǎng)絡通信原理的理解和掌握。對其他課程的實驗教學有一定的參考價值。

關鍵詞：計算機網(wǎng)絡;實驗方案;工程教育認證

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0175-02

計算機網(wǎng)絡教學中，最重要的內(nèi)容是網(wǎng)絡體系結構，也就是網(wǎng)絡節(jié)點通信所必需的各個層次和協(xié)議，它完成了網(wǎng)絡及其各組成部分功能。工程教育認證主要倡導產(chǎn)出導向，它明確傳遞教學豐富的模式內(nèi)涵。教師應提高專業(yè)教學服務質(zhì)量去滿足學生“學”的需求，進而達到學生成長發(fā)展的需求。

1計算機網(wǎng)絡實驗教學現(xiàn)狀與探索

大多院校都有計算機或網(wǎng)絡專業(yè)的畢業(yè)生，不論是從事網(wǎng)絡設備的研發(fā)、網(wǎng)絡設計和建設以及網(wǎng)絡維護，都難以在短時間內(nèi)滿足用人單位的需求。計算機網(wǎng)絡授課都還處在演示設備階段，學生無法理解像路由器、交換機設備的原理和作用。根本原因在于計算機網(wǎng)絡課程內(nèi)容的抽象性很強，有些教師并沒有實際網(wǎng)絡安裝和調(diào)試的經(jīng)歷。而計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展迅速，實踐操作性較強。只有加強學生實踐動手能力的培養(yǎng)，建設專門的網(wǎng)絡實驗教學課程才能改善目前網(wǎng)絡教學現(xiàn)狀。本文結合高等院校網(wǎng)絡實驗教學的特點，探討了網(wǎng)絡設備配制網(wǎng)絡組網(wǎng)和管理等網(wǎng)絡實驗教學方案?，F(xiàn)代教育模式的不斷創(chuàng)新，教學內(nèi)容和手段逐步更新，加強學生動手技能已經(jīng)成為一個重要教學組成部分。在多場合實施實驗教學，拓展了實驗教學內(nèi)容和方式，全方位的了解學生學習狀況，多方面獲取學生反饋的實驗教學結果。調(diào)動學生學習的主動性，激發(fā)學生學習興趣，牢固地掌握計算機網(wǎng)絡基本原理和理論知識，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，對教師的教學過程和學生的教育過程都具有指導意義。

2計算機網(wǎng)絡實驗教學的實現(xiàn)方式

為完成驗證網(wǎng)絡基本理論、網(wǎng)絡設備配置、設備組網(wǎng)、網(wǎng)絡管理實驗，將路由器、交換機、PC機等設備組成一組進行實驗。整個實驗室由實驗臺構成，每個實驗臺就是一個教學模塊?？蓪⒆鰧嶒灥膶W生分為多組。一組一個實驗臺，學生在一個實驗臺內(nèi)協(xié)作配合完成網(wǎng)絡實驗。每組的網(wǎng)絡設備有4臺PC機、3臺路由器、1臺二層交換機。每三個小組可以編成一個區(qū)域?？梢愿鶕?jù)學生培養(yǎng)方向來進行小組間、區(qū)域間的組合，還可以根據(jù)實驗要求在相應設備上擴展相應的模塊。搭建各種實際的網(wǎng)絡測試環(huán)境，通過在實驗室內(nèi)對設計網(wǎng)絡拓撲、網(wǎng)絡設備管理等進行測試分析。學生通過網(wǎng)絡實驗，能夠直觀、全方位地了解各種網(wǎng)絡設備的操作及其應用環(huán)境，加深對網(wǎng)絡原理、協(xié)議、標準的理解，提高網(wǎng)絡故障維護與診斷技能。測試內(nèi)容可以單獨進行，也可以結合網(wǎng)絡實驗，在實驗中增加部分測試內(nèi)容來配合網(wǎng)絡實驗，例如VLAN的設置，VLAN的測試等。實驗的內(nèi)容充分結合當前國內(nèi)外市場的網(wǎng)絡技術典型應用，完全模擬真實的使用環(huán)境，讓學生更深入學習網(wǎng)絡知識，從而有效提高學生的實踐動手能力。實驗內(nèi)容可以充分考慮到學生的專業(yè)和發(fā)展方向，有利于培養(yǎng)不同類型的網(wǎng)絡人才，改進教學方式和科研條件，還將大大促進學校計算機網(wǎng)絡教育和科研水平。

3計算機網(wǎng)絡實驗的教學內(nèi)容設計

3.1實驗教學設備

完成實驗需要的實驗室設備設置和連接方式，旨在為學生準備一個新型有效的實驗環(huán)境。實驗中基本設備由一組工作站，集線器和路由器組成。每個組分配一個獨立的機組，包括4個工作站，3個路由器，1個管理型交換機和1個IPKVM。這里重點是KVM交換機能夠控制2到8服務器和設備，它使用一個鍵盤、一個鼠標和一臺顯示器控制多臺服務器。學生利用這個設備通過他們的單鍵盤、鼠標和顯示器來控制不同的工作站和路由器。IP KVM交換機可以從互聯(lián)網(wǎng)的任何地方進行控制，管理員不必親自到現(xiàn)場進行控制，用戶可以遠程訪問實驗室平臺。

3.2實驗設備組成架構

實驗架構描述：每個組的配置包括4個Linux工作站、2個客戶端、3個路由器、1個交換機和1個IPKVM交換機。IPKVM是訪問網(wǎng)絡中所有設備的起點，能夠連接到工作站、路由器和交換機。每個工作站都貼上了設備所在組的編號，工作站的編號，所有工作站都安裝了教學用的Linux操作系統(tǒng)。每個工作站都有兩個USB接口，一個串口和兩個10/100M以太網(wǎng)接口eth0和ethl。每個路由器都貼上了設備所在組號和路由器編號，每個路由器上都安裝了操作系統(tǒng)。每個路由器上有兩個10Mbps接口和一個WAN接口。交換機連接所有工作站和路由器，可以使用VLAN概念創(chuàng)建自定義網(wǎng)絡拓撲。每個設備組連接拓撲結構如圖1描述。拓撲圖中描繪了每個組正在使用的拓撲連接。通過IP KVM集中管理所有工作站和路由交換設備。工作站通過串口仿真程序minicom配置路由器和交換機。

3.3實驗軟件工具

本實驗方案需要學生連接到網(wǎng)絡設備。IP KVM是幫助學生集中控制所有工作站的設備。圖1顯示了IP KVM通過KVM交換機連接到所有工作站的方式。在成功連接到IP KVM后，需要熟悉安裝在工作站上的Linux操作系統(tǒng)了。在應用該實驗平臺時，將在整個實驗室中使用一些工具進行連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。比如Telnet是用于在遠程主機上執(zhí)行命令的遠程登錄程序。Ping是一個簡單的工具來檢查調(diào)試IP網(wǎng)絡的可達性。無論何時更改網(wǎng)絡設置，ping都可用于測試配置。網(wǎng)絡流量生成器是允許單個UNIX工作站或服務器模擬由多個網(wǎng)絡工作站生成的網(wǎng)絡流量的應用程序。它使用兩個獨立的程序，即traf-server和trafclient來執(zhí)行流量生成。網(wǎng)絡協(xié)議分析器是為了觀察網(wǎng)絡協(xié)議的行為，來監(jiān)視網(wǎng)絡流量的工具。從網(wǎng)卡捕獲流量并以可讀格式顯示信息的工具稱為數(shù)據(jù)包嗅探器或網(wǎng)絡協(xié)議分析器。一種常見的數(shù)據(jù)包嗅探器是Wireshark?？梢愿鶕?jù)源IP地址，目標IP地址，端口號，協(xié)議等特征過濾顯示的數(shù)據(jù)包。Wireshark是一個具有圖形用戶界面的協(xié)議分析器，可以通過在提示符處輸入Wireshark來啟動。它是在實驗室用于數(shù)據(jù)包嗅探和分析的主要工具。

4結束語

提高學生理解計算機網(wǎng)絡理論知識和鍛煉實踐動手能力是開設計算機網(wǎng)絡實驗課的主要目的。因此，在設計實驗時，在內(nèi)容選擇與難度把握方面應緊緊圍繞這個目標，讓各個層次的學生均得到提高。此外，實驗課的組織管理也很重要，應采取合適的方法，調(diào)動學生的積極性，正確地引導學生，激發(fā)他們的思考潛能。計算機網(wǎng)絡中發(fā)展是持續(xù)不斷的，計算機網(wǎng)絡教學也必須隨之發(fā)展。本文在計算機網(wǎng)絡實驗教學中對網(wǎng)絡實驗課程的教學方法進行了一點探索。以培養(yǎng)應用型人才為目標，以實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡的基礎知識和技術為核心內(nèi)容展開教學過程，實驗設備架構選擇和實驗平臺構造形式更加簡潔，更直觀體現(xiàn)計算機網(wǎng)絡設備操作系統(tǒng)的實質(zhì)，適應現(xiàn)代網(wǎng)絡發(fā)展趨勢。教學過程中堅持以學生為主的引導式教學方法的推進。是學生積極主動學習，愿意思考和探索對知識理解更深刻。