面向計算機技術相關專業(yè)碩士課程案例設計研究

吳濤 陳曦

[摘 要] 案例教學從實踐角度闡述理論和技術的應用價值。通過以現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議為背景，以近三年的真實案例為基礎，進行案例的搜集、設計和撰寫。包括應用層網絡協(xié)議和技術的案例，如HTTP、DNS、SSH、容器技術等在傳統(tǒng)計算機網絡教學中較少涉及的內容，利用案例資料，對計算機技術相關專業(yè)學位研究生課堂理論教學進行補充和輔助。

[關鍵詞] 計算機網絡;專業(yè)碩士;案例教學

[基金項目] 成都信息工程大學研究生教學改革研究項目“創(chuàng)新與競賽相結合的研究生人才培養(yǎng)模式研究”;教育部產學合作協(xié)同育人項目“以競賽為抓手的人工智能課程建設”;西南民族大學專業(yè)學位研究生教育專項項目（2017YJZX006）;西南民族大學在線開放課程建設項目（2015KCJS07）;國家民委“一帶一路”國別和區(qū)域研究中心東南亞研究中心項目（SE2019Y07）

[作者簡介] 吳 濤（1984—），女，山東曲阜人，博士，成都信息工程大學計算機學院副教授，主要從事邊緣計算、計算智能研究;陳 曦（1985—），男，重慶人，電子科技大學信息與通信工程學院博士后，西南民族大學計算機科學與工程學院副教授（通信作者），主要從事計算機網絡、軟件定義網絡研究。

[中圖分類號] TP393? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）40-0366-02? ? [收稿日期] 2020-03-21

一、引言

作為計算機技術專業(yè)學位研究生的必修課程，計算機網絡是實踐性較強的學科。傳統(tǒng)的計算機網絡課堂教學主要側重理論教學方面，重點講解網絡協(xié)議的體系結構、運行原理、分組格式、狀態(tài)變遷等。對于網絡協(xié)議在現(xiàn)實世界的應用案例，往往講解不夠，使得學生對于其實踐價值、應用場景的理解不足，削弱了實踐能力的培養(yǎng)。另外，在本科、研究生階段的計算機網絡教學中，重點在于通信和基礎協(xié)議部分，包括路由、交換等，應用層的協(xié)議很少重點涉及，往往一筆帶過。但事實上，應用層的諸多協(xié)議，比如HTTP協(xié)議是現(xiàn)代萬維網和瀏覽器的基礎，更是提供Web服務、API遠程調用的基礎;又比如DNS域名協(xié)議是萬維網的基礎設施，甚至涉及網絡安全問題，都對人們的工作學習生活具有重要影響，現(xiàn)實中也有較為豐富的使用案例。本項研究將致力于搜集網絡協(xié)議、技術（特別是與應用層密切相關的協(xié)議和技術）在現(xiàn)實世界的應用案例，從實際出發(fā)，闡述應用實踐中涉及的知識點，幫助學生學以致用，逐步培養(yǎng)將理論應用于實踐的能力。因此，本項研究將以近三年的真實案例為基礎，進行案例的搜集、設計和撰寫。同時，考慮到計算機網絡的體系結構復雜，某些實際案例可能不便教學，針對這種情況，本項研究將簡化部分案例，體現(xiàn)實踐要點，反映重要核心知識點。

二、案例知識點與工作方案

案例知識點上，本項研究的案例設計主要包括應用層重要的協(xié)議與應用：

HTTP協(xié)議：HTTP是現(xiàn)代萬維網Web的基礎協(xié)議，本項研究的案例設計將主要涉及協(xié)議原理，報文格式、HTTP方法、REST風格基本概念等。

HTTP連接管理：HTTP使用了TCP連接來提供不同類型的超文本服務，本項研究涉及并行連接、keep-alive（持久連接）和管道化連接的工作原理等。

HTTP代理：HTTP是端到端（end-to-end）的協(xié)議，中間互聯(lián)細節(jié)由底層網絡層和運輸層負責。為了提供額外的功能，在端到端的HTTP運作原理中引入了中間實體，一方面對于端到端的原則形成了挑戰(zhàn)，同時卻也增加了更為豐富的萬維網功能，如Web緩存、過濾等。

DNS協(xié)議：域名系統(tǒng)是現(xiàn)代Internet和萬維網的另一大基石，本項研究涉及域名系統(tǒng)的樹形結構，域名服務的工作原理，根域名服務器的重要性、分布和主要功能等。

SSH協(xié)議[1]：SSH協(xié)議是諸多遠程登錄協(xié)議的一個典型代表，其特點是具有安全加密的shell，相對于傳統(tǒng)的telnet而言，提供了更為安全的遠程登錄服務。

Git分布式開發(fā)工具：結合實際工程開發(fā)項目，以常用的git工具作為載體，闡述分布式開發(fā)的原則、技術、最佳實踐。

容器化技術[2]：輕量級虛擬化技術，用于現(xiàn)代網絡應用的快速開發(fā)和交付。

研究對象上，本項研究將主要以現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議棧為背景，進行案例的搜集、設計、撰寫，預計主要包括應用層的網絡協(xié)議和技術的案例，包含以下研究對象：

DNS安全[3]案例：介紹近年來有關域名劫持、域名污染相關的安全事件，闡述DNS協(xié)議在現(xiàn)代網絡中安全性問題和重要影響，并同步講授相關知識點。

Web服務器/代理應用案例：介紹Apache或Nginx服務器軟件在現(xiàn)代萬維網中的實際應用，牽引出有關負載均衡相關的應用案例，并同步講授相關知識點。

REST API應用案例：介紹基于HTTP協(xié)議的服務調用及其在現(xiàn)有開發(fā)中的應用案例，并同步講授相關知識點。

HTTPS[4]安全協(xié)議應用案例：介紹經過加密的網絡流量體系，結合電子商務網站闡述HTTPS協(xié)議的應用案例，并同步講授相關知識點。

網絡虛擬化/容器化技術應用案例：介紹Docker等輕量級虛擬化/容器化技術體系，及其在敏捷開發(fā)、DevOps[5]中的應用案例，并同步講授相關知識點。

研究方法上，主要采用搜集現(xiàn)實應用案例的方法，歸納整理近年來發(fā)生的網絡安全事件、網絡開發(fā)技術路線演進、網絡協(xié)議架構變遷等內容，針對上述幾個主題，整合內容，總結案例。如前所述，由于計算機網絡體系結構龐雜，內容豐富，學習曲線也相對陡峭，考慮到專業(yè)學位研究生面向應用的培養(yǎng)背景，對于過于繁雜的具體案例，可以總結后進行部分簡化和再設計，形成適合教學的案例。

從DNS域名服務、Web服務器/中間件軟件、REST API編程接口、HTTPS安全協(xié)議、Docker容器化技術等內容的應用實踐資料中提煉總結，本項研究計劃撰寫3篇左右案例，每篇案例約10000字左右，主要適用于計算機技術、農業(yè)信息化等專業(yè)學位研究生。同時對于軟件工程等非專業(yè)學位的研究生，部分案例內容也適用。

三、結語

案例教學從實踐角度闡述理論和技術的應用價值。本項研究將主要以現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議棧為背景，進行案例的搜集和設計，預計主要包括應用層網絡協(xié)議和技術的案例，利用案例資料，對計算機技術相關專業(yè)學位研究生課堂理論教學進行補充和輔助。

參考文獻

[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.