計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析教學(xué)研究

陳文一

摘要：《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程是網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)課程，而學(xué)好網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程是學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該文立足于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)實踐，以學(xué)生平時“瀏覽網(wǎng)頁”這一日常行為引入，詳細(xì)闡述“瀏覽網(wǎng)頁”這個行為中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的具體過程，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高教學(xué)效果，為高職院?！队嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程教學(xué)提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)通信;教學(xué)研究;計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0048-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”這門課程是很多高職院校工科類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是后續(xù)諸多專業(yè)課程的先導(dǎo)課程[1]。在教學(xué)中如何讓學(xué)生真正理解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信過程，加深學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程的深層理解，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理應(yīng)用過渡銜接是課程教學(xué)中亟待解決的問題。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的學(xué)習(xí)和理解是有一定難度的，要解決學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒，需通過將枯燥的概念和理論情景應(yīng)用化，創(chuàng)設(shè)成學(xué)生實際應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，是學(xué)生學(xué)好計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵所在。

1網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析教學(xué)的主要目標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析教學(xué)過程的教學(xué)主要達(dá)到以下的目標(biāo)：

（1）能力目標(biāo)：通過教學(xué)，進(jìn)一步理解TCP/IP通信模型各層次的功能，能解析基于HTTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)流程，并通過知識遷移，舉一反三，理解其他通信應(yīng)用數(shù)據(jù)類型的通信過程。

（2）知識目標(biāo)：通過教學(xué)，掌握“封裝”“解封裝”的具體含義，理解端口號、IP地址、MAC地址等基本計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念，并能理解路由器的實際工作原理。

（3）素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生在日常的學(xué)習(xí)過程中多提疑問，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作作風(fēng)和學(xué)習(xí)態(tài)度。

2網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析的具體教學(xué)設(shè)計

2.1 提出疑問，引入教學(xué)內(nèi)容

上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁是學(xué)生工作生活必不可少的一項應(yīng)用，但學(xué)生并不知曉這項應(yīng)用具體的通信細(xì)節(jié)，這是學(xué)習(xí)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信知識非常好的實例，因為整個通信過程很好地詮釋了網(wǎng)絡(luò)通信的OSI七層模型。在課堂教學(xué)中向?qū)W生提問“瀏覽網(wǎng)頁”的具體數(shù)據(jù)通信過程，激發(fā)了學(xué)生的求知欲。通過提問發(fā)現(xiàn)該疑問是學(xué)生們都想知曉的共性問題，在學(xué)生中能產(chǎn)生一定的共鳴，很自然就引導(dǎo)到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析的教學(xué)內(nèi)容上。

2.2 知識回顧，熟悉核心功能

在教學(xué)中要做好知識的復(fù)習(xí)回顧。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程經(jīng)過多年的發(fā)展，目前基本形成了以TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為核心[2]。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析主要針對的是OSI和TCP/IP兩種體系結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系，以及體系結(jié)構(gòu)中各層次的核心功能和關(guān)鍵字段，通過復(fù)習(xí)回顧，對核心功能和關(guān)鍵字進(jìn)行重述，喚醒學(xué)生的相關(guān)知識。復(fù)習(xí)回顧的知識如圖1所示。

2.3 類比分析，降低學(xué)習(xí)難度

為降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，開展類比分析教學(xué)，如圖2所示。以學(xué)生熟悉的“寄快遞”為例，類比網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程，明確 “快遞員”與路由器兩者的核心本質(zhì)。作為快遞“寄件人”關(guān)鍵信息是寄件人地址和收件人地址，作為“快遞員”的關(guān)鍵信息是收件人地址，作為“收件人”的關(guān)鍵信息是寄件人地址和收件人地址。同理，作為瀏覽網(wǎng)頁的客戶機(jī)的關(guān)鍵信息是源IP地址和目的IP地址，作為中間信息傳遞者的路由器的關(guān)鍵信息是目的IP地址，作為服務(wù)器端的關(guān)鍵信息是源IP地址和目的IP地址信息。通過類比分析，將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的抽象內(nèi)容轉(zhuǎn)換成寄送快遞這樣具象化的內(nèi)容，啟迪思路降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，有助于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。

2.4 案例分析，主抓關(guān)鍵點

1）客戶端數(shù)據(jù)封裝過程

客戶端數(shù)據(jù)封裝過程類似于快遞的寄件前的打包過程，主要包括：客戶端的應(yīng)用層產(chǎn)生服務(wù)請求數(shù)據(jù)，到傳輸層配置相應(yīng)的TCP協(xié)議和端口號，到網(wǎng)絡(luò)層中分別加入源和目的IP地址，到網(wǎng)絡(luò)接口層中加入源和目的MAC地址及轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制Bit流，具體過程如圖3所示。數(shù)據(jù)封裝過程主要講解核心關(guān)鍵點內(nèi)容，可以適當(dāng)加入DNS服務(wù)器的解析過程，結(jié)合ARP協(xié)議講解目標(biāo)MAC地址的獲得等內(nèi)容。客戶端數(shù)據(jù)封裝過程是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)自上而下的過程，要讓學(xué)生明確數(shù)據(jù)“封裝”過程，及各層封裝的核心信息。

2）路由器對數(shù)據(jù)的處理過程

路由器對數(shù)據(jù)的處理過程類似于快遞員對快遞包裹的投遞過程，主要包括兩個階段，第一是獲取數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)的目的IP地址，第二是讓數(shù)據(jù)能在準(zhǔn)確的路由器端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。第一階段的目的IP地址獲得需要通過解封裝到網(wǎng)絡(luò)層中獲得，第二階段的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)發(fā)需要將目的IP的地址段與路由器的路由表信息進(jìn)行比對，獲得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)發(fā)端口，或是丟棄數(shù)據(jù)包。此過程是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程中的重點和難點內(nèi)容，關(guān)鍵是要讓學(xué)生明確獲得數(shù)據(jù)目的IP地址的意義，數(shù)據(jù)封裝與解封裝的具體過程，還要關(guān)注數(shù)據(jù)包的源和目的IP地址保持不變，而源和目的MAC地址產(chǎn)生變化的過程。

3）服務(wù)器端數(shù)據(jù)解封裝過程

服務(wù)器端數(shù)據(jù)解封裝過程類似于快遞的收件人拆包過程，主要包括：在網(wǎng)絡(luò)接口層中二進(jìn)制Bit流的接收，轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)幀，在網(wǎng)絡(luò)層中核查目的IP地址信息，傳輸層中對應(yīng)協(xié)議和端口號，最后在應(yīng)用層使用相應(yīng)的程序進(jìn)行響應(yīng)。服務(wù)器端數(shù)據(jù)解封裝過程是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)自下而上的過程，因為與客戶端的數(shù)據(jù)封裝過程存現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系，可以適當(dāng)簡講，讓學(xué)生明確“解封裝”的含義即可。

4）服務(wù)器應(yīng)答數(shù)據(jù)響應(yīng)過程

此過程主要講解服務(wù)器端對客戶機(jī)端的數(shù)據(jù)響應(yīng)過程，具體的通信過程與客戶端到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)流程是類似的，可以簡講，學(xué)生也可以很快理解具體的過程。

5）案例教學(xué)小結(jié)

以上四個步驟的內(nèi)容講解，學(xué)生基本理解了“封裝”“解封裝”的含義，明確目標(biāo)IP地址的重要性，IP地址和MAC地址在通信過程中的區(qū)別，明確數(shù)據(jù)通信過程對數(shù)通技術(shù)學(xué)習(xí)的重要意義。通過教學(xué)總結(jié)，將這些網(wǎng)絡(luò)通信中的基本概念和基本理論再進(jìn)一步說明含義，促進(jìn)學(xué)生知識鞏固提高和內(nèi)化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)思維和學(xué)習(xí)信心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)思考的重要手段。

3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析的教學(xué)方法

在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程分析教學(xué)中主要采用的教學(xué)方法包括案例教學(xué)法和類比教學(xué)法。本例中將教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生疑惑、教師答疑這一角度來設(shè)計，以“訪問網(wǎng)站”這一場景創(chuàng)設(shè)學(xué)生求知情境，以案例形式呈現(xiàn)，將知識點融入案例教學(xué)中，通過真實案例教學(xué)，有效提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，激發(fā)和培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)中將數(shù)據(jù)通信過程與“寄快遞”相類比，分別將客戶機(jī)、路由器和服務(wù)器擬化成“寄件人”“快遞員”和“收件人”，將路由器選擇路由時要使用的“目標(biāo)IP地址”和快遞員送快遞時關(guān)注的“收件人地址”兩點相類比，將通信節(jié)點以活靈活現(xiàn)的人物化形象呈現(xiàn)。在教學(xué)中，將 “數(shù)據(jù)封裝”和“數(shù)據(jù)解封裝”這一教學(xué)重點過程擬化成寄件人封裝包裹和拆包裹的過程，將路由器查看“目標(biāo)IP地址”過程擬化成快遞員查看收件人地址的行為，有效拉近學(xué)習(xí)距離，降低學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

4結(jié)束語

本文主要討論的是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過程的工作原理。以學(xué)生的疑惑解答入手，由淺入深，先回顧上一節(jié)知識點“TCP/IP通信模型”，喚醒學(xué)生對該通信模型各層核心功能的理解。再以學(xué)生都耳熟能詳?shù)摹凹目爝f”實例來與訪問網(wǎng)站數(shù)據(jù)通信過程進(jìn)行類比，明確兩者之間的聯(lián)系，將相關(guān)角色進(jìn)行一一對應(yīng)。通過呈現(xiàn)客戶機(jī)訪問Web服務(wù)器的具體過程，逐步分析數(shù)據(jù)通信過程中“請求數(shù)據(jù)”的狀態(tài)變化和傳遞路徑，從而較為直觀地展現(xiàn)客戶機(jī)、路由器和服務(wù)器三種設(shè)備各自數(shù)據(jù)處理的詳細(xì)過程，使數(shù)據(jù)通信工作原理這個復(fù)雜問題簡單化，讓學(xué)生真正理解其通信過程。在教學(xué)中將數(shù)據(jù)通信原理與現(xiàn)實生活有機(jī)結(jié)合，提升了教學(xué)的實效性和趣味性，也是對學(xué)生日后自學(xué)能力、解決問題能力的有效培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張海生，馬冰，周克洪.基于翻轉(zhuǎn)課堂和理實一體化的“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程設(shè)計[J].科技風(fēng)，2020（36）：83-84.

[2] 張建忠，徐敬東，吳英，等.面向深層學(xué)習(xí)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程優(yōu)化設(shè)計[J].計算機(jī)教育，2021（1）：66-69，74.

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