電子信息類專業計算機網絡論文范文

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1實驗教學內容和形式的研究

為提高實驗教學的質量，針對以上存在的問題，筆者從實驗教學的內容和形式兩方面對計算機網絡實驗教學進行研究和探索。結合計算機網絡課程自身的特點，利用電子信息類專業有限的實驗條件，在傳統的驗證型實驗的基礎上增加了操作型實驗、設計型實驗和研究型實驗。在實驗內容的安排上力求循序漸進，先通過對基礎原理的驗證型實驗和操作型實驗來加深對網絡原理和技術的理解，提高學生的實際應用能力，進而逐步涉及難度較大的設計型和研究型實驗。

1.1驗證型實驗優化和整合傳統的驗證型實驗，將驗證型實驗分為初級驗證型實驗和高級驗證型實驗。主要用于幫助學生理解網絡基本概念如協議、數據幀和算法等，觀察和評價網絡性能指標。初級驗證型實驗主要利用網絡協議分析工具截獲網絡中傳送的數據包，驗證網絡上數據包的基本結構，通過觀察分析數據包的傳送認識和理解協議的運行機制。高級驗證型實驗依托網絡仿真軟件進行，首先由教師給出實驗的仿真核心源代碼，學生根據教師的講解及關鍵部分的提示對網絡仿真腳本做相應的修改后運行，利用網絡仿真軟件中的可視化工具觀察網絡協議運行過程的動畫演示。在高級驗證型實驗中學生還可以通過修改某一參數觀察網絡各性能指標的變化，分析比較仿真結果，領會協議和算法的含義。以Wireshark軟件抓取網絡上的數據包為例實現初級驗證型實驗。該實驗的硬件配置要求比較低，配備網卡的PC機和局域網環境即可，操作系統Windows2000或者XP都可以。通過Wireshark軟件抓取網絡上的數據包，可以得到封包的詳細信息[3]，如物理層的數據幀概況Frame、數據鏈路層以太網幀頭部信息EthernetII、互聯網層IP包頭部信息InternetProtocolVersion4、傳輸層TCP的數據段頭部信息TransmissionControlProtocol和應用層的信息HTTP協議HypertextTransferProtocol等。學生可以通過每層捕獲的數據包清楚地驗證數據包頭部信息的嵌套，數據幀或包的格式，進而理解網絡協議分層的意義。為了提高學生獨立分析能力，而不是被動驗證所學知識，可以用Wireshark捕獲到的實驗數據分析TCP/IP連接的三次握手情況，識別Wireshark截獲到了三次握手的三個數據包。高級驗證型實驗中的網絡仿真軟件目前使用較多的有OPNET、Matlab、NS2和OMnet++等。由于NS2是開放源碼的網絡仿真平臺，不需要額外付費，可以運行在Linux或Windows操作系統上，能夠在計算機網絡各個層次上模擬網絡運行，并支持目前計算機網絡教材中出現的大多數有線和無線網絡協議，所以可選擇NS2作為高級驗證型實驗的主要軟件工具。以NS2為網絡仿真軟件的高級驗證型實驗的硬件配置要求比較低，配備網卡的PC機。如果現有實驗室的PC機已有Windows系統，又想在Linux下運行NS2仿真，可在PC機的現有操作系統上安裝虛擬機，虛擬機上再安裝Linux操作系統運行NS2即可。在運用NS2做高級驗證型實驗時，重點是驗證網絡協議或算法的動態運行和變化過程。由教師給出TCL腳本實現對模擬仿真場景的產生和控制，并對關鍵控制部分進行詳細講解。學生依據圖1所示實驗流程完成實驗。在這個實驗階段，學生一般不具備獨立編寫網絡控制腳本的能力，對NS2網絡仿真軟件使用不熟練，所以學生主要是觀察和驗證已有網絡協議的運行過程，修改關鍵網絡仿真參數，通過觀看動畫演示和分析NS2的跟蹤記錄文件，得到網絡性能如何變化，深層次領會網絡協議和算法。

1.2操作性實驗為提高學生的動手能力，突出電子信息類專業注重學生實踐能力的培養，可在傳統網絡實驗的基礎上增加操作性實驗，適當購置一些計算機網絡實驗的硬件設備，如雙絞線夾線鉗、雙絞線測試工具、小型路由器、網絡檢測設備等，針對性地開設一些必要的計算機網絡硬件實驗，如網絡線纜的制作與測試、網卡等一些常用設備的安裝、設置及使用，路由器的設置、小型局域網的配置等。操作性實驗不僅能增強學生實際操作能力，還能激發學生的學習興趣，真正達到學以致用的目的。操作性實驗包括3個步驟：①布線實驗。主要是掌握雙絞線的制作與連接，使學生明白雙絞線與直通線的不同點，能夠使用測試儀測試網線，制作出合格的雙絞線[5]。②組網和建網實驗。主要是掌握如何利用小型路由器、PC機和在步驟①做好的網線連接形成一個小型局域網。通過這一步實驗，使學生能夠掌握路由器的基本配置、路由器的級聯方法、理解沖突域的概念等。③測試和管理網絡。主要是掌握常用網絡測試命令的應用，如Ping命令、Tracert命令、ipconfig命令等。對學生在步驟②中組成的一個網絡運用基本的網絡測試命令進行網絡測試和管理。在傳統的計算機網絡實驗中，常用網絡測試命令通常都放在驗證型實驗中，學生實驗的目的性不強，通常是把每一個測試命令敲一遍看看結果就結束實驗，大約20分鐘不到就可以完成，實驗的效果不佳。將基本網絡測試命令的運用放在操作型實驗中，可讓學生有針對性地對自己布線和組網成功的網絡進行測試，檢查網絡是否連接成功，如何通過命令修改網絡配置等。這樣學生做實驗的興趣比較濃厚，也達到學以致用的目的。在操作性實驗結束之后建議學生在家里組建自己的有線或無線小型局域網通過ADSL上Internet，也可以鼓勵學生實驗在筆記本上配置無線AP（接入訪問點），手機接入WiFi的方法，進一步鞏固實驗內容。

1.3設計型實驗電子信息類學生一般要具備一定的網絡應用軟件開發能力，因此設計性實驗是電子信息類學生計算機網絡實驗不可缺少的一部分。設計性實驗的主要目的是讓學生能夠編寫簡單的網絡通信程序，掌握網絡基本編程技巧。計算機網絡課程通常在電子信息類專業的大三和大四開設，此時學生一般都已熟練掌握一門程序設計語言，如C語言和Java語言，學生具備順利掌握網絡編程技巧的基礎。設計性實驗的主要內容是用Socket套接字進行網絡程序設計，讓學生能運用Winsock提供的API函數接口進行面向連接或無連接的網絡程序設計，實現網絡數據傳輸。通過該實驗學生可掌握Socket編程的基本方法，進一步深入理解UDP及TCP協議的工作原理，初步掌握TCP和UDP方式的網絡編程模式。傳統的計算機網絡設計性實驗通常是側重網絡應用層通信的設計，即實現網絡聊天程序，FTP客戶端/服務器端程序開發等[6]。電子信息類專業要求學生掌握一定的網絡底層通信技術，因此其計算機網絡設計性實驗需要側重網絡底層的通信實驗。針對電子信息類的專業特點，設計型實驗主要包括3個部分：①基于Socket的異步串行通信設計。電子信息類的課程設計中會大量用到串口通信測試，可以讓學生設計基于Socket的異步串行通信，通過這部分實驗不僅讓學生了解串口通信的原理，而且有利于學生掌握基本的Socket編程方法。②基于原始套接字的通信設計。電子信息類專業在進行硬件設計特別是嵌入式開發時，通常要對網絡的數據鏈路層和IP層進行開發，而原始套接字可以用來處理數據鏈路層及IP層數據。這部分實驗可以讓學生自己設計Ping程序，完成數據鏈路協議設計和修改等。③基于流式/數據報套接字的客戶/服務器通信設計。這部分實驗是傳統的計算機網絡設計性實驗的主要內容，目的是讓學生掌握基于TCP和UDP方式的網絡通信設計，如設計FTP客戶服務器程序。

1.4研究型實驗研究型實驗主要對學有余力的學生利用課余時間進行的自主研究實驗，采取2~4人為一組的形式，旨在提高學生運用所學知識解決實際問題的能力，以及培養學生的團隊協作能力。在高級驗證型實驗中學生已對網絡仿真軟件有了一定的了解和熟悉，通過高級驗證型實驗學生能了解網絡協議的動態工作工程，分析網絡性能。研究型實驗可以在高級網絡驗證實驗的基礎上進一步讓學生深入了解如何修改和設計自己的網絡協議，并觀察、測量和比較其性能的變化。以NS2網絡仿真軟件為例，圖2給出了NS2的網絡仿真模型，由上至下可以針對網絡層、數據鏈路層（包括介質訪問控制層）和物理層分別展開研究。（1）在網絡層上，重點研究動態路由。在有線網絡環境中，研究動態路由的路由信息更新過程。以距離矢量算法的動態路由為基礎，研究當鏈路狀態發生改變時，靜態路由和動態路由之間的差異。在無線網絡環境中，在分析無線Adhoc網絡路由協議（如DSDV、AODV以及DSR）性能的基礎上，進一步修改和設計無線網絡路由協議。（2）在數據鏈路層上，重點研究鏈路層協議。在研究以太網基本協議（如滑動窗口協議、停止等待協議、CSMA/CD協議等）的基礎上嘗試修改鏈路層協議以改善網絡在某方面的性能（如吞吐量、延時、數據包投遞率等）。（3）物理層上，重點研究無線傳播模型和能量模型對無線網絡性能的影響，從而為不同網絡環境設計不同的無線網絡的上層協議。

2結語

計算機網絡是一門理論和實踐結合非常緊密的課程，計算機網絡實驗教學具有十分重要的地位，電子信息類專業的計算機網絡實驗有必要獨立設課，規范實驗教學，并針對電子信息類專業培養目標更新實驗教學內容，因地制宜地引入多種實驗教學形式方法。通過實驗教學內容和形式的具體實施，筆者完成了兩個電子信息類專業教學班的實驗教學任務，對比沒有實施上述實驗教學的班級學生，發現這兩個班學生思維更加活躍，對計算機網絡的基礎理論掌握更加熟練。下一步，將重點考慮培養學生網絡通信協議的獨立開發能力和綜合實踐能力。

作者：李曉卉單位：武漢科技大學信息科學與工程學院