电子信息类专业计算机网络论文范文

1实验教学内容和形式的研究

为提高实验教学的质量，针对以上存在的问题，笔者从实验教学的内容和形式两方面对计算机网络实验教学进行研究和探索。结合计算机网络课程自身的特点，利用电子信息类专业有限的实验条件，在传统的验证型实验的基础上增加了操作型实验、设计型实验和研究型实验。在实验内容的安排上力求循序渐进，先通过对基础原理的验证型实验和操作型实验来加深对网络原理和技术的理解，提高学生的实际应用能力，进而逐步涉及难度较大的设计型和研究型实验。

1.1验证型实验优化和整合传统的验证型实验，将验证型实验分为初级验证型实验和高级验证型实验。主要用于帮助学生理解网络基本概念如协议、数据帧和算法等，观察和评价网络性能指标。初级验证型实验主要利用网络协议分析工具截获网络中传送的数据包，验证网络上数据包的基本结构，通过观察分析数据包的传送认识和理解协议的运行机制。高级验证型实验依托网络仿真软件进行，首先由教师给出实验的仿真核心源代码，学生根据教师的讲解及关键部分的提示对网络仿真脚本做相应的修改后运行，利用网络仿真软件中的可视化工具观察网络协议运行过程的动画演示。在高级验证型实验中学生还可以通过修改某一参数观察网络各性能指标的变化，分析比较仿真结果，领会协议和算法的含义。以Wireshark软件抓取网络上的数据包为例实现初级验证型实验。该实验的硬件配置要求比较低，配备网卡的PC机和局域网环境即可，操作系统Windows2000或者XP都可以。通过Wireshark软件抓取网络上的数据包，可以得到封包的详细信息[3]，如物理层的数据帧概况Frame、数据链路层以太网帧头部信息EthernetII、互联网层IP包头部信息InternetProtocolVersion4、传输层TCP的数据段头部信息TransmissionControlProtocol和应用层的信息HTTP协议HypertextTransferProtocol等。学生可以通过每层捕获的数据包清楚地验证数据包头部信息的嵌套，数据帧或包的格式，进而理解网络协议分层的意义。为了提高学生独立分析能力，而不是被动验证所学知识，可以用Wireshark捕获到的实验数据分析TCP/IP连接的三次握手情况，识别Wireshark截获到了三次握手的三个数据包。高级验证型实验中的网络仿真软件目前使用较多的有OPNET、Matlab、NS2和OMnet++等。由于NS2是开放源码的网络仿真平台，不需要额外付费，可以运行在Linux或Windows操作系统上，能够在计算机网络各个层次上模拟网络运行，并支持目前计算机网络教材中出现的大多数有线和无线网络协议，所以可选择NS2作为高级验证型实验的主要软件工具。以NS2为网络仿真软件的高级验证型实验的硬件配置要求比较低，配备网卡的PC机。如果现有实验室的PC机已有Windows系统，又想在Linux下运行NS2仿真，可在PC机的现有操作系统上安装虚拟机，虚拟机上再安装Linux操作系统运行NS2即可。在运用NS2做高级验证型实验时，重点是验证网络协议或算法的动态运行和变化过程。由教师给出TCL脚本实现对模拟仿真场景的产生和控制，并对关键控制部分进行详细讲解。学生依据图1所示实验流程完成实验。在这个实验阶段，学生一般不具备独立编写网络控制脚本的能力，对NS2网络仿真软件使用不熟练，所以学生主要是观察和验证已有网络协议的运行过程，修改关键网络仿真参数，通过观看动画演示和分析NS2的跟踪记录文件，得到网络性能如何变化，深层次领会网络协议和算法。

1.2操作性实验为提高学生的动手能力，突出电子信息类专业注重学生实践能力的培养，可在传统网络实验的基础上增加操作性实验，适当购置一些计算机网络实验的硬件设备，如双绞线夹线钳、双绞线测试工具、小型路由器、网络检测设备等，针对性地开设一些必要的计算机网络硬件实验，如网络线缆的制作与测试、网卡等一些常用设备的安装、设置及使用，路由器的设置、小型局域网的配置等。操作性实验不仅能增强学生实际操作能力，还能激发学生的学习兴趣，真正达到学以致用的目的。操作性实验包括3个步骤：①布线实验。主要是掌握双绞线的制作与连接，使学生明白双绞线与直通线的不同点，能够使用测试仪测试网线，制作出合格的双绞线[5]。②组网和建网实验。主要是掌握如何利用小型路由器、PC机和在步骤①做好的网线连接形成一个小型局域网。通过这一步实验，使学生能够掌握路由器的基本配置、路由器的级联方法、理解冲突域的概念等。③测试和管理网络。主要是掌握常用网络测试命令的应用，如Ping命令、Tracert命令、ipconfig命令等。对学生在步骤②中组成的一个网络运用基本的网络测试命令进行网络测试和管理。在传统的计算机网络实验中，常用网络测试命令通常都放在验证型实验中，学生实验的目的性不强，通常是把每一个测试命令敲一遍看看结果就结束实验，大约20分钟不到就可以完成，实验的效果不佳。将基本网络测试命令的运用放在操作型实验中，可让学生有针对性地对自己布线和组网成功的网络进行测试，检查网络是否连接成功，如何通过命令修改网络配置等。这样学生做实验的兴趣比较浓厚，也达到学以致用的目的。在操作性实验结束之后建议学生在家里组建自己的有线或无线小型局域网通过ADSL上Internet，也可以鼓励学生实验在笔记本上配置无线AP（接入访问点），手机接入WiFi的方法，进一步巩固实验内容。

1.3设计型实验电子信息类学生一般要具备一定的网络应用软件开发能力，因此设计性实验是电子信息类学生计算机网络实验不可缺少的一部分。设计性实验的主要目的是让学生能够编写简单的网络通信程序，掌握网络基本编程技巧。计算机网络课程通常在电子信息类专业的大三和大四开设，此时学生一般都已熟练掌握一门程序设计语言，如C语言和Java语言，学生具备顺利掌握网络编程技巧的基础。设计性实验的主要内容是用Socket套接字进行网络程序设计，让学生能运用Winsock提供的API函数接口进行面向连接或无连接的网络程序设计，实现网络数据传输。通过该实验学生可掌握Socket编程的基本方法，进一步深入理解UDP及TCP协议的工作原理，初步掌握TCP和UDP方式的网络编程模式。传统的计算机网络设计性实验通常是侧重网络应用层通信的设计，即实现网络聊天程序，FTP客户端/服务器端程序开发等[6]。电子信息类专业要求学生掌握一定的网络底层通信技术，因此其计算机网络设计性实验需要侧重网络底层的通信实验。针对电子信息类的专业特点，设计型实验主要包括3个部分：①基于Socket的异步串行通信设计。电子信息类的课程设计中会大量用到串口通信测试，可以让学生设计基于Socket的异步串行通信，通过这部分实验不仅让学生了解串口通信的原理，而且有利于学生掌握基本的Socket编程方法。②基于原始套接字的通信设计。电子信息类专业在进行硬件设计特别是嵌入式开发时，通常要对网络的数据链路层和IP层进行开发，而原始套接字可以用来处理数据链路层及IP层数据。这部分实验可以让学生自己设计Ping程序，完成数据链路协议设计和修改等。③基于流式/数据报套接字的客户/服务器通信设计。这部分实验是传统的计算机网络设计性实验的主要内容，目的是让学生掌握基于TCP和UDP方式的网络通信设计，如设计FTP客户服务器程序。

1.4研究型实验研究型实验主要对学有余力的学生利用课余时间进行的自主研究实验，采取2~4人为一组的形式，旨在提高学生运用所学知识解决实际问题的能力，以及培养学生的团队协作能力。在高级验证型实验中学生已对网络仿真软件有了一定的了解和熟悉，通过高级验证型实验学生能了解网络协议的动态工作工程，分析网络性能。研究型实验可以在高级网络验证实验的基础上进一步让学生深入了解如何修改和设计自己的网络协议，并观察、测量和比较其性能的变化。以NS2网络仿真软件为例，图2给出了NS2的网络仿真模型，由上至下可以针对网络层、数据链路层（包括介质访问控制层）和物理层分别展开研究。（1）在网络层上，重点研究动态路由。在有线网络环境中，研究动态路由的路由信息更新过程。以距离矢量算法的动态路由为基础，研究当链路状态发生改变时，静态路由和动态路由之间的差异。在无线网络环境中，在分析无线Adhoc网络路由协议（如DSDV、AODV以及DSR）性能的基础上，进一步修改和设计无线网络路由协议。（2）在数据链路层上，重点研究链路层协议。在研究以太网基本协议（如滑动窗口协议、停止等待协议、CSMA/CD协议等）的基础上尝试修改链路层协议以改善网络在某方面的性能（如吞吐量、延时、数据包投递率等）。（3）物理层上，重点研究无线传播模型和能量模型对无线网络性能的影响，从而为不同网络环境设计不同的无线网络的上层协议。

2结语

计算机网络是一门理论和实践结合非常紧密的课程，计算机网络实验教学具有十分重要的地位，电子信息类专业的计算机网络实验有必要独立设课，规范实验教学，并针对电子信息类专业培养目标更新实验教学内容，因地制宜地引入多种实验教学形式方法。通过实验教学内容和形式的具体实施，笔者完成了两个电子信息类专业教学班的实验教学任务，对比没有实施上述实验教学的班级学生，发现这两个班学生思维更加活跃，对计算机网络的基础理论掌握更加熟练。下一步，将重点考虑培养学生网络通信协议的独立开发能力和综合实践能力。

作者：李晓卉单位：武汉科技大学信息科学与工程学院