网络协议课程设计论文

摘要：针对目前物联网工程新专业大范围建设实施中出现的一些问题，从卓越工程师人才培养模式、物联网工程专业课程体系设置、本科人才培养新方案等方面着手，介绍一种物联网工程专业知识体系结构，明确该专业人才培养目标，构建一套人才培养体系，分析人才培养中存在的若干问题。下面小编整理了一些《网络协议课程设计论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

网络协议课程设计论文 篇1：

基于动画演示的网络协议教学实践

摘要：网络协议是高校计算机网络及其相关课程的灵魂和主线，是教学的重点和难点。本文分析目前高校网络协议教学的现状及存在的不足，在此基础上，提出基于动画演示的网络协议教学新模式，并给出教学实例。

关键词：网络体系结构；网络协议；TCP/IP协议；动画演示；ARP协议

进入21世纪，Internet在我国迅速普及，截止2010年6月，我们的网民总数达到4.2亿，互联网普及率达到31.8%[1]。与此同时，互联网的应用发展也极为迅速，从提供最基本的E-mail、FTP、BBS，发展到支持网络视频、搜索引擎、博客、播客、即时通信、网络游戏、网络存储等各种层出不穷的应用[2]。

在这种背景下，高校的“计算机网络”课程作为计算机科学与技术、网络工程、通信工程和软件工程等专业的主干课程，是学生学习网络的开始，也是网络工程、网络安全、网络编程等后续课程的基础[3]。学习计算机网络，最重要的是掌握其基本的工作原理及体系结构，为将来的应用和研究打下基础。但是计算机网络的理论抽象、复杂，概念繁多，特别是网络协议对于初学者是非常难以理解的，作者所在的课程组在教学实践和调查中发现，学好计算机网络，关键是要真正理解计算机网络体系结构(OSI/RM参考模型和TCP/IP协议簇)以及每层的网络协议。但是从以往的教学实际情况来看，网络协议部分的教学效果非常差，主要原因是网络协议本身非常抽象难懂，而教学手段相对落后，学生不易理解。针对这样的教学现状，我们在实践中把动画演示引进网络协议的教学，取得了比较好的效果。

1国内高校计算机网络协议教学现状

1.1网络协议的定义和三要素

1) 网络协议是指为网络同层实体之间数据交换而制定的规则、约定与标准，亦称同层协议或通信协议。

2) 网络协议的三要素。

(1) 语义：用于解释比特流的每一部分的意义；

(2) 语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义；

(3) 时序：事件实现顺序的详细说明[2]。

1.2国内高校计算机网络协议教学现状

每个高校，甚至每个老师都有自己的网络协议教学方法，通过调查，我们发现目前国内高校网络协议教学主要有4种常用方法。

1) 传统的课堂书本的教学模式。这种教学模式以文字叙述的方法来讲解网络协议，理论与实际脱离的现象非常严重，理论内容太抽象，学生不易理解，学习兴趣不高，掌握网络协议知识的深度和广度有欠缺，很难把网络协议的相关原理和网络实践有机结合起来。

2) 举例法。这种模式是指在讲授网络协议时，教师用生活实例说明网络协议，把抽象的理论知识与日常生活相联系。但是网络协议众多，很多协议很难在生活中找到相对应的例子，因此，这种方法只适合少部分协议的教学。

3) 幻灯片辅助教学。随着多媒体教学的广泛应用，大部分老师开始制作PPT来进行辅助教学，这样做能比较直观地表达网络协议的语法和语义，但是PPT很难表现网络协议中的状态变迁和交互。

4) 协议抓包。随着一些开源协议分析软件的出现，一些老师在网络协议教学中开始应用这些抓包工具来进行网络协议的教学。抓包的含义是运用这些协议分析软件捕获所有通过计算机网卡的网络数据包，并通过分析数据包里的内容来获得协议的工作原理。但是这里有个悖论，分析数据包的内容需要对协议有很深入的理解，刚接触计算机网络的学生理解起来比较困难。

综上所述，由于网络协议本身比较抽象，现有的教学方法和手段很难直观、形象地展现一个协议语法、语义和时序这三个要素。在网络协议教学实践中，我们利用动画演示的方式来展示一个协议，使网络协议的教学显得生动，学生的学习积极性很高，学习效果明显提高。

2基于动画演示的网络协议教学实例——以ARP协议为例

2.1网络协议教学实例的实验环境

网络协议的教学一定要结合实际的应用场合，在讲授ARP协议时，设计的实验环境如图1所示。4台主机通过一台交换机互联，其IP地址和MAC地址如表1所示。

主机D通过FTP协议访问主机A上的文件，但是主机D只知道主机A的IP地址，不知道主机A的

MAC地址，ARP协议通过已知的主机A的IP的地址，来找到主机A的MAC地址。

2.2ARP协议的工作原理

ARP协议是“Address Resolution Protocol”(地址解析协议)的缩写[4]。在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面有目标主机的MAC地址。在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。

2.3ARP协议的工作过程

1)ARP协议的报文格式。

ARP协议的报文格式如图2所示[5]。

图2ARP报文格式

2)ARP请求报文的处理过程。

ARP请求报文是广播报文，当主机D发送含有主机A的IP地址的ARP请求报文时，网络中的其他主机A、B、C都会收到ARP请求，每台主机都会检查ARP请求报文中的目标IP地址是否为本机，如果是，则读取源MAC地址和IP地址加到本机的ARP缓存表中。在这个实例中，主机A把主机D的MAC地址和IP地址对添加到本机的ARP缓存中。

每个节点也会检查源IP地址，如果源IP地址在本机的ARP缓存表中，则会更新源MAC地址。如果源IP地址不在本机的缓存表中，则丢弃ARP请求报文。在这个实例中，主机B和主机C的ARP缓存表中都没有主机D的IP地址，则丢弃这个ARP请求报文，如图3所示。

3)ARP应答报文的处理过程。

主机A处理完ARP请求后，则发送ARP应答报文，这是单播报文，其目标MAC地址就是发送ARP请求的主机的MAC地址(即主机D的MAC地址)。在ARP应答报文中，包含源IP地址和MAC地址(即主机A的IP地址和MAC地址)以及目标IP地

址(即主机D的IP地址)。如图5所示。

当主机D收到主机A的ARP应答报文后，就把主机A的MAC地址和IP地址加到本机的ARP缓存表中，如图4所示。

4)ARP协议完成。

至此，ARP请求完成，主机D可以执行原始的FTP命令。另外需要说明的是，在利用动画演示过程中，可以根据需要设置PLAY键和PAUSE键进行播放和暂停。

图3ARP请求报文示意图

图4ARP应答报文示意图

3网络协议动画资源的积累

3.1网络协议的动画制作

采用Macromedia Flash 8.0网络协议的制作。由于网络协议众多，一般需要一个团队分工合作，目前课程组已完成的动画有32个，如表2所示。在教学

实践中，也可以把一些协议当做课程设计和作业让学生来完成，这样既锻炼学生的动画制作能力，也增强了学生学习的动力和兴趣。

3.2同一协议的扩展

由于许多协议的应用场合不同，其处理过程也不同。以ARP协议为例，在同一局域网中的处理过程在第2节作了详细介绍，但如果应用到如图5的网络拓扑结构中去，其处理过程又会发生变化，这样就需要制作不同的动画来配合教学。

图5网络拓扑结构

4结语

网络协议的教学是计算机网络及其相关课程教学中的重点和难点，基于动画演示的网络协议教学和资源建设在我校还在持续进行中。就实际的教学情况来看，学生的学习兴趣明显提高，效果显著。

参考文献：

[1] 中国互联网络信息中心. 中国互联网络发展状况统计报告[EB/OL]. [2010-07-15].http://www.cnnic.cn/research/bgxz/ tjbg/201007/t20100715_18393.html.

[2] 吴功宜. 计算机网络[M]. 北京:清华大学出版社,2007:6-7.

[3] 赵小明. 计算机网络实验教程[M]. 北京:科学出版社,2006:13-14.

[4] Douglas E. Comer. 用TCP/IP进行网际互联(第一卷)[M]. 北京:电子工业出版社,2003:53-54.

[5] 曾华燊. 现代网络通信技术[M]. 成都:西南交通大学出版社,2004:482-483.

[6] 潘文婵,章韵. Wireshark在TCP/IP网络协议教学中的应用[J]. 计算机教育,2010,3(6):158-160.

Teaching Practice of Network Protocol Based on Animation

GUO Wenping1, ZHOU Yan2,3, CHEN Ying1, ZHAO Xiaoming1

(1.School of Mathematics and Information Engineering, Taizhou University, Linhai 317000, China; 2.Computer Center, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 3.Engineering College, Tibet University, Lhasa 850000, China)

Key words: network architecture; network protocol; TCP/IP; animation; ARP

(编辑：郭小明)

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

作者：郭文平,周雁,陈盈,赵小明

网络协议课程设计论文 篇2：

物联网工程新专业本科人才培养方案研讨

摘要：针对目前物联网工程新专业大范围建设实施中出现的一些问题，从卓越工程师人才培养模式、物联网工程专业课程体系设置、本科人才培养新方案等方面着手，介绍一种物联网工程专业知识体系结构，明确该专业人才培养目标，构建一套人才培养体系，分析人才培养中存在的若干问题。

关键词：物联网专业；课程体系；培养方案；实验实践设计

1 背景

无锡是国务院批准建立的物联网“感知中国”中心，同时也是国家物联网创新示范区。物联网行业是当前最热门、最具竞争力的产业，社会对该专业技术人才的需求十分旺盛。物联网专业培养的学生知识面广、基础扎实、适应性强，具有广阔的就业前景和良好的发展潜力。

在与物联网相关的行业企业中，从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器以及信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等发展强劲。

物联网产业的发展已经写进了政府工作报告中，物联网人才高校培养工作也得到国家大力支持，但是作为一个发展初见端倪的新兴产业，物联网各个环节的发展尚不成熟，人才領域划分和培养方向尚不明朗。在这样的背景下建设高校物联网及相关专业，给全国的高校带来了巨大的挑战。

江南大学作为首批获建物联网工程专业的学校，于2010年6月成立了全国第一个实体建制的物联网工程学院，成为全国建设物联网工程学院和专业的领头羊。江南大学在已有自动化和计算机国家特色与江苏省品牌专业建设成果的基础上，获得国家特色专业建设点、教育部物联网综合建设示范基地、物联网应用技术教育部工程中心等平台，将依托学校生物工程、食品工程、纺织工程等优势学科，彰显轻工特色，采用国际创新型工程教育模式，按照教育部卓越工程师教育培养计划理念，以学生能力培养为目标，培养物联网工程专业的创新、创业人才，力争把江南大学物联网工程专业建设成在全国同类行业院校中处于领先地位、特色鲜明、示范作用强的本科专业，成为轻工行业的高素质应用型人才的培养基地。

2 国内外高校相关专业情况

物联网专业作为一个全新学科，受到教育部和各高校的高度重视。截至2010年3月，全国已有700多所高等院系向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请，2010年底包括江南大学在内的34所高校首次获批建设物联网工程专业，2011年更有包括高职大专在内的多所学校开始建立物联网工程专业。

江南大学物联网工程学院是国内建立的第一个实体学院，其物联网工程专业现为国家特色专业建设点，无锡市重点扶持专业。经过两年多的发展，该专业建设思路逐渐清晰，课程体系和实验规划已具雏形，并为众多兄弟院校提供示范。

以物联网为代表的新一代信息产业发展迅猛，无锡领全国之先，最早开始发展物联网信息产业。随着物联网学院的不断壮大，学院改变了原有多学科多专业的划分模式，新成立了自动化系、计算机科学与技术系、信息技术系和传感技术系4个系（见图1），在巩固物联网特色的基础上创新优势，完善了学院内部构架，实现了行政与学术的交融。

目前，物联网相关项目从国家到地方的投入都很大，并配有工信部、发改委等物联网专项，极大推动了政产学研紧密结合，产业化得到大力发展。同时，物联网技术发展很快，涉及多种网络技术，不同网络各有特点，适用于不同的应用环境。所以，教学大纲要求学生掌握多种基础网络技术（3G、GPRS/蓝牙、WIFI、ZIGBEE、专用网络等）和网络问路由与数据处理、无线有线网关设计等新技术，在人才培养上也加大了传感器应用、多网络融合以及云计算方面的培养力度。

3 人才培养模式与课程体系设置

按照国际创新型工程教育模式，学院改革现有专业培养方案，并注重工程实践能力的培养，加强学生创新、创业能力的培养。学生培养具有如下特色：有较扎实的通信、控制和计算机（Communication+Control+Computer，3C）专业基础知识和基本技能；具有独立分析、设计物联网系统的工程能力；独立开展物联网相关项目的设计和研发能力；应用性强，直接面向工程，为国家和地方输送专业人才。

本专业培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高级工程技术人才，培养的学生德智体全面发展，知识结构合理，具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能，具有一定的人文社科、经济管理等方面的综合素质，具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力。

学生在四年的学习中，一二年级打好扎实的基础，三年级结合所学专业课接触专业应用背景，进入创新基地开展小型课题研发，四年级跟随专业导师构思综合课题，并结合毕业设计开展创新性应用课题研发。物联网专业教学大纲分为6个模块：

1）通识教育课程。

根据学校的统一部署，思想政治理论课根据中宣部、教育部文件精神进行安排；大学英语实行分级教学，共分四级；数学物理类课程按照机电类专业要求开设高等数学Ⅰ、线性代数Ⅰ、概率论与数理统计Ⅰ、复变函数与积分变换、大学物理Ⅰ和大学物理实验。

2）学科平台课程。

开设了机电类基础课程工程制图1、程序设计基础C；根据建立物联网学院相近专业公用大平台原则，由电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实验、微机原理及接口技术、信号与系统、软件技术基础和物联网技术导论几门课程组成全院大平台课程。同时，结合相近的传感网、通信工程和电子信息工程等专业的共性要求，开设了数字信号处理和传感器技术。

3）专业核心课程。

突出体现了物联网专业重点要求的感知层、网络层和应用层3个层次的核心课程，包括传感层的嵌入式系统、无线射频识别技术与应用、检测技术与智能系统、网络层的传感器网络原理及应用、通信原理、控制技术及应用、应用层相关的算法设计以及计算机组成原理等课程。

4）专业选修课程。

在专业核心课程的基础上，确定了几个模块的选修课，要求选修合计不少于28学分，即448学时，整个物联网课程架构以及组织体系见图2。

对于本专业应该了解的计算机技术、通信原理、信号与系统、控制技术和学科前沿进展专题，作为必选课供学生选修，为学生打下较扎实的理论基础，共12学分。

第六学期的计算机网络、面向对象程序设计、移动通信技术和现代物流技术课程组成第一个任选模块，突出物联网专业在网络层的知识的加强，进一步开展网络协议、定位技术和机器学习等知识的教学；第七学期上半学期的物联网体系与标准、物联网中间件技术、M2M技术概论和物品信息制作与识别技术等课程组成第二个任选模块，突出物联网专业在感知层知识的加强，要求任选不少于6学分；第七学期下半学期的工程数据库设计与应用、信息系统集成技术与应用、多网融合系统设计与应用、物联网系统分析与设计等课程为校企共建课程，重点在物联网专业的工程应用方面展开，培养了学生的工程实践能力，要求任选不少于4学分。

5）集中性实践环节。

主要由4部分组成，对于所有IT类学生必备的金工实习、电子工艺实习、电子设计CAD和电子技术课程设计构成第1部分；培养物联网专业学生专业实践能力的算法分析课程设计、软件编程课程设计、嵌入式系统课程设计和物联网应用课程设计构成第2部分；培养学生工程实践能力的企业认知实习、物联网项目工程设计和多网融合系统设计与应用构成第3部分，这一部分与企业共建；培养本科学生综合实践能力的毕业实习和毕业设计构成第4部分，这一部分为校企共建。

6）素质教育课程。

按照江南大学本科生素质学分管理办法等有关规定，开设军事理论、军训、形势与政策、社会实践等素质教育课程，共计13学分。本专业的培养方案本着“卓越工程师”目标设置，重点突出工程应用背景。在方案设置中，我们引入CDIO理念，以工程教育背景设置教学计划。在第6学期的13-21周，学生将被安排在企业培养，进行物联网项目工程设计，工程设计的进行方式将参考CDIO模式进行。在第7学期，继续加强学生理论与实践的结合能力的培养，课程的设置专门引入了校企共建课程共4个学分的选修课程，且开设了多网融合系统设计与应用实践环节，用于提升学生的工程实践能力。第8学期所有的教学培养将在企业进行，即教学计划学期为2.5（基础学习）+0.5（企业实习）+0.5（专业学习）+0.5（校企项目研发），累计有1学年的培养由校企共同完成，最终实现教育部重点推出的“卓越工程师”计划。

4 物联网工程专业本科人才培养新方案的特色

物联网工程专业培养方案以模块化的方式组织，突出了工科本科学生在通识教育和素质教育方面应掌握的知识；学科平台和专业核心课程构成了物联网专业学生最核心基础知识的培养；专业选修和集中性实践环节则突出了物联网专业的应用性能力要求。

结合国际先进教学理念和卓越工程师教学培养精神，引入CDIO理念，在培养方案中突出了工程培养理念。第6学期16-21周的培养在企业进行，由校企联合培养，以企业的实际工程背景进行针对性的物联网项目工程设计；同时，在第7学期所开设的第3个任选模块是校企联合培养方式，根据工程实际安排教学课程内容，由企业副高以上职称的企业老师和高校教师联合授课，形成“理论学习+专业学习+CDIO实践+企业实践”培养模式，打通理论与实践教学培养通道。

4.1 专业特色课程设置

1）无线传感器网络技术。

该课程围绕传感器技术原理、数据调制和通信原理、IEEE802.15.4通信协议标准、网络结构和拓扑控制、微功耗节点和网关、时钟同步技术、无线定位技术和算法、网络协议分析、中间件和数据库技术、路由算法和加密安全等技术展开。

2）短距离通信与嵌入式网络。

该课程是物联网的基础，应该包括电磁波理论、无线通信加密理论、短距离无线通信标准、通信质量分析、MAC算法设计、数字调制和解调、嵌入式操作系统、简单网络协议栈结构、网络中继和转发等。

3）无线射频识别技术。

该课程包括高频电路、数据通信基础、频谱资源和管理、协议标准体系、防碰撞技术、标签和读卡器设计、数据库和WebService等技术。

4）物联网系统集成技术。

该课程结合应用背景，从物联网工程角度出发，按照感知、传输和应用3大层次展开物联网系统集成技术的讲述。课程内容包括：硬件系统集成、软件系统集成、软件工程设计方法、接口技术、总线技术、系统优化等技术。

4.2 专业特色实践

针对物联网专业面向应用的特点，其实验和实践一般可以按照认知实验、验证实验和综合实践逐级深化规模、不断复杂，最终设计和实现一个有创意的智能系统。

1）应用认知实验。

该实验结合各种物联网典型应用，按照物联网体系架构组织可视化强的特点进行实验。学生从中体验物联网概念和技术，激发学习兴趣。

2）专业实验。

该实验体系分为无线传感网（WSN）实验、无线射频识别（RFID）实验、嵌人式和短距离通信网络实验等。

3）综合应用创新实验。

学生可以根据自己的创意，进行系统设计，提出技术路线和实现手段，利用实验室多种模块组合搭建系统，实现预期功能。

5 结语

通过近两年的实践，本专业注重培养知识结构合理，具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术、计算机技术、控制与系统工程等基础理论，掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能，具有一定的系统集成与优化等方面的综合素质，具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力的专门人才。江南大学在大二开展学校和企业双导师，结合工程项目，依托大学生创新实践基地和物联网综合实践基地展开人才培養，效果明显。

作者：彭力　谢林柏　吴治海　闻继伟

网络协议课程设计论文 篇3：

多维计算机网络实践教学系统的构建

摘 要： 为提高“计算机网络”课程的教学效果和学生实践能力，将课程的实践分为验证型实验、配置型实验、设计型实验、创新性实验四个层次；分别采用网络协议分析软件、神州数码路由器和交换机、Packet Tracer 软件以及NS2等仿真软件，构建多维的计算机网络实践教学系统。此手段能够由浅入深，从简单到复杂，引导和帮助学生进行计算机网络的课程实践，并达到了提高教学效果的目标。

关键词： 计算机网络； 实践教学； 多维； 仿真软件

Construction of multi-dimensional network practice teaching system

Yan Yan

（School of Computer Sci. &Tech， Nantong University， Nantong， Jiangsu 2260019， China）

Key words： computer network； practice teaching； multi-dimension； simulation software

0 引言

“计算机网络”课程是目前国内外高等院校计算机专业及相关IT专业本科生和研究生必修课程，是计算机专业课程的核心课程之一。该课程具有学科交叉、理论知识抽象和实践性强等特点，历来是学生比较难学的一门课程。

计算机网络有着自己非常明确的体系结构，结合ISO/OSI-RM和TCP/IP协议族， 很多教材将其分成五个层次来讲述，在每个层次上的不同的协议以及数据包的格式都是课程学习的重点和难点，如何理清并让学生熟练掌握，是计算机网络教学历来探讨和研究的问题[1，2]。笔者建议通过多维的计算机网络实践教学系统的构建，通过验证型、配置型、设计型和创新型实验的多维手段，让学生加强对理论知识的理解，强化理论联系实际的能力，提高网络配置动手能力，最终能够实现网络的规划和设计，达到创新的目的。

1 计算机网络实践系统的划分

实践是检验真理的惟一标准，同时，实践对于学生来说，是巩固理论基础，获得真知的主要过程。本系统将实践过程划分为四个模块，如图1所示，这四个模块既可各自独立，又相辅相成。

[验证型实验

采用协议分析软件对计算机网络各个层次的协议进行分析和验证][配置型实验

采用神州数码公司的交换机和路由器实现对交换机和路由器的基本配置][设计型实验

采用Packet Tracer模拟软件实现网络构建和配置

][创新型实验

采用NS2模拟软件模拟已有协议的实现或对协议改进验证]

图1 实践系统结构图

1.1 验证型实验

验证型实验是一种最为基础的实验手段，针对计算机网络课程内容的特点，在大多数教材中采用的是结合开放系统互连参考模型的七层结构和TCP/IP协议体系族的四层结构，将计算机网络划分为五层，分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层和应用层。目前我们采用的是西普数据的网络协议分析软件，该软件有两大主要部件，网络协议编辑软件和网络协议分析软件。

网络协议编辑软件的主要功能是数据包的生成和发送。它有四大功能区：数据包列表区、数据包编辑区、协议层结构和十六进制显示区。在数据包列表区可以通过选择各种协议的模板，建立各种类型的数据包，同时也可以在数据包编辑区来根据自己的需求重新编辑数据包的各个字段来产生新的数据包；协议层结构以图形的形式显示所编辑数据包的分层信息；十六进制显示区能按照用户的操作实时刷新显示用户编辑数据包的十六进制数值。

网络协议分析软件主要功能是数据包的捕获和分析。主要包含两大功能模块：协议视图和交互序列图。协议视图能够查看捕获到的数据包，并查看协议数据包的详细结构和协议交互内容；交互序列图可以清晰地查看捕获到的协议的一次完整的会话过程，并且有tcp标志位、数据报传输方向的图示。协议视图主要按时序排列接收到的数据包，并详细显示数据包的结构和16进制数值。

西普的网络协议分析软件可以进行各个层次的协议数据包的编辑、发送、捕获和分析。按照五层体系结构，基本的协议有：链路层的以太网MAC帧的802.3协议；网络层IP协议，ARP协议，ICMP和IGMP；传输层的UDP和TCP；应用层的TELNET，SMTP，POP，FTP，HTTP等。除此以外，还可以进行一些复杂的验证实验，如ARP地址欺骗，路由RIP协议和OSPF协议等等。通过这些验证型实验，学生可以加深对基础知识的理解，同时也是对所学知识的巩固，化理论知识为感性认识，促进学生进一步的学习。

通过验证型实验，理解计算机网络各个层次的协议的工作原理，各个层次的数据包的发送和接收时各个字段的设置和变化。比如最重要的IP协议，通过设置IP数据包中几个重要的字段，如源IP地址、目的IP地址，总长度、标志、标示、片偏移等，观察它们在发送前，发送过程中以及接收时的变化，学生还可以自己手算检验和字段。再比如TCP的三次握手协议，利用该软件，学生可以清晰地了解在TCP建立连接的三次握手过程中，SYN、ACK、序号和确认号字段等的设置：三次报文的重要区别在于标识位的不同，第一个报文，SYN位置1；第二个报文是对第一个报文的确认，SYN位置1，ACK位置1；第三个报文是确认报文，ACK位置1。

1.2 配置型实验

配置型实验的目的是让学生能够熟练掌握交换机和路由器的基本配置，掌握网络管理的基本功能。目前学院已经建立了计算机网络实验室，购置了神州数码公司的12组设备，每组设备由2台二层交换机，2台三层交换机，4台路由器和1台防火墙设备组成。在实体设备上完成设备的连线和初始化，以及配置等相关实验，可以提高学生的实际动手能力，近距离地观察设备，认识设备，从而熟悉设备。这对于网络工程专业的毕业生来说，能够使他们以极快的速度适应工作，操作设备。

配置型实验的内容也是比较丰富的，重点在于对交换机和路由器的配置。对交换机的实验，如交换机的类型，端口，速度等；交换机的恢复出厂配置；单交换机VLAN的划分；跨交换机VLAN的划分等等。路由实验包含路由器的基本配置；静态路由；RIP路由协议，OSPF路由协议等等。通过配置型实验的学习，学生能够加深对教材中重点章节数据链路层和网络层基本概念的理解，由理论转为实践，对相应层次的实现设备交换机和路由器有了感性的认识，从而提高了学生了实际动手能力，为以后的工作积累经验。

1.3 设计型实验

设计型实验的目的是利用所学知识，来解决一些综合性的问题。解决综合性问题是学习一门课程的最重要的目的，同时也是检验学生是否真正地消化和吸收知识的方法和手段。对所学知识彻底理解，融会贯通，才有能力去进行设计型实验。计算机网络课程的设计型实验，就是检验学生对计算机网络各个层次协议的理解。

在通过对前面的验证型实验和配置型实验的学习，学生将综合运用所学知识，进行设计型实验。当然，由于实验环境的限制，在有限的实验学时内每个学生都能亲自动手利用现有的实际设备进行操作显然是不太可能的，所以我们在这个环节考虑使用思科的模拟软件Packet Tracer来完成。

Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，用户可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。可以学习网络的配置、锻炼故障排查能力。Packet Tracer提供了强大的网络模拟设备，有：路由器、交换机、集线器、无线设备、线缆、服务器、仿真局域网以及各种网络终端设备等。在网络模拟时，用户可以在网络设备选项中选取所需要的网络设备，根据网络拓扑图构建网络。在对网络设备进行配置时，只需要单击网络设备，然后选择进入命令行，并输入思科网络配置命令，就可以实现网络设备的命令配置。在网络拓扑图构建完成以及配置命令输入完成后，我们可以利用网络终端设备进行验证，检查网络构建及命令配置是否正确。

利用模拟器，学生可以设计建立简单的局域网或广域网，如校园网或公司网络，能够综合运用计算机网络各个层次的基本知识，包括物理层下的线缆的选择；物理层的接口选择；数据链路层的交换机的选择和配置，VLAN的划分；网络层的IP地址的分配以及路由器的选择和配置，路由协议的配置以及访问控制等；应用层的各种应用协议的应用，如HTTP，FTP，邮件协议，DNS等。

1.4 创新型实验

创新型实践是指能够激发和培养学生创新能力的实践活动。培养具有创新精神和实践能力的有较高综合素质的人才是当代教育的目标，也是学校教学的出发点和归宿[3]。现在的中国教育从学前教育开始就要求进行素质教育，这也是为培养创新型的人才奠定基础。一味地模仿已不再适应这个社会的要求，只有创新，才能够出成绩，出成果。所以在此实验环节，我们考虑使用目前主流和成熟的网络模拟软件之一——NS（Network Simulator）。

NS是由UC Berkeley大学开发的，其开源、免费和易于扩展的特性使得全世界的研究者不断对其完善，成为了一个涉及网络各个方面的优秀的网络模拟软件[4]。研究者大都采用NS作为网络仿真的手段模拟实验结果，发表学术论文，受到了业界的普遍认可。此外，很多大学也将NS作为一种辅助教学的工具，广泛地应用到网络技术课程的相关教学中。利用NS可以实现网络协议的开发和完善，并对其进行验证和性能测试。这些在实体硬件系统中很难实现。

NS可以完成的实验是非常多的[5]，如对UDP数据流端到端的延迟、抖动率、封包遗失率、吞吐量进行测量与分析；对以TCP为传输协议的应用程序的吞吐量进行测量；学习采用距离向量算法的动态路由；学习TCP的拥塞控制机制并了解TCP不同版本；无线网络的传输和效果分析等。可以看出，这些实验基本上是对网络所学知识的测量和分析，或自己搭建网络平台，设计网络协议。

2 计算机网络实践教学体系的实施

2.1 课堂演示

计算机网络的课堂教学相对于其他课程而言是稍显枯燥的，各个层次的协议和工作原理仅靠讲授或者即使用PPT动画演示，也不能到达很好的教学效果。这时，教师可以使用相应的课堂演示的实践方法来进行教学，既能在课堂上教授实验软件和仿真软件的使用，又能够让学生在实验的动态变化过程中理解原理和概念，可谓一举两得。

2.2 实验课

实验课是让学生亲自动手，通过实验来理解和验证所学知识，它是课堂教学最强有力的补充。实验课一般安排总学时的三分之一或四分之一左右。对于计算机网络的实验课，可以安排前面介绍的验证型实验和配置型实验。

2.3 课程设计

课程设计是实践教学环节中重要的一环，是将计算机网络中所学的知识全面地融会贯通起来，也是检验学生对计算机网络课程理论知识掌握程度的一种手段。一般来说，课程设计安排一周左右的时间，来进行设计型实验。其实践教学目的是让学生全面掌握计算机网络分析和设计的基本方法。通过分析具体需求，进行任务设计，确定方案，画出网络拓扑结构图，并能进行相关的配置。

2.4 科研活动

科研活动是学生创新与实践的一种途径。主要针对学有余力或对计算机网络课程非常感兴趣的学生，通过让他们参加一些不同形式的科研活动，来提高他们的动手能力和科研能力，同时也能为积极考研做好准备。参与科研活动的形式非常多，如参加教师的科研项目，参加社会实践，辅助参与校园网络的建设与维护，或者是参加一些与计算机网络相关的科技竞赛项目等等。在科研活动中，主要实践的是设计型实验和创新性实验，也适用于一部分的配置型实验。

2.5 毕业设计

到了毕业设计阶段，对于计算机网络的专业的学生来说，他们已经学完了网络通信技术，网络安全，无线网络等一系列的计算机网络课程，进行创新型实验的空间进一步得到了扩大。我们安排学生毕业设计的时间是16周，在这段时间中，学生可以选择到自己感兴趣的网络方面的课题，在老师的指导下完成毕业设计。毕业设计是对大学所学专业的综合运用，是提升自己专业能力最强有力的实践活动。

3 结束语

计算机网络的实践教学是学习计算机网络课程的重要组成部分，我们根据教学的需求以及对各种计算机相关专业学生培养的需求，建立了计算机网络实践教学的多维系统，将计算机网络实践分为验证型、配置型、设计型和创新型四种，这四种网络实践既相互独立，又相辅相成，适用于不同专业，不同需求的学生。经过对本院学生的实践教学，取得了一定的教学效果。

计算机网络的实践教学的研究是一个长期而且需要不断改进的过程，必须与时俱进，充分利用新的技术和新的手段，从而培养出具有超强实践能力和创新能力的学生。

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作者：严燕