计算机网络课程群的规划与建设

摘要:本文结合作者承担的计算机网络课程群建设的实践,设置了计算机网络课程群建设的目标,对计算机科学与技术相关专业本科生的计算机网络课程群的规划和建设进行了初步的探讨。

关键词:计算机网络;课程群;课程建设

在信息技术高度发展的今天,计算机网络技术的重要性不言而喻。经过短短几十年的发展,计算机网络无论其规模扩展还是应用范围的拓展以及对人们生产、生活的影响都是巨大的,“网络就是计算机”的理念越来越被人们所接受。无论在国外还是国内,计算机网络已经形成一个专门的学科方向,有着自己的知识体系和研究内容;同时计算机网络同其他学科方向广泛交叉,产生了丰富多彩的应用,计算机网络对其他学科产生深远影响的同时,也产生了许多新的学科方向。

计算机网络技术的重要性决定了计算机网络相关课程在计算机科学与技术及相关专业本科生教育和研究生教育中的地位;同时,由于丰富的计算机网络知识不能采用简单的一门课程来覆盖,需要一个经过规划的课程群才能较为系统地使得学生掌握计算机网络相关的基础知识。

1计算机网络课程群建设的目标

计算机网络技术的知识体系总体包括计算机网络的基础理论和体系结构、计算机网络的实用技术以及计算机网络的应用技术三大部分,如图1所示。

(1) 计算机网络的基础理论和体系结构:主要包括基于分层结构的计算机网络体系结构、各层的设计要点、基础理论、关键问题和关键技术以及主流网络协议的分析与设计、计算机网络的未来发展等。

(2) 计算机网络的实用技术:主要包括计算机网络构建、使用和管理的各种实用技术。

(3) 计算机网络的应用技术:主要包括计算机网络和计算机网络技术到各个应用领域和学科的应用而产生的新的学科方向及其技术。

图1计算机网络的知识体系

由于计算机网络知识体系的庞大,尤其是计算机网络应用技术多种多样,要在计算机网络课程群中覆盖计算机网络知识体系的方方面面是不现实的,所以计算机网络课程群建设的目标就是要在知识体系的三个层次中精心挑选重要的内容,在计算机相关专业本科生教学中组织建设若干门核心课程,建设好理论知识和实践两个环节,为学生奠定一个比较坚实的计算机网络知识基础。

2计算机网络课程群的规划与建设

2.1计算机网络课程群的规划

做好计算机网络课程群的规划工作,首先需要界定计算机网络知识体系中的核心内容,确定哪些方面的知识涵盖进计算机网络课程群中去。我们对计算机网络的知识体系进行了初步的划分,要涵盖进网络课程群的重要内容包括现行主流网络的基础理论和体系结构、现行主流网络的核心协议的分析与设计、下一代网络的关键理论与技术、计算机网络规划与构建、计算机网络管理技术以及有影响力的计算机网络

的应用。

依据计算机网络课程群的建设目标以及计算机网络知识体系的主要内容,对计算机网络课程群做了如下规划,如图2所示。

图2计算机网络课程群规划

(1) 计算机网络:计算机网络课程群的基础性课程,为课程群中所有课程的先导性课程。主要讲授分层的网络体系结构及其参考模型,网络中各层的设计要点、关键问题及其解决方案,目前流行网络的网络协议的模型和原理等内容。

(2) 计算机网络实验:计算机网络课程群的实践环节之一。主要有针对性地对计算机网络课程中的理论知识提供实验和验证环节,以及网络各层中核心协议的分析和原理性实现。

(3) 计算机网络课程设计:计算机网络课程群的另一个实践环节。同样为计算机网络课程中的理论知识提供实验和验证环节,与计算机网络实验不同的是,所选取的实验是一些粒度更大、综合性更强的实验,需要学生利用软件工程的方法和程序设计语言的编程技巧,并具备计算机网络的理论知识背景,才能出色地完成实验内容。部分实验内容需要学生具备网络编程的知识。

(4)TCP/IP协议分析:TCP/IP参考模型是事实上的工业标准,为Internet所采用的协议族,本课程为计算机网络课程的进一步延伸,分析Internet中广泛使用的主要协议。主要包括Internet的设计原理、编址和路由选择技术、基于TCP的编程技术和一些应用,如:域名系统、文件传输、远程登录、电子邮件和万维网等应用。

(5) 下一代互联网:针对现有Internet存在的问题(主要是IPv4存在的问题),现有Internet会最终缓慢过渡到下一代Internet(IPv6),本课程为计算机网络课程的进一步延伸,主要包括IPv6的寻址结构、扩展头、身份验证和安全性、对任意点播和组播的支持以及对相关协议的影响,以及IPv4向IPv6过渡的策略和应用。

(6) 网络规划:计算机网络课程群中计算机网络的实用技术之一。本课程从系统方法学和网络工程的角度探讨网络分析、规划和设计方面的问题,系统地介绍网络规划及逻辑设计流程中每个阶段的设计任务、内容、原则、方法、实践指导等。主要包括、网络互连技术概述、网络规划与设计的相关工具、需求分析、流分析、技术选择、网络拓扑设计、网络编址和网络命名、路由设计、网络性能保障设计、网络管理设计、网络安全设计、案例分析等。

(7) 计算机网络管理:计算机网络课程群中计算机网络的实用技术之一。随着计算机网络的发展和普及,计算机网络日益复杂化,计算机网络管理技术变得越来越重要。网络管理就是为保证计算机网络的稳定、高效运行而对网络设备所采取的方法、技术和措施。在本课程中主要包括计算机网络管理的体系结构、计算机网络管理的核心协议(主要是SNMP协议)、常用的计算机网络管理工具以及简单计算机网络管理系统的设计方法和实现机制等实践环节。

(8) 计算机网络的应用课程:计算机网络的广泛应用产生了许多新兴的应用学科方向,计算机网络的应用课程为一系列课程,如电子商务、分布式计算和分布式系统、网格计算、Web服务等课程,在教学中可以自由开设。

2.2计算机网络课程群的建设与实践

经过我校计算机学院网络课程组全体教师若干年的努力,为我校计算机科学与技术相关专业本科生开设的计算机网络课程群已经初具规模、成效显著。

我校计算机网络课程群已经开设“计算机网络课程”(基础学位课,必修)、“计算机网络实验”(基础学位课,必修)、“计算机课程设计”(基础学位课,必修)、“TCP/IP协议分析”(专业方向限选课)、“下一代互联网”(专业方向限选课)、“网络规划”(专业方向限选课)、“计算机网络管理”(专业方向限选课)等核心课程,并在计算机网络的应用课程中开设了“电子商务”(专业方向任选课)和“网格计算课程”(专业方向任选课),并计划开设“分布式计算与分布式系统”课程(专业方向任选课)和“Web服务”课程(专业方向任选课)。在每一门课程(实践课程除外)中,理论性知识讲解的同时,鼓励增加实践环节。这些课程基本上满足了计算机科学与技术相关专业人才培养对计算机网络知识的需要。

(1) “计算机网络”、“计算机网络实验”、“计算机网络课程设计”、“TCP/IP协议分析”以及“下一代互联网”等课程为学生奠定了一个坚实的计算机网络的知识基础,该层次的课程既包括计算机网络的基本理论和体系结构的理论知识和实践环节,又介绍现在Internet的主流协议族――TCP/IP协议族的进一步剖析,并介绍了未来Internet的发展和主流技术――IPv6。

(2) “网络规划”和“计算机网络管理”课程为学生提供了实用性的计算机网络知识,为学生将来从事网络管理和网络建设等方面的工作提供直接的技术基础。

(3) “电子商务”、“网格计算”等新兴计算机网络应用课程在进一步巩固学生计算机网络知识的同时,为学生开阔了眼界,提供了接触新兴学科前沿的机会,锻炼了学生的创新性思维和创新性能力。

教材建设作为教师开展教学实践的关键和课程群建设的成果体现形式,在课程群的建设过程中一贯得到了重视。

(1) 注重引进相关课程的优秀教材[1-7],如在“计算机网络”课程中中引进了世界经典教材――Andrew S. Tanenbaum著的《计算机网络 第四版》,这些经典教材使得相关课程的建设与国内外优秀大学的课程教学站在了同一起点上。

(2) 重视针对一些缺乏精品教材的课程开展了自编教材的工作,鼓励相关课程的任课教师在自身的教学经验和科研实践的基础上,结合已有教材的成果,编写具有鲜明特色的教材。

“计算机网络实验”采用自编的内部指导教材。

“计算机网络”课程设计的指导教材已于2009年6月在清华大学出版社出版发行,并从2007级学生开始在计算机网络课程设计实践环节启用新编的教材。

“TCP/IP协议分析”及应用教材于2007年2月由机械工业出版社出版发行,已在“TCP/IP协议分析”课程中采用,该教材荣获2008年北京市精品教材。

“计算机网络管理”的教材已经与清华大学出版社签订了出版合同,现在已完成初稿编写工作,计划2009年10月份完成校稿,2010年2月前由清华大学出版社出版发行,并在2009～2010学年第2学期的“计算机网络管理”课程中采用。

此外计划编写的计算机网络课程群中相关课程的教材还有:“网格计算”课程教材和“网络规划”课程教材。

此外,在计算机网络课程群的建设过程中,我们还重视对教学实践的总结和升华,积极开展教学研究工作,并取得了一定的教学研究成果[8-9]。

3结论

本文结合作者承担的计算机网络课程群建设的实践,对计算机科学与技术相关专业本科生的计算机网络课程群的目标和规划进行了初步的探讨,把计算机网络的知识体系分为计算机网络的基础理论与体系结构、计算机网络的实用技术和计算机网络的应用技术三个层次,并结合作者所在学校的计算机网络课程群的建设实践,对三个知识层次中所包含的课程进行了介绍,给出了一个课程群的初步的轮廓,希望能够对高等院校计算机相关专业的计算机网络课程群的建设能够有所帮助。

参考文献:

[1]Andrew S. Tanenbaum. 计算机网络[M]. 4版. 北京:清华大学出版社,2004.

[2] 周明天,汪文勇. TCP/IP 网络原理与技术[M]. 北京:清华大学出版社,1993.

[3] 谢希仁. 计算机网络[M]. 3版. 大连:大连理工大学出版社,2000.

[4] 杨云江. 计算机网络管理技术[M]. 北京:清华大学出版社,2005.

[5] 杨家海. 网络管理原理与实现技术[M]. 北京:清华大学出版社,2000.

[6] 李明江. SNMP简单网络管理协议[M]. 北京:电子工业出版社,2008.

[7]Ian Foster, Carl Kesselman. 网格计算[M]. 北京:清华大学出版社,2005.

[8] 王勇,杨建红,任兴田. 计算机网络课程设计的任务编制与实践[J]. 计算机教育,2008(22):94-95.

[9] 王勇,姜正涛,杨建红,等.“计算机网络管理”课程的目标导向型教学实践[J]. 计算机教育,2008(14):68-70.

Planning and Construction of Computer Network Courses

WANG Yong, REN Xing-tian, YANG Jian-hong, FANG Juan

(College of Computer Science & Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract: With the practices of computer network courses construction, the goals of computer network courses are established. Based on these goals, planning and construction of computer network courses about undergraduates of computer science and technology are discussed.

Key words: computer network; courses; course construction