网络工程课程实验教学内容改革探讨

摘要：依据近年来从事网络工程专业的人才培养、课程知识体系建设和教学的经验，对网络工程课程中实验教学内容改革进行探讨。

关键词：网络工程课程；实验教学；改革

中图分类号：G642.423　文献标识码：A　文章编号：1671-0568(2012)41-0138-02

在学科交叉与融合的环境下，国家教育部审定并设置了网络工程专业这一全国高校本科专业。网络工程专业核心培养目标要求学生具备计算机应用能力、网络分析能力、网络规划设计能力、网络部署能力、网络编程能力和网络管理能力。

作为专业方向课之一的网络工程课程，侧重于对整个网络规划设计生命周期中若干环节中所需要的培养，对于其它课程也有前续和巩固的作用。然而，由于各学校的该课程开始时间均不长，对本课程的实验内容开设没有达成统一的认识。笔者依据近年来从事网络工程专业的人才培养、课程知识体系建设和教学的经验，对网络工程课程中实验教学内容改革进行如下探讨。

一、存在的问题

在目前的实际教学中，作者发现在该课程的实验教学内容设置上存在如下问题：过分依赖于某种设备或者实验环境，使得换了设备或环境后学生无从适从；过分强调文档的编写，有的学生为了写文档而写文档；缺乏对学生自学和兴趣的培养，学生对过时的技术学习兴趣不够大；强调实验技能本身，而忽略了理论对实践的指导作用，学生知其然不知其所以然；过分强调底层，忽略了底层之上的应用层的影响。

二、实验教学内容设计

教学内容的设计首先必须有一个好的教材，教学过程中也要尽量地尊重和依附教材。在进行大量的筛选工作和实际试用以后，我们采用了陈向阳等编著的《网络工程规划与设计》作为课程的理论配套教材。然而，实验课程却缺乏配套的教材。因此，在这种环境下，如何依据理论课教材来设计实验内容，成为了亟待解决的问题。根据教材内容，可以将实验分为两个部分，即必修部分和选修实验。

1.必修实验

(1)实验1，抓包实验。由于在规划和设计网络的过程中经常要考虑各层的功能及其协议和服务。因此通过在实际网络中实时地捕获几种常见协议数据包并进行分析，可以使学生对一些协议的工作原理及结构有了更加深刻的理解和认识。Wireshark(原名Ethereal)是目前最受欢迎的协议分析软件，利用Wireshark的捕获过滤器和显示过滤器功能，利用它可将需要的网络信息捕获到，并且将网络二进制数据流翻译文字和图表等形式，极大地方便了对网络活动的监测分析和教学实验。它也是进行网络规划和设计，甚至是网络应用软件开发中学生要掌握的基本功之一。

(2)实验2，路由器与交换机模拟器实验。模拟器，就是使用软件来营造出一种虚拟的实验环境，其中包含了实验所需要的路由器与交换机、各种连接方式，点击进入相关的设备即可进行操作。由于大多数学校的网络工程专业属于新开设的专业，很多硬件设备不一定能跟上，因此适当地采用模拟器的教学方式也是很有必要的。另外，由于很多学生需要参加CCNA、CCNP的认证考试，因此实践中采用思科网络学院Flah Lab、CIM、Boson Netsim等，除此之外，RouterSim4.0、Sybex Virtual Lab也是不错的选择。利用这些模拟器，可以让学生熟悉路由器与交换机的常用命令，VLan的划分，以及路由协议的配置等知识与技能。

(3)实验3，网络设计文档的编写。网络设计文档除了要描述客户的需求并解释如何满足这些需求外，还要包含网络的逻辑和物理设计、经费预算和其它消耗开支、如何测试实施以及在新的应用需求出现时的网络设计的演变等。这些要求在教材的第4章均有详细的介绍。引入该实验是这门课程的重点特色内容之一，也是对前面章节的一个检阅。

2.选修实验

(1)实验4，Sip软电话的安装与配置。对于VolP的技术方案来说，一般分为H323和SIP两种主要的路线。而H323的技术基本上已经过时。因此，可以考虑开设对于SIP议栈和软电话的安装和使用的实验。在实践教学中，我们采用的是Brekeke Sip服务器和X-Lite软电话的环境。教学内容也主要以学生调通电话、进行呼叫实验和抓取相关的sip协议包为主，并不对学生进行硬性考查。开设这个实验，可以让学生对网络的分层协议、抓包技术和服务器技术有很好的回顾。有兴趣的学生还可以自己研究Sip相关协议(如RFC 3261等)，自己开发软终端或者修改协议栈。同时，由于前期开设的Wireshark抓包实验，使得学生在进行软电话的安装与测试中能够充分地了解sip协议的信令处理流程。

(2)实验5，OPNET仿真平台的使用。网络建模设计的主要内容设计在骨干／核心网络管理周期中的网络规划和容量管理部分遇到的网络模型和设计优化。然而，对于普通高等学校的本科生来说，他们接触到这类网络的可能性很小，但这一部分内容在整个网络工程规划与设计课程中又是精华，不能省略。在这种情况下，采用系统仿真平台实验的方法显得尤其重要。OPNET就是一个网络仿真技术软件包，它能够准确地分析复杂网络的性能和行为，适用范围广泛，无论是现有网络的优化和扩容，还是新网络的设计都适用。对于骨干／核心网网络中的问题，例如“如果网络扩容，骨干中继链路带宽需要扩大多少?”

“如果网络上增设新的业务，对网络性能有什么影响?网络上的哪些链路或网络设备需要升级和改造?”等，都可以很好地仿真和测量相关的数据。使用OPNET，可以对基于包的通信、基于链路的通信、网络的拓扑结构、网络的性能测试等方面进行仿真。特别是学生平时很少机会接触到的无线网络进行仿真，例如无线建模的功能和所支持的移动方式有哪些，无线链路中各种各样的影响在OPNET中如何体现，应该如何修改；由于无线固有的广播传输方式带来的仿真时间急剧增加，应如何缩短仿真时间和提高仿真效率，等等。

(3)实验6，Hadoop云平台的搭建。对于第11章网格设计，由于在分布式架构中，网格的地位逐渐被云计算平台所取代，故再介绍传统的网格已无必要。而云计算平台由于其资源共享性、计算普适性等特点，已经逐渐被各大企业所采用。在最近几年的企业招聘中，关于对熟悉云计算平台和编程的人员的需求越来越大。因此，适时地增加云平台的内容，无论是对学生网络知识和技能的综合考察，还是对他们日后的就业需要等多方面来说，都是必要的。Hadoo舴为一个分布式系统基础架构，其源码是开放的，可以在实验室环境下的linux集群下配置安装，而不需要配置新的实验仪器且不涉及版权问题。因此，实验6的内容是Hadoop云平台的搭建，它可以巩固学生Linux操作技能、网络应用软件开发和计算机网络等能力。利用Hadoop平台的搭建，不仅仅可以使学生对linux下的命令，如用户管理、SSH登陆、SCP拷贝等；而且可以对网络编程技术，如MapReduce的分布式计算范式等有初步的了解；最后，增加了学生对于集群的管理和机房维护的经验。

对于教材中的某些章节，例如第5章一无线网络设计、第6章～IPv6网络规划、第9章～光纤网络规化以及第10章～存储区域设计等内容，由于学生接触的可能性小且兴趣不大，因此仅仅做简要的理论讲授而不进行实验设计就足够了。

3.实施方式

对于实验1～2，要求学生掌握这部分内容的基本技能，可以定为必做内容。实验方式是每名学生独立进行实验，完成固定内容。采用课堂检查的方式考查，分数计入平时成绩，每个实验各占10％的总分，总计30分；实验3是对教材前4章教学内容的综合性检查，采用独立完成设计报告的方式。考查方式可以考虑将其定为期中考查的内容，占总分的30％；对于实验4～6，可以根据具体的课时量灵活处理，例如可以让学生分组抽签，每小组选择两个实验进行。考查方式也是以每组为单位计入成绩，每个实验的分数占总分的20％，总计40分。

通过对网络工程课程实验内容进行改革，不仅使模拟环境与现实环境相结合，而且有利于学生兴趣的培养。另一方面，采用小组合作学习的方式，对培养学生的协作精神也有好处。