计算机网络工程实验优化探索

摘 要：实验教学是计算机专业教学活动中的一个重要环节,现如今实验教学环节中存在着实验设备滞后、实验内容单一、学生实验积极性没有充分调动等众多问题。从以上三方面展开《计算机网络工程》课程的实验教学研究,提出将网络仿真工具应用于计算机网络实验教学、 强调学生在实验中的主体作用、将实验项目模块化、搭建虚拟网络实验平台等多种优化策略。实践证明这些优化方案在网路工程实验环节中取得了良好效果。

关键词：计算机网络；教学改革；网络仿真;实验教学

Experiment Optimization of Computer Network Project

WANG Yanli1,2,YIN Guofu1

(1.Weinan Teachers University,Weinan,714000,China；

2.College of Communication and Information Engineering,Xi′an University of Science and Technology,Xi′an,710054,China)

Abstract：Experiment is the main part of computer teaching.There is a lag of equipment in teaching experiment,the content of experiment is not various,the passion of the students′ studying experiment do not fully stimulate,and there are some other issues.The teaching and research of the course in "Computer Network Project" are discussed based on the above three aspects.The Network simulation tools are used in experiment of computer network teaching,the principal part of students in experiment is concerned,experimental projects will be modular,Virtual experimental network platform will be built and there are other kinds of good strategy.these optimized schemes in the experimental networkareas have been proved by practice to be effective.

Keywords：computer network;teaching reform;network emulation;experiment teaching

オ

建立一个合适的计算机网络实验教学平台,培养学生计算机网络技术创新和工程实践能力,是《计算机网络工程》课程实验教学改革的主要目标。针对当前许多单位计算机网络实验室设备不齐全、学生实验动手能力差和理论功底不扎实的特点,必须对现有的计算机网络工程实验体系,从实验环境的建立、实验教学方法、实验教学内容等多方面进行教学改革。

1 将网络仿真工具应用于计算机网络实验教学

为学生提供方便的、与课程及当前应用相对应的、真实的网络实验环境,让学生亲自搭建网络、动手调试、配置网络,从而使学生能够直观、全方位地了解各种网络设备和应用环境,真正加深对网络原理、协议、标准的认识,提高学生的网络技能和实战能力,培养学生的独立科研和动手能力。网络实验室网络拓扑结构如图1所示。

然而在实际网络工程中往往包含上百个路由器等网络设备,通常网络实验室是不可能达到要求的。

而网络仿真环境可在低成本条件下对计算机网络环境参数及模块随意配置,提供可重复、易控制的实验环境。NS2是一个离散事件仿真器,对有线和无线网络都有很好的支持,可以使用NS2模拟器来构建网络环境。计算机网络原理涉及到很多协议和算法,这些内容在传统的实验环境下很难模拟或成本太高。NS2是一种免费的仿真软件,可实现各种类型网络的仿真,构建一个计算机网络仿真平台,不仅可以演示底层协议的工作原理,而且节约实验成本,效果很好。在仿真环境下实现对计算机网络一些难懂且十分抽象的概念和协议的模拟,如TCP协议慢启动等,使学生加深对抽象网络协议的理解,分析网络的性能。

2 学生主体作用的激励

改革实验教学方法,规范管理,提高教学水平,就是要注重“学生是教育主体”的作用。通过对学生的引导、帮助和促进,充分调动他们获取知识的积极性和主动性,增强能力,提高素质。在很多实验环节中都存在着一种现象,即：学生做完一个实验甚至是做了一个学期实验后,竟然不知道他们所做的实验作用是什么、为什么要做这些实验。究其原因,一是学生进入实验室后缺乏主动探索性；其二是实验内容的安排条理不连贯。根据多年实验教学观察,本文提出在计算机网络实验中应用“需求驱动”模式。分解为两个层次：其一是社会需求,其二是学生主体需求。

通过校企合作,建立计算机网络实践基地与国内一流公司合作,引进技术和设备支持,建立较先进的计算机网络实验教学基地。根据社会对计算机网络工程技术的需求,有针对性地展开实验、培训,从而使计算机网络实验室所开设的实验项目都能够与企业、公司的技术需求实现零差距。即所谓社会需要什么,我们的实验室就提供什么,通过社会需求驱动实验项目和实验环境的发展,从而能够形成一个强有力的核心环,牢牢地吸引住学生。

计算机网络实验内容主要包括3个层次:计算机网络实验、计算机网络课程设计、组网实验。计算机网络实验是原理性实验,这部分实验内容选做1~2个典型的实验项目即可；计算机网络课程设计主要是网站设计等内容,可以安排在课后进行,或单独开课；重点是组网实验,主要是网络操作系统和交换机、路由器等网络设备的配置,这部分实验内容多,需要优化网络实验内容,精心设计网络设备配置的实验项目。而且需要设计一些综合、设计性实验项目,可以培养学生的网络设计能力。通过改革实验项目的内容和相互之间的顺序,形成一个由浅入深、循序渐进、前后连贯的螺旋形模式,学生可以根据自己的需要和兴趣特长进行适当的模块选择,从而可以达到自身主体需求的驱动效益。

3 实验项目模块化与虚拟网络实验平台共建

3.1 提高型实验室

网络实验室除了提供基本的网络实验项目之外,还应加上一些提高性实验内容。提高型实验主要是基于真实操作系统和虚拟操作系统的网络管理、Internet接入和使用实验。实验操作系统要完全开放,实验硬件配置及性能如下：实验硬件：台式机24台,华为、思科路由器8台,华为、思科两层、三层交换机8台,实验教学辅助设备有投影机、投影幕、实验投影仪、功放音箱。

实验模块:实验模块操作系统、Internet接入和使用实验性质验证型、综合型。

3.2 创新型实验室

我们按照教育部倡导的培养创新型人才的需要,给一些很有兴趣的学生加开创新型实验教学内容。集中体现多种技术共存,网络设计层次化和多种路由技术、上层应用拓展三大实验特点。例如,可以在上层应用中开展IP语音电话、无线接入技术、基于校园网的QoS和远程教学与视频会议、交换机和路由器的各种配置、网络安全技术、网络管理与维护、网络软件应用开发、网络数据库软件开发等。现将实验硬件配置和性能介绍如下：

实验硬件：CISCO三层交换机1台、光纤交换机1台、接入交换机5台、光纤跳线2个、有防火墙1台、安全多业务路由器6台、核心路由器1台、ADSL接口卡2个、二口专线卡3个、一口专线卡6个、数模处理器6个、无线发射器2台,模拟电话6部,MODEM 6个、IBM服务器2台、联想电脑36台、小型机柜台、大型机柜子台。另有投影机、投影幕一套。

实验模块：网络工程、网络安全技术、网络管理与维护。

实验性质：设计型、创新型。

3.3 虚拟网络实验平台

计算机网络工程实验不同于其他科目实验,它存在着很多庞杂的体系结构,对于实验环境要求比较高。特别是由于受资金、技术等各个方面因素的影响,我们教学设备的硬件建设相对欠缺和滞后,大部分实验室都只是简单“PC”的组合。因此,学生做网络实验的条件和机会有限,即使是在网络实验室里很多实验内容也都由于对网络安全可能存在冲击因素而被加以限制。同时,还有很多学生进入实验室后,对实验环境非常陌生,经常是把大量时间在这里浪费掉,致使实验室使用效率大打折扣。因此,为了培养出合格的计算机网络工程专业学生,我们在教学改革研究中必须解决以下问题：

(1) 通过可扩展性方法构建虚拟网络平台,运用IE浏览器在外网或局域网上模拟实验环境和实验环节,可以使更多的学生无限次的进行实验,从而解决设备紧缺的矛盾。

(2) 从教学策路上采用两级分理机制,保障学生每次在进入实验室前,都已经熟练掌握了该实验所涉及的各种仪器和方法,从而大幅度提高网络实验室的使用效率。

通过两级网络实验环境体系的构架提高计算机网络工程实验教学的质量,使理论学习和实践紧密结合,更好地满足本科教育中创新型、实用型人才的培养要求,使得实践教学能够更加高效展开,实践教学管理更加规范化、合理化。

4 结 语

计算机网络工程从硬件、软件和通讯等方面来讲都是一个复杂的系统,学生需要综合各科课程的知识基础和实验技能,结合计算机网络的实验知识才能做好该课程实验,从而获得系统级的分析、设计、管理和应用的能力。对计算机网络实验教学内容进行优化、组合,探索计算机网络实验教学的有效方法、通过两级网络实验环境体系的构架以及学生主体作用的体现激发了学生对计算机网络工程实验的兴趣和求知欲,也培养了学生创新能力、分析问题和解决问题的能力。

参 考 文 献

［1］容治.计算机网络教学实验环境存在的问题和改革探讨［J］.科技信息(学术版),2007(21):91,158.

［2］徐雷鸣,庞博,赵耀.NS与网络模拟［M］.北京:人民邮电出版社,2003.

［3］董付国,原达.NS-2仿真技术在计算机网络实验教学中的应用与研究［J］.计算机教育,2005(10):51-53.

［4］黄坤.计算机网络实验室建设的方案与实现［J］.浙江万里学院学报,2006,19(2):56-58.

［5］袁宗福,夏素霞.网络实验室的规划与设计［J］.南京工程学院学报:自然科学版,2004,2(1):42-44.

［6］教育部.教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知［Z］.教高［2005］8号,2005.

［7］张明高.加快实验室改革与建设,创建实验新体系［J］.实验技术与管理,2003,20(6):127.

作者简介 王艳丽 女,1978年出生,西安科技大学通信与信息系统硕士,渭南师范学院教师。

阴国富 男,1980年出生,西安电子科技大学计算机理论与应用专业硕士,渭南师范学院计算机科学系讲师。