如何用“主线法”讲授计算机网络课程

摘要：在多年教学实践的基础上提出针对计算机网络课程的“主线法”教学方法，将众多分散知识点通过一条主线串连起来，使之条理清晰、易于理解，同时提出一些主要知识点的具体授课思路。

关键词：主线法；数据传输；计算机网络

计算机网络课程是计算机专业主干课程，这门课程是理论性比较强的一门课程，并且难度比较大，老师不容易讲授，学生也不容易理解。笔者根据多年的讲授计算机网络课程的经验，总结出了“主线法”的教学方法。主线就是我们围绕着数据的传输来讲，使课程内容形成完整框架，更有条理，更容易理解。在介绍“主线法”的过程中也对各关键知识点的授课思路进行了比较具体的介绍。

一、计算机网络课程的主要内容

计算机网络课程的主要内容有：物理层、数据链路层、局域网、网络互联、运输层、应用层。

上述的每一部分展开后都有很多内容，学生在学习过程中普遍感到知识点多，理解困难，并且知识点比较分散，知识点之间在表面上没有什么联系。要系统、深入地掌握计算机网络的基础知识就比较困难。需要老师在讲课的时候用一定的方法使同学们容易理解、容易掌握计算机网络课程的方方面面。

二、主线教学法概述

主线教学法中的主线指的是在计算机网络中，每部分都是以数据传输为中心。在每一个层次上的内部，是在进行数据的传输，水平方向的同一个层次上，是在进行数据的传输，垂直方向上相邻的层次，也在进行数据的传输。

在教学过程中，为了使学生们对计算机网络有一个清晰的认识，我们要遵循一定的原则来授课。对计算机网络不熟悉的学生来讲，计算机网络就是使用，就是上网，对其中的原理没有什么了解。授课时老师不管讲到哪部分内容，都可以提到数据的传输或者是围绕着数据的传输来讲解。

三、计算机网络课程中的“主线法”教学方法分析

1、物理层

物理层的功能就是为在物理媒体上建立、维持和终止传输数据比特流的物理连接提供机械、电气、功能和过程的手段。在讲解这部分内容的时候，就给同学们介绍发送端信源的作用是把各种可能信息转换成原始电信号，为了使这个电信号适合在信道上传输，就要通过变换器转换成适合在信道上传输的信号，信道是信号的传输媒体及有关的设备如中继器等。通过信道传输到远地的电信号由接收端的反变换器转换成原始的信号，再送给接收者信宿，而后由信宿将其转换成各种信息。在这部分内容中，每一步都是围绕着信息的传输来进行的。不管是发送端、接收端还是信道，都是用来进行信息的传输。

2、数据链路层

数据链路层在物理层提供的服务的基础上通过执行数据链路层协议向网络层提供服务，其最基本的服务就是将源机器网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标网络层。在实现服务时它要完成许多特定的功能，主要有如何将比特组合成帧，帧是数据链路层的传送单位；处理传输中的差错；调节发送方的发送速率不至于使较慢的接收方不能承受，以及数据链路层的建立、维持和释放，称之为链路管理。简要的说，数据链路层的功能就是帧同步、差错管理、流量控制和链路管理。而这些功能的最终目的就是为了进行数据的传输。

3、网络层

网络层是OSI参考模型中的第三层，是通信子网的最高层。网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方式。网络层的主要任务是设法将源结点发出的数据包传送到目的结点，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。

(1)为运输层提供服务。网络层提供的服务有两类：面向连接的网络服务和无连接的网络服务。

虚电路服务是网络层向运输层提供的一种使所有数据包按顺序到达目的结点的可靠的数据传送方式，进行数据交换的两个结点之间存在着一条为它们服务的虚电路；而数据包服务是不可靠的数据传送方式，源结点发送的每个数据包都要附加地址、序号等信息，目的结点收到的数据包不一定按序到达，还可能出现数据包的丢失现象。

(2)组包和拆包。在网络层，数据传输的基本单位是数据包(也称为分组)。在发送方，传输层的报文到达网络层时被分为多个数据块，在这些数据块的头部和尾部加上一些相关控制信息后，即组成了数据包(组包)。数据包的头部包含源结点和目标结点的网络地址(逻辑地址)。在接收方，数据从低层到达网络层时，要将各数据包原来加上的包头和包尾等控制信息去掉(拆包)，然后组合成报文，送给传输层。

(3)路由选择。路由选择也叫做路径选择，是根据一定的原则和路由选择算法在多结点的通信子网中选择一条最佳路径。确定路由选择的策略称为路由算法。在数据包方式中，网络结点要为每个数据包做出路由选择；而在虚电路方式中，只需在建立连接时确定路由。

(4)流量控制。流量控制的作用是控制阻塞，避免死锁。网络的吞吐量(数据包数量／秒)与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的数据包数量)有着密切的关系。对防止出现阻塞和死锁，需进行流量控制，通常可采用滑动窗口、预约缓冲区、许可证和分组丢弃四种方法。

教师在讲解这些内容的时候就要使学生们明白，网络层的这四个主要的功能都是为了保证数据分组能准确无误地传输到目的结点。

4、运输层

运输层是OSI参考模型的第四层，它承上启下，是整个网络协议体系的核心。运输层的主要职能是在源计算机到目的计算机之间提供可靠的、经济的数据传送服务，而且独立于所使用的物理网络。对于一些特殊的应用，某些运输层协议也提供高效的、但不可靠的数据传送服务。Internet参考模型中的两个重要的数据传输协议TCP和UDP就是为适应数据传输的规则而产生的协议。在这部分内容上，教师就更容易用数据传输为中心的“主线法”教学方法来对学生们讲解。

5、应用层

应用层(Application Layer)处于最高层，也是最靠近用户的一层，为用户的应用程序提供网络服务。应用层虽然不为OSI模型七层协议中的任何其他层提供服务，但却为在OSI模型以外的应用程序提供服务。这些应用程序包括：电子数据表格程序、字处理程序、数据库程序，以及网络安全程序等。而这些应用程序都是网络程序，都需要进行数据的传输，做这些应用程序的目的就是为了两个计算机之间可以传输数据。并且应用层的每一个协议最终目的都是为了进行可靠的数据传输。

四、垂直层次

垂直方向的结构层次是当今普遍认可的数据处理的功能流程。每一层都有与其相邻层的接口，为了通信，两个系统必须在各层之间传递数据、指令、地址等信息。

虽然通信流程垂直通过各层次，但每一层都在逻辑上能够直接与远程计算机系统的相应层直接通信。为创建这种层次间的逻辑连接，引发通信机器的每一层协议都要在数据报文前增加报文头。该报文头只能被其他计算机的相应层识别和使用。接收端机器的协议层删去报文头，每一层都删去该层负责的报文头，最后籽数据传向它的应用。

例如，通信源发送方机器的第四层为第三层将数据段打包。第三层将从第四层收到的数据再次打包，也就是第三层将数据打包并编址然后通过它自己的第二层将它们发向目标机器的第三层协议。第二层将数据包分解为帧，完善它们的编址(使其可以为LAN识别)。这些数据帧被提供给第一层，由第一层将其转换为二进制比特流，这些二进制比特流被发向目标机器的第一层。目标机器将这些一个接一个的流程完全翻过来进行，并在源机器每一层相对应的协议层上将各层增加的报文头去掉。到此，数据到达目标机器的第四层，数据形式也回到源发送方机器在第四层时的形式。因此，这两个第四层协议看起来好像是物理连接并可以直接通信。

事实上，每个第三层都将数据向下传到第二层，第二层顺序往下将帧转换为比特流。当目标机器的第一层收到比特流，它将比特流传向第二层DLL，由DLL将其组合成帧。当成功完成帧接收后，帧的报文头被去掉并将嵌入的数据包提取出传向接收方的第三层。数据包到达接收方第三层时与其从发送方第三层发出时的格式内容完全相同。因此对于第三层，它们之间的通信是虚拟直接相连的。

以上介绍了笔者在《计算机网络》课程教学过程中总结的一些授课思路，其核心是以数据传输为主线展开各项具体技术的介绍，并对每一知识点的授课思路作了一些分析，旨在起到互相交流教学心得、抛砖引玉的作用，希望对该门课程的教学有所裨益。