三重递进式“计算机通信网”课程教学方案

邓彬伟,夏术泉

(黄石理工学院电气与电子信息工程学院,湖北 黄石 435003)

“计算机通信网”是一门理论与实践并重的课程,它包括计算机网络的基本知识和工作原理等内容,也包括各种协议格式等具有一定深度的知识,还包括许多新的网络技术等,其核心是网络协议。担任该课程教师在进行的教学研究中,提出了许多有关计算机网络课程的教学方法。文献[1］提出采用两种教学辅助工具进行教学,其中的协议分析工具WireShark用于协议语法的教学,网络仿真工具NS2用于协议语义和协议同步的教学;文献[2］提出利用Iris Network T raffic Analyzer软件来分析计算机网络课程中所涉及到的协议;文献[3］指出采用多媒体教学能突破教学上的难点。

计算机网络课程采用的教学方法有讨论式教学、推演性教学、理论联系实际的教学、项目教学法[4］及基于探究式教学法[5］等。此外,文献[6］指出,因特网本身对教学的好坏在于网络在线课程的设计质量。

1 仿真软件与硬件平台简介

1)CommView简介

CommView是捕获和分析网络报文监控因特网和局域网活动能力的工具。它能通过拨号连接或以太网卡来获取信息并能解码和分析数据报。通过CommView能获得网络连接列表、IP状态和监测每一个数据报,从网络协议最底层到最高层的各种协议都可以解析,而且提供完整的原始数据的访问。所捕获的报文可以存为日志文件为进一步分析提供方便。此外,提供灵活的过滤功能不仅可捕获需要的报文,且能提供警告来提示重要事件的到来。它是局域网管理员、安全和网络编程人员和任何想完全跟踪报文段的人员的辅助工具。因而对于学习网络特别是对数据报的实际格式和作用的理解大有好处。

2)OMNeT++简介

OMNeT++是一款在教学研究领域免费的面向对象的离散事件网络模拟器[7］。可以实现的功能如下:①无线电通信网络信道模拟;②协议建模和模拟;③模拟队列网络;④模拟多处理器和其他分布式硬件系统;⑤确认硬件结构的有效性;⑥评估复杂软件系统性能;⑦模拟其他任何一种合适的离散事件系统。

OMNeT++模拟器包括一些分层次的嵌入式模型,其高级用户的接口可以把模块透明地交给用户,即允许控制模拟器执行也可以通过改变模块中的变量/对象来干涉模拟器的执行。此外,模拟器的接口和工具都非常轻便,而且可以在Windows和各种UNIX操作系统下利用c++进行编译。

3)WebServer简介

基于单片机的WebServer涉及到 TCP/IP协议栈的主体部分。利用8位微控制器通过ISP(因特网服务供应商),在不需要使用PC机或高档单片机情况下接入互联网。广泛应用于智能家居系统、工业智能化从站系统和LED网络控制显示屏系统等[8］。相对其它网络设备来说软硬件均较为简单。通过一些方法可用于网络原理方面的教学。

2 三重递进式教学

1)CommView的教学应用

本文提出的课程方案中,CommView工具主要用于以太网协议帧结构、UDP、TCP、IP和H TTP等协议结构的学习,以及在网络安全章节获取报文的基本演示[9］。

2)OMNeT++的教学应用

OMNeT++本身提供了比较丰富的代码,可利用其中的移动框模块,就ALOHA、CSMA和路由原理等过程进行演示讲解。

3)嵌入式Webserver的教学应用

嵌入式WebServer涉及到的 TCP/IP协议的主体部分,设备便宜,并有实际的源代码提供便于实际理解学习,能给学生以实际的体会理解并能了解一个实际的网络设备实现的全过程。但是它只能展示网络的一个局部实现,因而需要CommView和OMNeT++工具来展示网络。

4)三重递进式实践的教学应用

如把 CommView、OMNeT++和WebServer三者结合起来,在“计算机通信网”课程的不同章节里分别应用或是三者结合来分析和解决一个问题,则能让课程内容更易于理解。

3 教学实践方案

下面给出针对IP协议帧CommView实验设计、ALOHA协议的OMNeT++设计以及基于WebServer的实现分析教学设计。

1)IP协议帧CommView实验设计

IP协议报文的理解对于深入理解协议网络实现过程具有重要意义,我们设计了如下教学实践。

我们在CommView的Rule选项中选择使能以太网协议规则(Enable ethernet protocol rules)后,设置Action为Capture,并使能直接捕获规则(Enable direction packets)。然后点击运行按钮,选分组(Packets)可以看到捕获到的IP报结构。可结合这个报文结构具体来讲解各个字段,并可通过Windows中的ipconfig/all查看MAC地址和IP地址等来验证。

2)ALOHA协议的OMNeT++设计

ALOHA协议对无线通信过程的理解和学习十分重要。通过OMNeT++演示可从感性上理解ALOHA工作原理,其过程大致分为以下6步:①讲解ALOHA协议思想和纯ALOHA;②采用OMNeT++仿真显示纯ALOHA,如图 1所示;③提出问题:这个协议的信道利用率如何?有无改进办法?④时隙ALOHA协议思想介绍;⑤时隙ALOHA仿真演示;⑥还有没有其它更好的办法呢?请学生上校园网数据库查有关资料,并就随机访问技术写一份报告。

3)基于Websever的实现分析数学设计

这个教学环节把实验环节引入到课堂中,在教学中把WebServer开发板与多媒体计算机相连,通过在线调试软件Keil C51 μ Vision集成开发环境一边单步运行一边讲解,通过跟踪软件来讨论一个实际的网络协议的实现过程,并且针对具体代码从大模块角度讲解网络的实现。

图1 纯ALOHA仿真

4 小结

通过数据包窃听软件CommView、网络仿真软件OMNeT++和实物WebServer分析丰富了“计算机通信网”课程的趣味性,并能进一步发挥学生的能动性和兴趣且能与实际相结合。三重递进式实践的“计算机通信网”课程教学方案是对教学与实践结合的一种探索。

[1］杨春勇,潘文君,朱翠涛.计算机网络课程教学及辅助教学方法研究[J］.武汉:高等函授学报(自然科学版)2008,Vol.21,No.6

[2］汤海晨.基于Iris网络嗅探器在计算机网络课程中的应用[J］.温州:浙江工贸职业技术学院学报.2009.9.

[3］李洪亮.《计算机网络》课的教学改革与实践[J］.长春:华章.2008.7.

[4］白顺芳,唐梁兵.项目教学法在计算机网络课程中的应用.[J］南京:机械职业教育.2009.12

[5］张振荣,杨林峰,杨锋.基于探究式教学法的“计算机网络原理”课程的教学改革与实践[J］.南宁:广西大学学报:自然科学版(增刊)2009.7

[6］Marlenne Angulo and Marco A.Turrubiartes.On-Line Education in Computer Networks Courses Study Case:UABC U-niversity,México.Informing Science.June 2003

[7］OMNeT++Discrete Event Simulation System Version 4.0 User Manual.WORK IN P ROG RESS.

[8］卢虎,李勇,李志芳.嵌入式WebServer技术及其实现[J］.北京:单片机与嵌入式系统应用.2003.pp71-73

[9］谢希仁,计算机网络(第四版)[M］.北京:电子工业出版社.2008