非网络工程专业计算机网络实验教学探讨

李俊，金瑜，李波（武汉科技大学计算机科学与技术学院，湖北武汉，430065）

非网络工程专业计算机网络实验教学探讨

李俊，金瑜，李波
（武汉科技大学计算机科学与技术学院，湖北武汉，430065）

0　引言

计算机网络实验是《计算机网络》的重要教学环节［1］。通过实验，学生了解和掌握计算机网络的基本概念、原理、组成、协议和设计方法。武汉科技大学计算机学院现在有网络工程、计算机科学与技术、软件工程和信息安全等专业。对于网络工程专业的学生而言，有比较成熟的网络教学和实验体系。但对于非网络工程专业的学生而言，网络实验是《计算机网络》这门课程的配套实验，缺乏单独的计算机网络实验课程。另外，实验内容比较陈旧：如双绞线线缆的制作等操作型实验，用Packet Tracer等仿真工具来设置静态路由等验证型实验，网络Web服务器的建立、管理和使用等简单应用型实验。这些实验内容对计算机网络重要的概念、原理、协议都很少涉及，因此对学生掌握相关知识帮助并不大。

为了更好地帮助学生掌握相关知识，计算机学院在2011年与锐捷网络公司合作重新组建了网络实验室。除了硬件得到大规模提升外，实验室还增加了很多协议仿真设备。通过这些仿真设备，学生可以初步了解协议的工作过程。如何把这些实验设备与组网联合起来、如何更好地让学生通过实验了解网络协议、如何让学生在编程中更好了解协议，这些都是本文重点阐述的内容。

1　实验教学内容

针对上述问题，笔者精心设计了实验内容。以以太网帧格式实验为例。整个以太网帧格式实验分为两个小实验：①帧格式分析；②编程实现以太网帧格式封装。

1.1以太网帧格式分析

（1）基础知识

按802.3标准的以太网帧结构如表1所示（802.3标准的Ethernet帧结构由7部分组成）。其中，帧数据字段的最小长度为46B。如果帧的LLC数据少于46B，则应将数据字段填充至46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。

表1　802.3标准的帧结构

本实验环境如图1所示。其中使用了交换机1台，PC两台。

图1　以太网帧格式分析实验环境图

实验步骤［2］：

·按图1所示连接好设备，正确配置PC1和PC2 的IP地址。

·在PC1和PC2的命令行窗口上运行net start messenger命令。

·在PC2上运行Sniffer Pro软件截获报文，然后进入PC1的Windows命令行窗口，执行如下命令：net send 172.16.1.102 hello world。

·对截获的报文进行分析，体会802.3MAC帧的结构。

通过这个实验，学生对网络拓扑结构（组网）、简单网络命令有个基本了解，对以太网帧结构有明确的认识。分析以太网帧结构只是掌握了基本知识，下一步让学生编程实现IEEE 802.3以太网帧封装。

帧的结构如表1所示。在校验字段中，使用的是CRC校验。校验的范围包括目的地址字段、源地址字段、长度字段、LLC数据字段。

实验基本要求包括：①要求画出界面，以太网帧的数据部分、源MAC地址和目的MAC地址均从界面输入；②计算后的校验和字段和封装后的结果可以从界面上输出；③生成多项式G（X）=X32+X26+X23+X22+X16+ X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X1+1；④使用的操作系统、语言和编译环境不限。

考虑到学生编程能力的差异性，教师在布置实验任务的时候可以详细讲述程序的几个关键模块：以太网帧数据结构的定义、帧各字段的填充及CRC校验算法的实现［3］。另外对少数编程能力强的学生可以提一些扩展要求：能够实现CRC计算过程的可视化；能够从界面上控制程序的运行等。

学生两个小实验完整做完，可以很好掌握帧封装的理论知识，并且能编程实现。类似的实验安排包括ARP地址解析协议、UDP用户数据报协议等。尤其是ARP地址解析协议，拓扑较复杂，学生可以通过网络设备配置命令，掌握相关操作知识。

2　实验教学组织方式

实验内容的实施依赖于有序规范的教学组织［4］。

（1）带着少数学生先做

现在的实验教学都是小班教学，即一个教学班的上课人数不多于45人。但是若45人同时做实验，特别是做拓扑连接实验，提前不采取有效预习等措施，往往教师在实验室讲多遍，学生大部分也听不明白，最终也做不出来。因此，教师进行实验教学时，可以采用带着少数学生先做的方法。

网络实验室的设备连接比较复杂。尤其是配置网络经常出错。教师提前选出几个学生，让这些学生跟着教师先做一遍。在全班学生一起做实验时，相当于实验室里有几位“小老师”。这些“小老师”会手把手教会周围几个学生。这样实验完成率会大大提升。

（2）实验内容分层次、独立完成并严格验收

学生们对实验的重视程度或者动手能力有些差异。这种差异是客观存在的。但往往学生会造成“一个组一个人完成”的现象。针对这种现象，教师不能视而不见。可以在内容设置上分为基本要求和扩展要求，并且要求每位学生至少完成基本要求。并且在考核时严格验收：首先考虑的因素是独立完成，其次是完成的质量。

3　教学效果反馈

通过以上的教学内容和组织方式，教学效果提升明显。具体表现在：

（1）学生上课积极性高，实验独立完成率大大提升。之前学生觉得实验内容与教材脱节，实验中草草应付。现在实验的内容与理论教学密切相关，做完分析实验后学生的成就感非常强烈。

（2）教师增进了对学生的了解。通过编程，少数学生的潜力被进一步挖掘。教师也可以把这部分学生进一步充实到科研团队中。这对教师和学生都是一个双赢的结果。

4　结语

网络实验教学从2012年年初开始实施。对比之前没有采用这种教学方法的学生，近三年的学生对所学内容更感兴趣，计算机网络理论知识掌握得更好。下一步，将重点培养学生对网络协议的综合开发能力。

［1］李晓卉.电子信息类专业计算机网络实验教学研究［J］.计算机教育，2014（14）

［2］金瑜，王建勇，杨湘.计算机网络实验教程［M］.科学出版社，2013

［3］吴英.计算机网络应用软件编程技术［M］.机械工业出版社，2010

［4］李沛，郭滕达.非计算机专业计算机网络课程实验环节设计［J］.计算机教育，2014，（19）.

Computer Network；Experiment Teaching；Teaching Content

Discussion on Computer Network Experiment Teaching for Non-Network Major

LI Jun，JIN Yu，LI Bo
（College of Computer Science and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065）

1007-1423（2015）10-0043-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.10.012

李俊（1978-），男，湖北黄石人，博士，副教授，研究方向为网络管理

金瑜（1973-），女，湖北应城人，博士，副教授，研究方向为网络分布式计算

李波（1975-），男，湖北武汉人，博士，副教授，研究方向为计算机网络、模式识别

2015-02-03

2015-03-06

结合武汉科技大学《计算机网络》实验教学的实际经验，对实验教学现状进行分析，从教学内容、教学组织方式和教学效果等三个方面进行探讨。以以太网帧结构实验为例对教学内容进行详细说明。帧结构实验包括组网、简单网络命令、帧结构分析以及编程等方面内容。三年实践教学表明实验效果良好。

计算机网络；实验教学；教学内容

武汉科技大学教学研究项目（No.Yjg201422）

Based on the practical experiment teaching experience of the Computer Network course，tries to analyze the present teaching situation，and discusses the experiment teaching from three perspectives：teaching content，organization way，and teaching effect.Takes Ethernet frame structure experiment as an example，describes experiment content in details.Ethernet frame structure experiment includes networking，network command，frame structure analysis and programming.Three years of teaching practice shows good results.