面向教务管理的计算机网络课外实验设计

刘树刚　刘培华　张雯

摘要：《计算机网络》课程的实验教学是整个教学环节的重要组成部分。目前课堂实验以交换机和路由器的配置为主，而课外实验以应用层的协议验证、网络编程为主。以院系教务管理日常工作为实际应用背景，进行有的放矢的课外应用层验证、网络编程训练并保持可持续性，能收到较好的实验教学效果。

关键词：计算机网络；课外实验；教务管理；应用层

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0262-02

目前我校的计算机网络课程主要分为课堂教学、实验教学和课程设计三个部分，课堂实验教学的内容以配置交换机、路由器为重点。从协议分层的角度来看，应用层的实验训练较少。为了提高学生的网络编程能力，本着学以致用的原则，以学院的日常教务管理工作为实际应用背景进行课外实验尝试，属于课程综合型实验并兼有部分基础验证性实验性质。

一、背景与目标

1.背景。软件服务外包专业的学生具有自己的特点，他们更喜欢学习实用型的知识，或者说能立竿见影的看到效果的知识。针对这些学生的特点和实验室设备的情况，提出了充分利用服务器、以服务器为核心加强应用层知识教学的方针，提高学生的学习兴趣，丰富实验教学的内容。

教务管理是在校学生比较熟悉的应用，以其为实例既有代表性又有实用性。目前大多数资料的收集仍然以Word或Excel等文档甚至打印文本为主，工作量大、信息冗余甚至不一致。以数据库为中心、以网站为入口的管理模式是必然选择。结合院系的教务管理实际应用，可以使学生的学习体会能达到“立竿见影”的效果。

2.课外实验目标。加深学生对应用层知识的理解与运用。应用层是直接与用户接口的一层，协议众多且面向日常使用。在服务器上安装Debian 8，图形界面可选。尽量使用apt-get安装软件包，这样做的目的是升级比较方便且兼容性好。

基本的服务器软件为Apache与ProFTPD等，这两个软件供学生体验HTTP与FTP协议。在此基础上可以建立教务管理网站并开发应用程序，进行网络编程与维护。使学生可通过校园网访问实验室的服务器，用各实验小组的账号登录系统，提交程序与数据，修改程序并上传更新等。经过一个学期的开发与维护，评价各小组的程序功能完备情况与可靠性等并给出评分。

二、系统框架结构

1.系统软件配置。基本服务软件及相应协议与功能如表1所示。

为了验证应用层常用协议，要借助数据包捕获工具如Wireshark等，Wireshark是世界上流行的网络协议分析器，可以从微观层次上观察网络协议的执行情况，便于学生获得感性认识，方便学习各网络协议的格式等。限于篇幅本文不做详细讨论。

2.系统功能。教务管理功能框图如图1所示。日常工作主要可概括为四大部分共16个模块的功能。

学生可利用课外时间设计自己的数据库并进行优化，网页与代码可随时上传更新并看到效果，通过累积一学期的工作得到较实用的程序功能。教师浏览设计文档和程序功能，并有权察看源代码和数据库结构，兼顾可靠性等因素给予平时成绩。避免了一卷定成绩的缺点。

三、实验内容与步骤

1.实验内容。推荐学生使用的操作系统为Debian GNU Linux，它是一个世界上流行的有着丰富软件包的Linux发行版，大部分基本工具来自于GNU工程，适合用于服务器或桌面系统且非常稳定，有着数量众多的用户群体。针对应用层的常用协议，建议学生使用的软件包如表1所示。可以使用apt-get安装需要的几个软件：

apt-get install apache2 proftpd

按提示进行即可。若需要更新版本，可以执行apt-get update和apt-get upgrade命令。

编辑/etc/apache2/apache2.conf文件修改Web服务器的配置，本实验中使用基于名称的虚拟主机，配置重点是端口号、服务器名称、根目录、日志等。

文件服务器ProFTPD的配置文件为/etc/proftpd/proftpd.conf，常用选项如ServerType、DefaultRoot、AllowRetrieveRestart等。

数据库的表结构与网页布局、网络程序设计。表的设计原则是简洁、实用，涵盖需要的基本信息并考虑表间的字段关联。网页以动态网页为主，以数据为核心，体现“信息收集”与“信息发布”两大功能。建议学生使用的网页脚本语言为PHP，一是它与C/C++语法接近，二是也比较流行且通用。使用如下命令即可安装常用的MySQL数据库服务器和PHP：

apt-get install mysql-server php5 php-pear php5-mysql

其中MySQL的PHP支持需要安装php5-mysql。数据库配置文件是/etc/mysql/my.cnf，PHP的配置文件为/etc/php5/apache2/php.ini，可在默认配置的基础上根据需要调整配置选项。推荐学生在自己的机器上试运行上述软件。

2.实验组织。共分为12小组，每小组4人，每人一台台式机。服务器一台，每个小组有一个账号并分配有足够的存储空间，学生毕业后资料仍然保存。本实验花一个学期，计入平时成绩。学期初布置任务，期末由任课教师根据情况评估打分。学生的问题可以在课间、实验课上及学院论坛问答，亦可通过电邮等其他方式进行沟通。

四、实验效果评估

1.加深了学生对应用层知识的理解。计算机网络教材中大量的篇幅用于描述各种报头格式如IP数据包的头格式等。由于太抽象，学生没有耐心仔细研究每一个字段的作用。通过使用Wireshark工具，可以非常直观地考察每个字段的含义、字段间的关系以及从十六进制转换为十进制的数值。

2.提高了学生的动手实践能力，变一次性实验为可持续实验。本实验最大的特点是其综合性，涉及的知识面非常广。本实验以实验室的服务器为核心，工作成果长期存储并供后来的同学参考，降低了学习难度，可重用上届同学的实验成果。

3.改善了教务管理工作，提高了效率、减轻了工作量。做得较好的小组，其成果经过评估测试可以实际运用起来。建立以网站为门户、数据库为核心的应用系统具有减少冗余、提高效率及保证数据一致性的重要意义。

五、结语

客观讲，这个课外实验对大三的学生而言要求还是比较高的，所以分工显得非常重要，四个学生分在一个小组，应根据各自的特长进行分工协作。主要的工作是设计数据库、网页特别是网络程序的编写与调试等。服务器软件方面由教师进行主要的基础配置。由于实验成果可以长期保留，即使学生课程结束及毕业离校，低年级的学生仍然可以参考他们的作品并以之为蓝本进行修改、扩充，所以当可靠性及功能等方面没有问题时，完全可以实用化。学生感觉到自己的作品起到了实际的作用，学习兴趣亦会有较大提高。

参考文献：

[1]郭文生，傅彦，周瑞.计算机网络实验教学研究[J].计算机教育，2012，（9）：63-65.

[2]徐明伟，崔勇，徐恪.计算机网络原理实验教程[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]林沛满.Wireshark网络分析就这么简单[M].人民邮电出版社，2014.