计算机网络实验设计探讨

陶骏 叶静 张云玲 伍岳

摘要：针对计算机网络实验的教学实际情况，分析计算机网络实验设计目前存在的不足，提出了计算机网络实验的设计需要同实际联系、要易理解和同其他学科相关的观点，描述了三个相关实验的设计。计算机网络实验设计的革新收到了良好的效果。

关键词：OSPF；时延；抖动；路由；IP

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0028-03

Discussion on Computer Network Experiment Design

TAO Jun， YE Jing， ZHANG Yun-ling， WU Yue

（Department of Computer Science and Software Engineering， Anhui Institute of Information Technology， Wuhu 241000， China）

Abstract： In view of the actual teaching situation of computer network experiment， this paper analyses the shortcomings of computer network experiment design at present. On this basis， it puts forward the viewpoint that the design of computer network experiment needs to be connected with reality， easy to understand and related to other disciplines， and describes the design of three related experiments. The innovation of computer network experiment design has achieved good results.

Key words： OSPF； delay； jitter； route； IP

计算机网络指一组自治互联的计算机组合，计算机网络从网络体系结构上可以分成网络拓扑和网络协议，网络拓扑是指网络的具体结构图，即各种网络设备是如何构建成一个计算机网络，网络拓扑可以看成是计算机网络的“骨骼”。网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合，网络协议可以看成是计算机网络的“神经系统”。

计算机网络是计算机科学与技术本科专业一门专业基础课程，其主要内容就是讲授网络协议和网络拓扑，对于学生的培养具有重要的意义，是学习网络编程和网络安全相關课程的基础。但是在实际教学中，同学们学习这门课程有很多的困惑，第一，计算机网络课程中专业名词过多，比如数据包、数据帧、数据报、CDMA和AP等等，老师在教授课程后，同学们往往不能理解这些名词具体的含义。第二，计算机网络课程和实际脱离严重，同学们无法接触到课本中讲述的比如组播、VPN和MPLS等技术。第三，计算机网络课程和其他的相关课程缺乏必要的联系，同学们无法把学习到的比如数据结构和数据库等课程知识和计算机网络知识融会贯通。

计算机网络实验是学习计算机网络的重要辅助手段，通过合理的计算机网络实验的设计，可以消除同学们在学习这门课程时的困惑，在总结了以往的教学经验的基础上，本文提出了一些有建设意义的计算机网络实验。

1 设计易于理解的实验

计算机网络中专有名词繁多，同学们很难一时理解，合理的计算机实验设计对同学的理解会有很大的帮助。

1.1 静态路由设计实验

静态路由实验是验证数据路由转发的一个重要实验，以往的此实验只要求对路由器和终端PC进行网络设置，然后再进行网络测试，如果测试合理正确，整个实验就结束了。在以往的基础上，重新设计了静态路由设计实验。

1.1.1 静态路由设计实验目的

验证路由器进行数据转发，并对转发的数据进行分析。

1.1.2 静态路由设计实验步骤

第一，用网络设备按照以下网络拓扑在实验室搭建以下网络，具体网络拓扑如图1所示：

第二，按照表1对路由器和终端进行IP地址设置，具体如表1所示：

第五，对每台设备转发的数据进行截获，其目的是为了实验的分析，截获的步骤如下，在PC上安装sniffer抓包软件，截获收发数据；对路由器端口镜像后再用PC机进行数据截获[1]。

1.1.3 静态路由设计实验分析

数据发送是通过TCP/IP网络协议进行的，通过数据截获并对数据进行分析，可以清楚知晓数据帧中的MAC地址和数据包中的IP地址变化情况，在PC1对PC2发出一个ICMP检测数据后，此数据相关的数据帧和数据包的消息如表2所示：

从上表分析可以看出，在局域网之内是通过数据帧转发数据的，离开一个局域网后，数据的目的和源MAC地址都会发生变化；而局域网之间是通过数据包转发数据的，离开一个局域网后，数据的目的和源IP地址是不会发生变化的，通过此实验，同学们可形象的掌握数据帧和数据包的概念[2]。

2 设计同实际联系紧密的实验

同学们在进行计算机实验时，往往只会进行机械的操作，而不会把学到的知识同实际联系起来，设计同实际联系紧密的实验有助于同学们加强理解，学以致用。

2.1 网络测试命令实验

网络测试命令实验是网络是否正常的一个重要实验，以往的此实验只要求掌握命令的具体格式，然后进行网络测试，测试正常后，实验就完成了，而缺乏对实验结果的分析，在以往的基础上，重新设计了网络测试命令实验。

2.1.1 网络测试命令实验目的

掌握ping和tracert命令的使用，并对测试数据进行分析，掌握延迟、抖动和丢包的概念[3]。

2.1.2 網络测试命令实验步骤

第一，在不同时刻对百度网站和英国卫报网站进行ping测，ping的命令格式如下：

Ping www.baidu.com /*测试百度，也可以使用百度网站的IP地址*/

得到的实验结果如表3所示：

第二，对百度网站和英国队报网站进行tracert测试，到达百度需要经过6跳，到达卫报需要15跳。具体的命令格式如下：

Tracert www.guardian.co.uk /*测试卫报，也可以使用卫报网站的IP地址*/

2.1.3 网络测试命令实验分析

ping和tracert都是通过发送ICMP数据包进行网络探测的，从上述实验结果可以看出，对百度网站访问正常，但三个时刻的时延不同，这是因为三个时刻网络的负载不同导致，网络负载越大，时延就越大。到达卫报的时延明显大于去百度的时延，这是因为到达卫报的跳数为15，明显大于去百度的跳数6，而且访问卫报存在抖动和丢包现象，这就说明去卫报的网络性能不是很好，存在网络拥塞现象。

进行过此实验后，同学们可以用这两个命令测试自己喜欢访问的网站，加深对这两个命令使用和相关网络现象的了解。

3 设计与其他课程相关的实验

计算机专业课繁多，同学们需要一一掌握，设计跨学科的计算机实验设计对同学的知识掌握有很大的帮助。

3.1 OSPF路由实验

OSPF路由实验是验证数据动态路由转发的一个重要实验，以往的此实验只要求对路由器和终端PC进行网络设置，然后再进行网络测试，如果测试合理正确，整个实验就结束了，而缺乏对动态路由消息、链路状态数据库以及相关进程的分析。在以往的基础上，重新设计了OSPF路由实验[4，5]。

3.1.1 OSPF路由实验目的

验证路由器动态进行数据转发，并对动态路由消息、链路状态数据库以及相关进程进行分析。

3.1.2 OSPF路由实验步骤

第一，在实验室利用网络设备构建网络拓扑，具体如图2：

3.1.3 OSPF路由实验分析

OSPF是一种动态路由协议，其协议类型是链路状态型，每个路由器会通过各自的邻居交换链路状态信息，形成一个链路状态数据库，此数据库是一个分布式数据库，每台路由器的链路状态数据库是相同的，然后路由器利用此数据库根据迪杰斯特拉算法计算出去每台路由器的最短距离，然后把这个最短距离信息加入路由表，最后路由器根据路由表转发数据，例如R1就会生成一棵具有到各个路由器的最小距离的树，如图3所示。

通过这个实验，同学们不但掌握了OSPF的路由知识，也在实验中运用了操作系统和数据结构的知识，达到了相关知识的融合应用[6]。

4 教学效果

安徽信息工程学院自2016年以来一直都在致力于计算机网络教学的改革，通过对计算机网络基础实验的改良设计，教学取得了良好的效果，无论是教学满意度、课程期末考试通过率，还是学生学科竞赛的得奖率都获得显著的提高，具体如表5：

5 结语

计算机网络是一门重要的专业基础课，计算机网络实验是计算机网络教学的重要辅助手段，以往的计算机网络实验设计存在一些弊端，造成同学掌握这门知识具有一些困惑，本文从易于理解、联系实际以及跨学科等三个方面提出了三个计算机网络实验，分别做了详细的阐述，归纳了它们的意义。

计算机网络实验进行设计革新后取得了良好的效果，教学满意度、课程期末考试通过率等指标得到了显著的提高，下一步的工作重点是把计算机网络实验同大数据以及人工智能联系起来，以达到更好地提高学生的知识结构。

参考文献：

[1] 金纯，齐岩松. IPTV及其解决方案[M]. 北京：科学出版社，2006：45-60.

[2] Douglas E. Comer. 用TCP/IP进行网络互连（第二卷）[M]. 北京：电子工业出版社，2009：149-157.

[3] 徐恪，吴建平，徐明伟. 高等计算机网络[M]. 北京：电子工业出版社，2009：169-176.

[4] 刘莹，徐恪. Internet多播体系结构[M]. 北京：科学出版社，2008：100-105.

[5] 陶骏，匡磊. 基于MPLS VPN和MDSP的跨域组播网络设计[J]，计算机科学，2017（6A）：381-384.

[6] 陶骏，沈阳. 基于SDN和QoS的多播网络仿真[J].大庆师范学院学报，2017（6）：42-43.

[7] 颜云生，陶骏. 基于AHP算法的电子书包评估系统[J]. 计算机系统与应用，2017（8）：49-54.

[8] 王瑞娜. 基于嵌入式Linux的智能家居系统的研究与设计[J]. 廊坊师范学院学报，2017（17）：34-38.

【通联编辑：王力】