工程教育认证下计算机网络课程创新实验设计

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　　摘要：针对当前计算机网络实验教学不能满足学生需求存在的问题，在工程教育认证背景下，分析探讨了网络实验方案设计方法，提出以Linux系统为实验节点的网络实验组网平台，特别是在实验内容选择、实验路由交换设备、实验项目和方法等方面阐述创新性实验方案。采用具体实例和实验情景，提高了实验可操作性。设计一系列实验来加强学生对网络通信原理的理解和掌握。对其他课程的实验教学有一定的参考价值。
　　关键词：计算机网络;实验方案;工程教育认证
　　中图分类号：TP311 文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）10-0175-02
　　計算机网络教学中，最重要的内容是网络体系结构，也就是网络节点通信所必需的各个层次和协议，它完成了网络及其各组成部分功能。工程教育认证主要倡导产出导向，它明确传递教学丰富的模式内涵。教师应提高专业教学服务质量去满足学生“学”的需求，进而达到学生成长发展的需求。
　　1计算机网络实验教学现状与探索
　　大多院校都有计算机或网络专业的毕业生，不论是从事网络设备的研发、网络设计和建设以及网络维护，都难以在短时间内满足用人单位的需求。计算机网络授课都还处在演示设备阶段，学生无法理解像路由器、交换机设备的原理和作用。根本原因在于计算机网络课程内容的抽象性很强，有些教师并没有实际网络安装和调试的经历。而计算机网络技术发展迅速，实践操作性较强。只有加强学生实践动手能力的培养，建设专门的网络实验教学课程才能改善目前网络教学现状。本文结合高等院校网络实验教学的特点，探讨了网络设备配制网络组网和管理等网络实验教学方案。现代教育模式的不断创新，教学内容和手段逐步更新，加强学生动手技能已经成为一个重要教学组成部分。在多场合实施实验教学，拓展了实验教学内容和方式，全方位的了解学生学习状况，多方面获取学生反馈的实验教学结果。调动学生学习的主动性，激发学生学习兴趣，牢固地掌握计算机网络基本原理和理论知识，培养学生发现问题、解决问题的能力，对教师的教学过程和学生的教育过程都具有指导意义。
　　2计算机网络实验教学的实现方式
　　为完成验证网络基本理论、网络设备配置、设备组网、网络管理实验，将路由器、交换机、PC机等设备组成一组进行实验。整个实验室由实验台构成，每个实验台就是一个教学模块。可将做实验的学生分为多组。一组一个实验台，学生在一个实验台内协作配合完成网络实验。每组的网络设备有4台PC机、3台路由器、1台二层交换机。每三个小组可以编成一个区域。可以根据学生培养方向来进行小组间、区域间的组合，还可以根据实验要求在相应设备上扩展相应的模块。搭建各种实际的网络测试环境，通过在实验室内对设计网络拓扑、网络设备管理等进行测试分析。学生通过网络实验，能够直观、全方位地了解各种网络设备的操作及其应用环境，加深对网络原理、协议、标准的理解，提高网络故障维护与诊断技能。测试内容可以单独进行，也可以结合网络实验，在实验中增加部分测试内容来配合网络实验，例如VLAN的设置，VLAN的测试等。实验的内容充分结合当前国内外市场的网络技术典型应用，完全模拟真实的使用环境，让学生更深入学习网络知识，从而有效提高学生的实践动手能力。实验内容可以充分考虑到学生的专业和发展方向，有利于培养不同类型的网络人才，改进教学方式和科研条件，还将大大促进学校计算机网络教育和科研水平。
　　3计算机网络实验的教学内容设计
　　3.1实验教学设备
　　完成实验需要的实验室设备设置和连接方式，旨在为学生准备一个新型有效的实验环境。实验中基本设备由一组工作站，集线器和路由器组成。每个组分配一个独立的机组，包括4个工作站，3个路由器，1个管理型交换机和1个IPKVM。这里重点是KVM交换机能够控制2到8服务器和设备，它使用一个键盘、一个鼠标和一台显示器控制多台服务器。学生利用这个设备通过他们的单键盘、鼠标和显示器来控制不同的工作站和路由器。IP KVM交换机可以从互联网的任何地方进行控制，管理员不必亲自到现场进行控制，用户可以远程访问实验室平台。
　　3.2实验设备组成架构
　　实验架构描述：每个组的配置包括4个Linux工作站、2个客户端、3个路由器、1个交换机和1个IPKVM交换机。IPKVM是访问网络中所有设备的起点，能够连接到工作站、路由器和交换机。每个工作站都贴上了设备所在组的编号，工作站的编号，所有工作站都安装了教学用的Linux操作系统。每个工作站都有两个USB接口，一个串口和两个10/100M以太网接口eth0和ethl。每个路由器都贴上了设备所在组号和路由器编号，每个路由器上都安装了操作系统。每个路由器上有两个10Mbps接口和一个WAN接口。交换机连接所有工作站和路由器，可以使用VLAN概念创建自定义网络拓扑。每个设备组连接拓扑结构如图1描述。拓扑图中描绘了每个组正在使用的拓扑连接。通过IP KVM集中管理所有工作站和路由交换设备。工作站通过串口仿真程序minicom配置路由器和交换机。
　　3.3实验软件工具
　　本实验方案需要学生连接到网络设备。IP KVM是帮助学生集中控制所有工作站的设备。图1显示了IP KVM通过KVM交换机连接到所有工作站的方式。在成功连接到IP KVM后，需要熟悉安装在工作站上的Linux操作系统了。在应用该实验平台时，将在整个实验室中使用一些工具进行连接、数据传输等。比如Telnet是用于在远程主机上执行命令的远程登录程序。Ping是一个简单的工具来检查调试IP网络的可达性。无论何时更改网络设置，ping都可用于测试配置。网络流量生成器是允许单个UNIX工作站或服务器模拟由多个网络工作站生成的网络流量的应用程序。它使用两个独立的程序，即traf-server和trafclient来执行流量生成。网络协议分析器是为了观察网络协议的行为，来监视网络流量的工具。从网卡捕获流量并以可读格式显示信息的工具称为数据包嗅探器或网络协议分析器。一种常见的数据包嗅探器是Wireshark。可以根据源IP地址，目标IP地址，端口号，协议等特征过滤显示的数据包。Wireshark是一个具有图形用户界面的协议分析器，可以通过在提示符处输入Wireshark来启动。它是在实验室用于数据包嗅探和分析的主要工具。
　　4结束语
　　提高学生理解计算机网络理论知识和锻炼实践动手能力是开设计算机网络实验课的主要目的。因此，在设计实验时，在内容选择与难度把握方面应紧紧围绕这个目标，让各个层次的学生均得到提高。此外，实验课的组织管理也很重要，应采取合适的方法，调动学生的积极性，正确地引导学生，激发他们的思考潜能。计算机网络中发展是持续不断的，计算机网络教学也必须随之发展。本文在计算机网络实验教学中对网络实验课程的教学方法进行了一点探索。以培养应用型人才为目标，以实现计算机网络的基础知识和技术为核心内容展开教学过程，实验设备架构选择和实验平台构造形式更加简洁，更直观体现计算机网络设备操作系统的实质，适应现代网络发展趋势。教学过程中坚持以学生为主的引导式教学方法的推进。是学生积极主动学习，愿意思考和探索对知识理解更深刻。
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