基于网络技术的计算机网络实验课程体系.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 0 年4 月 实验室研究与探索 R E S E A R C HA N DE X P L O R A T I O NI NL A B O R A T O R Y V 0 1 2 9N o 4 A p r 2 0 1 0 基于网络技术的计算机网络实验课程体系 王盛邦 李晓宁 陈立文 中山大学东校区教学实验中心 广东广州5 1 0 2 7 5 摘要 以计算机网络技术和理论为指导 建立面向应用的综合实验平台 阐述了此实验平台的建设和 基于此实验平台的计算机网络实验案例型课程体系的课程设置 课程内容 通过实验课程体系培养学 生实际动手能力和创新能力 提高了计算机网络实验教学质量 培养能更好地适应社会发展需要的人才 关键词 教学改革 计算机网络 实验 课程体系 中图分类号 T P3 9 3 G4 8 2文献标识码 A文章编号 1 0 0 6 7 1 6 7 2 0 1 0 0 4 0 0 4 9 0 3 C o m p u t e rN e t w o r kE x p e r i m e n t a lC o u r s eS y s t e m B a s e do nN e t w o r kT e c h n o l o g y W A N GS h e n g b a n g L IX i a o n i n g C H E NL i w e n T e a c h i n gE x p e r i m e n t a lC e n t e r E a s t e r nC a m p u s S u nY a t s e nU n i v e r s i t y G u a n g z h o u5 10 2 7 5 C h i n a A b s t r a c t D i r e c t e db ya d v a n c e dc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h e o r y a na p p l i c a t i o n o r i e n t e de x p e r i m e n t a lp l a t f o r m w a sb u i l t T h i sa r t i c l ee x p a t i a t e dt h ec o n s t r u c t i o no ft h i sp l a t f o r ma n dc o u r s es e t t i n g c o a r s ec o n t e n t a n dc o u r s es y s t e m c o n s t r u c t i o nb a s e do nt h i sp l a t f o r m T h i se x p e r i m e n t a lc o u r s es y s t e mcand e v e l o pt h es t u d e n t s p r a c t i c ea b i l i t ya n di n n o v a t i o na b i l i t y i m p r o v et h eq u a l i t yo fc o m p u t e rn e t w o r ke x p e r i m e n tt e a c h i n g a n dc u h i v a t et h et a l e n t sw h oa r eb e t t e r a d a p t i v ef o rs o c i e t yd e v e l o p m e n tn e e d K e yw o r d s t e a c h i n gr e f o r m c o m p u t e rn e t w o r k s e x p e r i m e n t c o u r s es y s t e m 1 引言 网络经过十几年的发展 已不是传统的简单数据 交换的模式了 而是朝着复杂 统一应用的先进网络发 展 网络专业的学生 将面临的是更复杂的网络应用 环境 因此必须进行教学改革 加强计算机网络实践 教学 使学生在学习计算机网络理论知识的同时 增强 计算机网络的实践应用能力 文献 1 2 中提出利用网络硬件与软件模拟相结 合的方式 采用新型的虚拟化模拟软件对计算机网络 实验进行虚拟 文献 3 中探讨了计算机网络实验室 的建设思路 建设方法 文献 4 5 中提出计算机网络 课程体系建设 文献 6 9 中提出了关于计算机网络实 收稿日期 2 0 0 9 0 9 1 4 基金项目 中山大学实验室开放基金项目 K F 2 0 0 8 3 6 作者简介 王盛邦 1 9 6 2 一 男 广东汕头人 硕士 工程师 研究方 向为计算机网络 虚拟现实 嵌入式系统 T e l 0 2 0 3 9 3 3 2 7 2 1 E m a i l w a a g s h b m a l l s y s u e d u c n 验教学的改革方法及计算机网络实验课程设计思想 本文以先进的计算机网络技术和理论为指导 建立面 向应用的综合案例型实验平台 阐述了计算机网络实 验平台的建设 最后构建了基于网络应用的课程实验 案例体系 2 搭建先进的案例教学实验平台 建立一个先进的符合当今网络技术发展的高端网 络应用实验平台 是培养优秀专才的最优方案 平台 的建设要统筹规划 合理配置 一方面对本学科及其相 关领域的前沿技术和热点应用进行深入研究 另一方 面应建设良好的工程实践环境 以先进的高端网络技 术为主 既有充足数量的基础网络技术设备 又有技术 层次结构合理的多种设备 并具备 定的规模可扩展 性和技术可扩展性 以满足学生对了解和掌握最新网 络技术的需求 有利于学生进行网络创新实验 因此 我们认为实验平台应能体现以下特点 1 整体设计方案和技术方向要体现网络技术主 万方数据 5 0实验室研究与探索 第2 9 卷 流发展趋势和应用目标 具有统一 先进的特点 2 实验网络应为一个多业务多分支机构的网 络 具备模块化的特点 能随时通过拆分而组成不同类 型的应用模型 3 网络结构有足够的层次 使其具有企业 园 区网 一城域网一国家网一国际网 I n t e r n e t 的结构 并可以模拟几个I S P 1 2 个 与国家网或者国际网对 接互通 模拟出一个完整的I n t e r n e t 网络层次体系 4 在网络中 建立足够数量的P O P 点 强调全 程全网的端到端的业务效果 端对端应具有多条路径 便于对比体现各种流量控制的效果 5 体现网络的多业务的统一应用 除路由交换 外 能结合无线连接 网络信息安全 语音 视频等应用 业务 6 实现全网集中管理 体现出先进的网络安全 管理手段 7 能与其他网络环境互连 必要时构建出大型 复杂的网络模拟结构 8 和现有的校园网相通 使学生能通过第3 方 实验软件等方式对应用实验室进行2 4h 远程监控管 理和模拟实验 9 通过专门增设的2 条电信的A D S L 线路 使 网络应用实验室连接到I n t e r n e t 通过真实的I n t e r n e t 模拟各种应用业务的端对端设计和控制 1 0 所有设备在布局上 应便于实验操作 管理 和维护 网络应用实验平台配备高端网络实验设备 数量 虽少但种类多 可以满足学生对了解和掌握最新网络 技术的需求 并且学生可以进行网络创新实验 图l 为一个多业务网络拓扑结构 整个实验网络采用高度 模块化设计 模块的分 合体现在 根据实验需要调整 试验拓扑 该调整是通过改变跳线的连接来实现的 这种设计思想 使学生在分组实验的同时 又不会影响 其他实验小组 在实际教学时 教师可根据当次实验 要求 灵活组合网络架构和应用功能 合理安排学生分 组参与不同功能模块的网络实验 或者安排学生体验 和管理整个复杂网络的综合应用和管理 图l搭建网络应用实验平台 3 教学案例内容的选择与设计 目前 多数高校计算机网络实验课属于单列实验 课程 我们将课程的目标定位于面向能力培养 面向技 术发展 面向工程实战 课程的设计原则上是工程实 战和研究创新并重 实验模块化 内容层次化 保证基 础 在教学案例的选取上我们注重以下几点 1 系统性 在整个实验课程教学过程中用到的 大部分案例之间应该相互联系 前后连贯 由浅入深 2 真实性 实验案例要能彰显理论对实践的指 导作用 案例要和现实一致或相近 易于被学生理解 和接受 实现从理论到实践的转化 3 完整性 案例必须相对完整 即使对实验内 容不能深入理解的学生 也能根据案例完成实验 获得 初步的感性认识 4 典型性 案例要能突出某个理论在实践中的 典型应用 由于案例的典型特点 往往给学生留下深 刻印象 因而在以后遇到类似问题时 能借鉴案例的解 决方法 5 可扩展性 实验案例内容有一定弹性 以便 在原案例的基础上进行必要的扩充 增加实验的难度 进一步拓展学生的思考空间 由于计算机网络体系庞大 涉及多方面的复杂内 容 根据实验性质的不同 我们将实验设计的类型归 万方数据 第4 期王盛邦 等 基于网络技术的计算机网络实验课程体系 5 1 类为验证型实验 设计型实验 综合型实验及创新型实 验 1 验证型实验 验证型实验注重培养学生实验 操作和解决问题的能力 通过实验 加深学生对理论 知识的理解 掌握基本的实验方法 同时为下一步开设 综合型和设计型实验打好基础 2 设计型实验 设计型实验突出学生自行设 计 查阅文献的 预科研 能力 学生通过广泛的文献 查阅和信息检索 自主设计实验方案 确定实验方法 选择实验设备 完成实验并对实验结果进行分析处理 3 综合型实验 综合型网络实验突出实践综合 能力 实验的综合性体现在内容的复合性 方法的多 元性 手段的多样性 重点培养学生对知识的整合能力 和综合分析能力 计 算 机 网 络 实 验 体 系 局域网基础实验 广域网基础实验 语音 视频实验 无线网络实验 信 息 安 全 实 验 基础安全 入侵检测和防火墙 V P N 因特网模拟实验 4 创新型实验 创新型实验突出课题的研究 性 创新型实验一般有选题 查阅文献资料 项目论 证 实验 论文提交 报告 等环节 有较高挑战性 创 新型实验对加强学生创新思维 创新能力和综合素质 的培养 充分调动学生学习的主动性和创造性 培养创 新复合型人才很有必要 验证型实验在传授基本实验知识 基本实验方法 方面快捷 有效 对于学生更好地理解课堂知识点和掌 握必要的技术技能有一定的帮助 像路由器 交换机 等网络设备的配置实验比较适合采用这种类型 综合 型实验属于能力提高型实验 像网络体系结构 网络拓 扑结构 局域网等实验比较适合 设计型实验和创新 型实验属于素质培养 这4 种类型在实验体系中属于 纺锤型结构 在实验项目设置和内容选取中 我们应使 虚拟局域网设计实验 生成树S T P 设计实验 生成树S T P 设计实验 以太网通道 E t h e r n e tC h a n n e l 设计和实验 H S R W V R R P 商可靠性设计和实验 局域网O S P F E I G R P 设计和实验 服务器高可靠性测试和实验 局域网多播实验 H D L C P P P 专线连接设计和实验 帧中继F R 连接设计和实验 帧中继交换机原理和实验 企业整体O S P E E I G R P 设计和实验 广域网B G P O S P F E I G R P R I P 等各种路由协议设计和实验 语音网络架构设计和实验 局域网Q O S 设计和实验 广域网Q O S 设计和实验 I PP B XC a l l m a n a g e r 设计和实验 语音信箱U n i t yC o n n e c t i o n 设计和实验 语音会议M e e t i n gP l a s sE x p r e s s 设计和实验 S R S T 远程分公司语音设计和实验 视频通话设计和实验 视频会议实验 电话会议实验 W E B 会议实验 语音网关设计和实验 企业无线网基础支持设计 无线网桥的设计和实验 集中式无线控制器设计和实验 无线轻型A P 设计和实验 无线管理 无线频率设计和规划实验 无线安全认证设计和实验 无线漫游设计和实验 远程分公司无线A P 设计和实验 无线Q o s 设计和实验 交换机基础安全实验 l P 访问控制列表实验 D H C PS n o o p i n g 实验 I PS o u r c eG u a r d 实验 端口邦定实验 A C S 认证设计和实验 M A C 访问控制列表实验 V L A N 访问控制列表实验 A R Pi n s p e c t i o n 实验 8 0 2 I x 认证实验 8 0 2 I x 动态V L A N 设计和实验 路由器I O S 防火墙设计实验 A S A 5 5 0 0 防火墙设计实验 I P S 入侵检测设计实验 A S A 5 5 0 0 防火墙高可靠性设计实验 C i s c oM A R s 安全监控和实验 局域网O S P F E I G R P 设计和实验 C i s c oG u a r dD D O S 防护器安全监控和实验 单点用户I P S e eV P N 实验 路由器与路由器V P N 实验 D M V P N 实验 D E S 3 D E S A E S 加密 单点用户S S L V P N 实验 防火墙与路由器V P N 实验 G E T V P N 实验 G R EV P N 路由协议O v e rV P N 实验 O S P E I S I S 路由试验 I B G P E B G P 试验 M P L S 设计和实验 M P L S V P N 设计和实验 M P L S T E 设计和实验 P P P o E 8 0 2 l x 城域网接入设计和实验 1 P v 6 实验 图2 计算机网络应用实验体系示意图 下转第1 1 1 页 万方数据 第4 期赵小强 等 信息控制类创新实验中心的建设 参考文献 R e f e r e n c e s 1 王益玲 改革实验室管理体制培养学生创新能力 J 辽宁教育 研究 2 0 0 3 1 8 3 6 1 4 5 2 2 唐贵平 唐立军 何兴 等 实验教学示范中心的创建探索 J 实验技术与管理 2 0 0 6 2 4 6 9 1 9 3 3 陈绪诚 创建高水平实验教学示范中心的实践 J 实验室研究 与探索 2 0 0 7 2 6 4 9 3 9 4 4 王红萍 翟桂红 加强实验室建设提高实验教学和创新人才培 养质量 J 陕西师范大学学报 2 0 0 5 3 4 7 3 6 7 3 6 9 5 赵维武 本科生实现创新能力培养的研究 J 实验技术与管 理 2 0 0 6 2 3 1 8 3 8 5 6 郑勇林 郑瑞伦 大学物理实验课程的改革和探索 J 西南师范 大学学报 自然科学版 2 0 0 5 3 0 2 3 6 9 3 7 2 7 林根金 学生自主管理实验教学探究 J 实验室研究与探索 2 0 0 7 2 6 8 1 4 8 1 5 0 8 李玲 电工电子实验教学中心建设与实验教学改革 J 陕西 师范大学学报 自然科学版 2 0 0 8 3 6 1 1 1 5 0 1 5 2 9 魏伟 魏凤婕 加强实验教学示范中心建设 培养创新型人才 J 实验室研究与探索 2 0 0 7 2 6 8 6 9 7 1 1 0 郑春龙 胡惠君 省级实验教学示范中心建设实践与思考 J 实 验室研究与探索 2 0 0 7 2 6 5 7 3 7 6 上接第5 1 页 实验类型更趋个性化 重视设计型实验 综合型实验 鼓励创新型实验 促使学生创造性的发挥 提高实验教 学的吸引力 4 构建计算机网络案例型实验课程体系 在实验教学实践中 我们注意到 实验内容不但要 有一定的顺序性和连续性 同时还要求研究问题的多 元化方法 实验往往由于所涵盖的内容和技巧而相互 关联 事实上 计算机网络实验课程涵盖了计算机科 学与通信工程理论 是一个内涵丰富的课程体系 这 个体系由一系列案例组成 我们可以将实验案例组成 若干专用目标的子系统 也可以集成为一个大的综合 系统 在实验体系中 要注重网络学科的知识和内容 同时应与学科的现状和发展相结合 有针对性地增加 学科前沿研究的实验项目 引进教学研究和科研成果 不断改革创新 图2 是我们构建的依托于图1 现实网 络模型建立的面向高端应用的实验体系 在图2 中 实验体系由局域网基础实验 广域网基 础实验 语音 视频实验 无线网络实验 信息安全实 验 因特网模拟实验6 部分组成 每部分都有多种专项 技术实验 例如 局域网基础实验有虚拟局域网 V L A N V T P 设计实验 生成树S T P 设计实验 以太网 通道 E t h e r n e tC h a n n e l 设计实验等 使学生能够更好 地理解局域网络的基本原理 技术及其应用 总而言 之 实验体系提供了针对计算机网络专项技术的原理 验证 应用模拟与操作实践 也包含了验证型 设计型 综合型和研究型的实验项目 既具有少量的基础网络 技术 又以先进的高端网络技术为主 实验体系从 局域网络 开始 到 广域网络 再到 I n t e r n e t 网 络 当中包括语音 视频 无线网络 网络安全 整个 课程体系完整再现了一个网络如何由简单到复杂的演 变过程 从而让学生在网络理论课程学习的过程中真 实体会和感受网络环境 通过对网络实验课程的建 设 建立以课程体系为核心 以案例为驱动 力求体验 实际场景 理论与实践教学内容相结合 充分发掘学生 的创新潜能 5 结语 计算机网络课程体系的建设是一项系统工程 构 建案例课程实验体系 丰富实验内容 十分迫切 以课 程体系为核心 开展实验案例教学 效率高 效果好 正 逐渐成为实验教学的主流 实践证明 建立完善的实 验体系 开展各类型的计算机网络实验 不单是对课堂 教学中的理论进行验证 更重要的是培养学生对计算 机网络硬件设施的基本操作技能 计算机网络协议运 行状况的分析能力 大型企业级计算机网络的设计和 管理能力 拓宽了学生的知识面 加强了学生对理论课 程的深入理解和感性认识 提高了他们的刨新能力以 及团队合作能力 参考文献 R e f e r e n c e s 1 林为伟 构建新型网络实验环境 J 福建师范大学福清分校学 报 2 0 0 8 5 3 4 3 7 2 赵崾 张蓉 赵文娟 虚拟机在网络实验中的应用 J 计算 机教育 2 0 0 8 1 6 3 6 3 7 3 阮晓龙 程万里 谷闪闪 等 计算机网络实验室建设与研究 J 中国现代教育装备 2 0 0 8 9 9 5 9 6 4 董文革 计算机网络课程体系的建设 J 教育与职业 2 0 0 8 1 1 8 0 1 8 1 5 陈树平 高师本科计算机网络课程体系结构的研究 J 计算机与 网络 2 0 0 3 1 0 4 0 4 1 6 方芸 高仲合 高博文 等 计算机网络实验教学改革 J 实验 室研究与探索 2 0 0 8 2 7 6 9 1 9 3 7 马楠 张姝 沈辉 在应用型大学开展计算机网络实验课程 的探索 J 实验技术与管理 2 0 0 6 2 5 1 1 1 0 0 1 0 3 8 朱容波 面向实践与刨新能力的计算机网络教改方案 J 科技信 息 科学教研 2 0 0 8 1 3 2 0 4 2 0 5 9 陈鸣 胡谷雨 周雷 等 计算机网络课程教学的思考与刨新 J 高等教育研究学报 2 0 0 9 3 1 2 6 6 6 8 万方数据 基于网络技术的计算机网络实验课程体系基于网络技术的计算机网络实验课程体系 作者 王盛邦 李晓宁 陈立文 WANG Sheng bang LI Xiao ning CHEN Li wen 作者单位 中山大学 东校区 教学实验中心 广东 广州 510275 刊名 实验室研究与探索 英文刊名 RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY 年 卷 期 2010 29 4 被引用次数 2次 参考文献 9条 参考文献 9条 1 陈鸣 胡谷雨 周雷 计算机网络课程教学的思考与创新 期刊论文 高等教育研究学报 2009 02 2 赵頔 张蓉 赵文娟 虚拟机在网络实验中的应用 期刊论文 计算机教育 2008 16 3 林为伟 构建新型网络实验环境 期刊论文 福建师大福清分校学报 2008 05 4 朱容波 面向实践与创新能力的计算机网络教改方案 期刊论文 中国科技信息 2008 13 5 马楠 张姝 沈辉 在应用型大学开展计算机网络实验课程的探索 期刊论文 实验技术与管理 2006 11 6 方芸 高仲合 高博文 计算机网络实验教学改革 期刊论文 实验室研究与探索 2008 06 7 陈树平 高师本科计算机网络课程体系结构的研究 2003 10 8 董文革 计算机网络课程体系的建设 期刊论文 教育与职业 2008 01 9 阮晓龙 程万里 谷闪闪 计算机网络实验室建设与研究 期刊论文 中国现代教育装备 2008 09 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 罗萍 丁中文 计算机网络 教学改革之我见 科技信息 学术版 2008 21 本文对计算机网络课程教学的现状和存在的问题进行了分析 并针时现在教学中存在的问题 结合教学实践 提出了相应的教学改革具体实施方案 从 而加强计算机网络课程的教学效果 提高课程教学质量 形成完整的计算机网络教学体系 2 期刊论文 张桂玲 李智超 孙娜 曲爽 Zhang Guiling Li Zhichao Sun Na Qu Shuang 以就业为导向下 计算机网 络 课程的教学改革 吉林广播电视大学学报2010 8 随着大学教育由 精英式 走向 普及式 教育 大学毕业生的就业面临较大困难 作为全国在校大学生人数最多的计算机及相关专业的就业形势尤为严 峻 本文基于以就业为导向下教学改革的客观要求 针对 计算机网络 课程的理论和实验等教学环节存在的主要问题 提出了不同改革措施 以期探索一种 新的 适应社会和企业需求的教学方法和模式 3 期刊论文 汪华斌 Wang Huabin 模拟技术在计算机网络教学改革中的应用 科技广场2007 9 理论学习的最终目的是要服务于实际应用 理论与实验相结合 路由协议实验是计算机网络课程教学中的一个重要部分 本文针对目前几种模拟器软件 的比较 提出一种计算机网络课程实验教学改革的方法 并就Netsim模拟器对多种路由协议的配置实例进行分析 以期对教学工作的展开具有一定的参考意 义 4 期刊论文 倪敏 王晨 NI Min WANG Chen 计算机网络双语教学改革与思考 光盘技术2008 9 计算机网络是一门比较适合于采用双语教学的计算机专业课程之一 本文从课程双语教学实践入手 探讨了专业课双语教学的定位及具 体实施 以便更好地开展专业课的双语教学 5 期刊论文 张卫东 刘志勤 贾浩 刘涌 基于学生科技团队的 计算机网络 教学改革 福建电脑2011 27 1 教学 偏重于理论 为考研和进一步的深入学习准备 还是偏重于应用技能培养 为就业打算 在总课时确定的前提下 是一个两难问题 本 文通过搭建学生科技团队平台 解决理论学习 应用技能培养以及学生创新能力的培养 大大提高了学生的就业率 6 期刊论文 滑翔 计算机网络 课程的教学改革 科教文汇2009