多方位工具综合使用的计算机网络课程实践教学改革

1、多方位工具综合使用的计算机网络课程实践教学改革 摘要:阐述了将多种工具应用到计算机网络课程实践教学的方法。这些工具的综合使用,可以提高学生实验效率,解决实验教学资源不足的问题,通过三个实验案例介绍了多方位工具在课程中综合使用的具体方法。结果表明,多种工具的综合运用对改进计算机网络课程实验教学具有重要价值。 关键词:协议分析;网络设备模拟;数据包构造;计算机网络;实践教学计算机网络课程在早期大多数采用传统的教学模式,在这种模式中,主要以课程教学为主,实验实训为辅。在整个教学过程中,由于网络理论知识的特殊性,造成学生对课堂讲授的知识一知半解,不能深刻理解其核心理论。许多高职院校以及面向非计算机专业

2、的教师在不断的教学实践中也关注了这个问题,并进行了有效的教学探索和改革1-3。整体上而言,在非网络专业的网络课程教学中淡化基础原理的讲解,因材施教,强化与应用联系较紧密的部分,如如何架设一个web服务器,如何在局域网中实现共享等。然而对于网络专业的学生来说,深刻理解TCP/IP、UDP、HTTP等网络通讯协议是其进一步深入学习网络知识的基石。但是这些多种多样的协议、数据包的类型以及数据包在网络中的传输过程都涉及网络底层,其定义的复杂和抽象性很难让学生像理解网络应用软件一样迅速掌握知识内容。并且这部分内容因为难以用直观的方法验证,所以现有的教学中大多仍沿袭原有的理论教学方式,导致学生排斥理论学习

3、。另外学生对构建网络、路由器配置、建立各种服务器部分的应用性内容具有非常强烈的兴趣,并且存在大量的在使用网络的过程中遇到的实际问题。但是大多数学校受限于网络设备的数量,大型路由器,交换机,无线接入点,服务器等网络设备不能满足学生的实际动手配置,因此,从一定程度上限制了学生对实际动手问题的理解。在长期的网络课程教学中,我们逐渐认识到这些问题可以通过引入各种网络工具的配合得到有效的解决。如在协议分析阶段,可以引入网络故障排除中的常用管理工具。在路由交换阶段,可以使用各种网络设备模拟工具帮助建立网络拓扑模型,模拟真实环境的配置。在网络安全内容中,可以引入数据包构造工具模拟病毒数据的攻击行为。 1计算

4、机网络教学辅助工具计算机网络教学的辅助工具主要有协议分析工具、网络设备模拟工具、数据包构造工具三大类。协议分析工具是在网络故障排除中常用的管理工具4 。其通过捕捉流经本主机及局域网网络环境中的所有数据包,然后对这些捕捉的数据包进行上层分析,进而得出关于网络流量等信息,为网络管理员做出某些决策提供证据。由于这种工具能够动态捕获网络流量,因此,如果将这种软件与计算机网络的理论教学结合起来,让学生能够真正看到网络中的数据包,把抽象的东西以直观的形式表现起来,能够加强学生对基础理论的理解,促进学生学习兴趣。网络设备模拟工具是替代真实设备进行网络配置学习的一个重要工具 5-6 。其使用软件来营造出一种虚

5、拟的实验环境,其中包含了实验所需要的路由器、交换机和各种连接方式,点击进入相关的设备即可进行操作。通过模拟软件可以在一台计算机上模拟出几台甚至是几十台路由器、交换机,用模拟出来的设备进行配置练习,学生上机不受网络设备的限制。数据包构造工具是用来对系统捕获的数据包进行编辑或者构造新的数据包文件的一种工具 7 。学生通过使用数据包构造器,可以构造各种特殊的数据包来测试网络的性能等问题。 2计算机网络实验的案例教学 2. 1Ethreal协议分析软件分析http数据包实验目的:了解HTTP协议的应用原理。实验原理:利用工具抓取http数据包并进行分析。实验平台:联网pc机、wirshark协议分析软

6、件8。实验步骤:进行捕获数据包的分析,通过分析理解HTTP协议如何进行建立连接,发送请求信息,发送响应信息,关闭连接。 (1)抓取http协议数据包启动ethereal以后,选择菜单Capature - Start。然后通过浏览器访问一台服务器地址(比如 www.Baidu. com,抓包前注意把系统缓存清空),当页面显示出来时,按一下stop,抓的包就会显示在面板中,如图1所示。图1利用wirshark抓取HTTP数据包 (2)分析建立连接过程图1展示了HTTP请求访问网页的过程。序号为67、69、70的数据信息显示了在初始过程中首先要通过TCP三次握手原则建立连接的过程。通过这几个数据包的

7、分析,可以给学生展示HTTP通讯是基于TCP协议的可靠传输,web服务使用的默认端口是80端口。同时还可以讲解TCP连接建立过程中的标志位的变化,使学生了解到三次握手过程。 (3)发送请求信息第71号数据包和第83号数据包是建立连接后向服务器发出http请求的数据包。该数据包解析中 HTTP协议发送请求信息的一些特征。从图中学生可以看到http的报文格式。根据图示讲解http请求报文,指出如下报文的作用。如: HTTP Command:/方法字段,说明其使用的是GET方法。 URI: /URL字段,发送请求至保存该网站的服务器。 HTTPVersion:/http协议版本字段,用是的http/

8、1. 1版本。 Accep:t/指示可被接受的请求回应的介质类型范围列表。 Accept-Language: /限制了请求回应中首选的语言为简体中文,否则使用默认值。 User-Agen:t /定义用户代理,即发送请求的浏览器类型为Mozilla/4. 0。 Hos:t www. baidu. cnrn/定义了目标所在的主机。 Connection: Keep-Alivern /告诉服务器使用持久连接。 (4)响应信息第75个数据包是服务器的响应包信息,从图1 可以看出,服务器在处理完客户的请求之后,要向客 134 郑娅峰,等:多方位工具综合使用的计算机网络课程实践教学改革户机发送响应消息。在

9、服务器给的回应请求中,我们可以从状态码中看到访问的相关信息。如序号为 84的数据信息返回了304 NOTModified的状态码是HTTP缓存技术的体现;序号75的数据信息返回了200OK状态码是服务器向客户机发送完毕的体现。 2. 2packet tracer模拟虚拟静态路由配置实验目的:掌握通过静态路由方式实现网络的连通性。实验内容:通过配置静态路由实现主机间的通信。每添加一条静态路由,就请观察路由表,查看路由表是如何发生变化的。实验平台:windows、packet tracer模拟器 9 。实验步骤: (1)在packetTracer中构建网络拓扑结构,如图 2所示。图2实验拓扑图 (

10、2)进行接口配置对路由器R1: R1(config)#interface fastethernet0/0 R1(config- if)#ip address 172. 16. 3. 1 255. 255. 255. 0 R1(config-if)#no shutdown R1(config-if)#exit R1(config)#interface Serial0/0/0 R1(config- if)#ip address 172. 16. 2. 1 255. 255. 255. 0 R1(config-if)#clock rate 64000 R1(config-if)#no shut 按照

11、拓扑图配置余下的R2和R3的接口。 配置主机PC上的IP地址及其网关。 (3)测试连通性从每台主机ping其默认网关,以此来测试连通性;使用ping命令测试直接相连路由器之间的连通性;使用ping检查非直接相连设备之间的连通性。提出问题这些ping命令全部都会失败。教师可给出原理解释。 (4)静态路由的添加在R3路由器上,配置通往172. 16. 1. 0网络的静态路由(使用R2的Serial0/0/1接口作为下一跳地址)。 R3(config)#ip route 172. 16. 1. 0 255. 255. 255. 0 192. 168. 1. 2 在R2路由器上,配置通往192. 16

12、8. 2. 0网络的静态路由。 (5)实验结果验证三台机器可以互相进行ping命令,测试网络连通性。 2. 3局域网攻击-arp欺骗实验目的:阻止指定计算机访问互联网。实验原理:向目标计算机发送错误的网关ARP 应答包。实验平台:windows、科来数据包生成器。实验步骤: (1)获取被攻击计算机MAC地址 “开始”-“运行”-输入“cmd”,在打开的命令行窗口中,输入“ping被攻击计算机IP”命令,再输入“arp -a”命令。命令的输出内容中,“192. 168. 1. 105”所在行的“00-19-21-ca-cc-37”,即被攻击计算机的MAC地址,如图3所示。图3获取攻击机器的mac

13、地址 (2)获取网关MAC地址 “开始”-“运行”-输入“cmd”,在打开的命令行窗口中,输入“ipconfig”命令,查看网关IP;如图: “DefaultGateway”所在行的“192. 168. 1. 254”即网关地址,再输入“ping网关IP”,输入“arp -a”,查看网关MAC地址。步骤如上。 (3)构造ARP欺骗应答包打开“科来数据包生成器”,点击菜单栏“编辑” -“新建”,在打开的窗口中,选择模板“ARP数据包”,再点击“确定”按钮。点击“数据包列表”中新 135建的数据包,在“详细解码编辑”中修改数据。具体内容如图4所示。图4数据包编辑界面 (4)发送欺骗数据点击“数据包

14、列表”中刚才修改过的数据包,再点击工具栏上的“发送”按钮;在打开的窗口中,选取“循环发送”,“0”次,延迟为“200”毫秒;点击“开始”按钮,即开始发送欺骗数据包。这样,被攻击的主机收到这个最新的ARP应答信息包后,就会用这个不正确的网关的MAC地址更新自己的ARP缓存表,以后就用这个错误的MAC地址进行封装,造成封装后的数据包无法正确到达网关。 (5)在被攻击机器上向网关发送ping命令,测试连通性。教师可解释为什么ping被攻击者机器不通,并用wirshark抓包工具在被攻击机器上抓包进行分析。 3总结学生通过对网络数据包的跟踪和分析,了解计算机网络技术的基本概念和原理。通过网络模拟器,可

15、随时随地进行网络实验,通过数据包构造工具,可以模拟网络病毒的运行机制,从而找出应对措施。将多种工具融合入计算机网络各个层面的教学中,对网络课程的教学起到了巨大的辅助作用。同时,利用这些工具所进行的教学方法改进将有助于提高学生对网络综合问题的理解和解决的能力10。 参考文献(References): 1黄艳琼,梁俊.计算机网络课程实验教学改革探索J.计算机教育, 2009(2): 62-63. 2蔡久评,黄建华.高校计算机网络实验教学模式研究J.江西科技师范学院学报, 2009(6): 124-128. 3杨明.计算机网络实验教学改革与实践J.长春工业大学学报:高教研究版, 2009(4): 7

16、0-71. 4黄浩.将协议分析软件引入计算机网络教学J.攀枝花学院学报, 2009, 26(6): 109-112. 5王波,孙燚,周志伟.计算机网络实验综合模拟平台的研发 J.计算机教育, 2009(3): 54-57. 6谢慧,聂峰.基于BosonNetsim的计算机网络仿真实验教学研究J.实验技术与管理, 2007, 24(5): 89-91. 7AngelaOrebaugh,GilbertRamirez, Jay Beale. W ireshark& Ethe- realNetwork ProtocolAnalyzerToolkitM. Burlington: Syngress Pre

17、ss, 2006. 8李康乐.模拟技术在计算机网络实验教学中的应用J.经济研究导刊, 2010(2): 207-208. 9崔北亮.CCNA认证指南M.北京:电子工业出版社, 2009. 10刘艳芳,张力军,曹庆华,等.在计算机网络实验教学中的体会和思考J.计算机教育, 2009(3): 89-91. 收稿日期:2011-01-05 修改日期:2011-03-16 作者简介:郑娅峰(1979-),河南洛阳人,硕士,讲师,研究方向为分布式系统和计算机网络。 (上接132页) 源和用户权限,增加计算机系统的安全性和用户操作的方便性,极大降低机房维护的工作量,促进教学工作更加高效。在中医药类院校目前的机房管理模式下,引入活动目录和组策略架构,将会使得机房管理工作更加科学化、规范化和自动化。参考文献(References): 1胡岚.W indows Server2008之活动目录域服务J.软件导刊, 2009, 8(4): 22-23. 2高升,邵玉梅. W indows Server 2003系统管理M.北京:清华大学出版社, 2007. 3杨文旦.基于活动目录的企业级计算机资源管理体系研究 D.昆明:昆明理工大学, 2008. 4胡建军.基于UML的活动目录研究与设计D.兰州:甘肃理工大学, 2008. 5朱晓晨.组策略在机房管理系统中的应用D.哈尔滨: