前言：尋找寫(xiě)作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來(lái)靈感，歡迎大家閱讀并分享。

［摘要］

計(jì)算機(jī)技術(shù)在生活之中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為了高校教學(xué)的熱門(mén)專(zhuān)業(yè)之一，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)又是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容。為了進(jìn)一步讓學(xué)生們了解網(wǎng)絡(luò)模型以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的關(guān)系，熟悉各個(gè)協(xié)議之間的作用，總結(jié)出相關(guān)協(xié)議分析工具和教學(xué)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)。文章基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)模型作為研究基礎(chǔ)，研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題，以期提升教學(xué)質(zhì)量和效果。

［關(guān)鍵詞］

TCP／IP；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；教學(xué)實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅Ｖ匾囊婚T(mén)生活技能，這都緣于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和教育的重視。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)作為信息安全、網(wǎng)絡(luò)教育的重要先導(dǎo)課程，其在高校專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中占據(jù)著非常重要的地位。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一直是課程教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)［1］。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一種抽象虛擬的知識(shí)，課堂教學(xué)中難以做到形象生動(dòng)教育，學(xué)生更是難以從根本上理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型。

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，很多學(xué)校采用專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，但是由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能非常復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果并不理想。專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)軟件分析雖然被廣泛用于日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，但是由于軟件分析不是實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，而是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)和分析，致使獲取的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，必須要具備專(zhuān)業(yè)分析能力才能夠做出數(shù)據(jù)判斷。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，其主要的教學(xué)目標(biāo)是采用實(shí)驗(yàn)方式來(lái)印證課堂理論，使得學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型有更深層次的認(rèn)識(shí)。即包含了監(jiān)理會(huì)話、終止會(huì)話、建立窗口、協(xié)議格式、流量控制等網(wǎng)絡(luò)操作。根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)以TCP／IP作為模型，研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。對(duì)于教學(xué)項(xiàng)目中獲取的數(shù)據(jù)，通過(guò)專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行分析，利用計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和數(shù)據(jù)采集［1］。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相關(guān)研究

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)作為網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)的重要組成部分，教學(xué)包含三個(gè)方面：1．協(xié)議分析類(lèi)實(shí)驗(yàn)；2．硬件配置類(lèi)實(shí)驗(yàn)；3．網(wǎng)絡(luò)安全類(lèi)實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)方面。硬件配置類(lèi)教學(xué)包含了綜合布線和設(shè)備配置實(shí)驗(yàn)等方面，硬件配置類(lèi)實(shí)驗(yàn)為軟件教學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)提供基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)安全類(lèi)教學(xué)主要包含了典型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和功能、路由器訪問(wèn)以及列表控制等方面教學(xué)。不同學(xué)校開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)置也存在著差異，根據(jù)自身學(xué)校的條件以及學(xué)校的專(zhuān)業(yè)設(shè)置情況決定課程內(nèi)容［2］。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)的時(shí)候常會(huì)借助一些第三方工具：

1．虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如OPNET和NS2等系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞抡婀δ堋⒕W(wǎng)絡(luò)通信以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真功能。

2．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具，如Nextray、Sniffer、Iris等工具具備撲捉數(shù)據(jù)包，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、封裝以及抽象概念講解與教學(xué)。

3．實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)開(kāi)發(fā)而設(shè)計(jì)，而實(shí)驗(yàn)平臺(tái)又分為具有網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的平臺(tái)和Web虛擬系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。教學(xué)手段常常借助上述三種工具，使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析辦法對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信展開(kāi)實(shí)時(shí)分析，但是缺點(diǎn)則是由于分析功能復(fù)雜造成學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，尤其對(duì)于專(zhuān)用的教學(xué)系統(tǒng)需要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)。雖然很多網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課堂設(shè)置都是從教學(xué)角度出發(fā)，但是還需要專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件體系支持。通過(guò)設(shè)計(jì)一組基于TCP／IP模型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以網(wǎng)頁(yè)做模型架構(gòu)基礎(chǔ)可以有效避免協(xié)議工具的復(fù)雜性和專(zhuān)用性限制，進(jìn)而設(shè)計(jì)出符合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的模型。

三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)理論，分為對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)程進(jìn)行功能界定和劃分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議課程的組織和設(shè)置均以網(wǎng)絡(luò)模型的分層結(jié)構(gòu)組織作為基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型主要有OSI模型和TCP／IP模型兩種［3］：

（一）OSI模型與網(wǎng)絡(luò)分層

OSI作為網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)模型，它分為七層，自上而下分別為：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層等幾個(gè)層次。網(wǎng)絡(luò)模型中每個(gè)層次功能均由相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成，OSI參考模型的時(shí)候也必須公布一系列的協(xié)議，但是這些協(xié)議無(wú)很好的發(fā)展空間。實(shí)際計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)過(guò)程中，使用TCP／IP作為最廣泛的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型，其在實(shí)際應(yīng)用中相當(dāng)多。

（二）TCP／IP模型和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

OSI模型中對(duì)于每個(gè)層次的功能都有定義，但是沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支撐，因此OSI模型結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中并無(wú)應(yīng)用。隨著目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)很多都是采用TCP／IP協(xié)議模型作為基本的試驗(yàn)教學(xué)模型。TCP／IP模型將網(wǎng)絡(luò)分為四個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、接入層、網(wǎng)絡(luò)層等幾個(gè)層次。TC／IP協(xié)議模型層次與OSI模型層次之間相互對(duì)應(yīng)，應(yīng)用層對(duì)應(yīng)OSI模型層次5～7層，網(wǎng)絡(luò)層則對(duì)應(yīng)OSI模型的傳輸層。TCP／IP模型各個(gè)層次的協(xié)議如圖1所示，TCP／IP模型中對(duì)于每一層的TCP／IP協(xié)議族定義了相應(yīng)的協(xié)議，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)該層次的網(wǎng)絡(luò)功能［4］。

四、基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型的實(shí)現(xiàn)

（一）應(yīng)用層HTTP協(xié)議與軟件通信實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信其實(shí)質(zhì)就是兩個(gè)系統(tǒng)程序之間完成通信，因此從程序的角度來(lái)講可以將系統(tǒng)程序分為有通信功能程序和無(wú)通信功能程序兩個(gè)方面。如Word處理器只能在本地運(yùn)行，不存在網(wǎng)絡(luò)通信功能；IE瀏覽器、MSN以及QQ等具有通信功能，這些均屬于網(wǎng)絡(luò)通信軟件。TCP／IP協(xié)議中應(yīng)用層主要在應(yīng)用軟件之中，需要生成要傳遞的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)通信原理可知每個(gè)層的功能都由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。利用Web瀏覽器搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，用戶必須向?yàn)g覽器發(fā)送URL，然后Web根據(jù)用戶命令將頁(yè)面信息傳輸?shù)娇蛻舳恕Ｕ麄€(gè)過(guò)程經(jīng)歷了網(wǎng)絡(luò)連接、終止、網(wǎng)絡(luò)尋址、域名解析等幾個(gè)具體流程［5］。

（二）傳輸控制以及傳輸層TCP協(xié)議實(shí)驗(yàn)

在TCP／IP模型之中，傳輸控制協(xié)議主要負(fù)責(zé)建立鏈接和終止鏈接、流量控制、可靠的傳輸層協(xié)議。應(yīng)用程序試圖進(jìn)行通信的時(shí)候，必須要請(qǐng)求TCP建立起通信，用于收發(fā)信息數(shù)據(jù)以及最后連接關(guān)閉等。TCP收到應(yīng)用層的請(qǐng)求之后建立起連接，然后將應(yīng)用層的協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和封裝，進(jìn)而得到TCP傳輸段，再傳輸給下一個(gè)層次。

（三）網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)尋址

網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)候，TCP連接全部都是雙工通信，并且在TCP段保證了通信雙方可以對(duì)彼此數(shù)據(jù)有一定了解，使得數(shù)據(jù)接收方可以對(duì)其進(jìn)行精確封裝和流量控制。TCP數(shù)據(jù)段調(diào)用IP協(xié)議并將其封裝成為IP包，IP包包含了源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)的IP。當(dāng)IP包經(jīng)過(guò)路由器時(shí)，路由器根據(jù)目標(biāo)地址IP將數(shù)據(jù)包從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并最終抵達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)［6，7］。

（四）數(shù)據(jù)傳輸和接入層協(xié)議

當(dāng)數(shù)據(jù)完成封裝之后，確保數(shù)據(jù)從源主機(jī)抵達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)之中數(shù)據(jù)的收發(fā)應(yīng)通過(guò)MAC地址來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)收發(fā)之前必須對(duì)其進(jìn)行封裝，然后再將其封裝成為數(shù)據(jù)幀，然后根據(jù)不同的數(shù)據(jù)幀封裝包裝上源主機(jī)MAC和目的地址以及常用通信MAC地址。值得注意的是若目的MAC地址不在本地MAC地址列表上，應(yīng)發(fā)送ARP廣播來(lái)獲取目的主機(jī)的MAC地址。若數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候需要獲取目標(biāo)地址的MAC地址，則分為兩種情況：

1．源主機(jī)地址和目的主機(jī)地址在同一網(wǎng)絡(luò)段，那么目的主機(jī)則可以接收到源主機(jī)的ARP廣播，并且在廣播中返回到MAC之中。

2．若目的主機(jī)和源主機(jī)不在同一網(wǎng)絡(luò)，那么此時(shí)的目標(biāo)主機(jī)將會(huì)無(wú)法收取源主機(jī)發(fā)出的ARP廣播，同時(shí)也不能夠返回MAC地址。此時(shí)源主機(jī)的網(wǎng)關(guān)將會(huì)應(yīng)答主機(jī)發(fā)出的ARP廣播，并返回MAC地址，最終實(shí)現(xiàn)鏈路層封裝，進(jìn)而將數(shù)據(jù)從源主機(jī)發(fā)到網(wǎng)關(guān)，然后通過(guò)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，最后根據(jù)數(shù)據(jù)封裝包中的目的IP從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐漸深入到人們的日常生活之中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程逐漸成為學(xué)校課堂教學(xué)的重要組成部分。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心，協(xié)議模型在教學(xué)過(guò)程中顯得非常抽象，而網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)往往屬于學(xué)生們的學(xué)習(xí)難點(diǎn)問(wèn)題。基于TCP／IP模型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)協(xié)議清楚直白地表示出來(lái)成為了課堂教學(xué)的難點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)化進(jìn)行分析，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)協(xié)議教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探討，為開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供借鑒。

作者：吳義三 單位：咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院

［參考文獻(xiàn)］

［1］陳健，吳海軍，徐煊．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析與開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)的一種新教學(xué)方法［J］．計(jì)算機(jī)教育，2011（10）：99－103．

［2］魯麗，廖劍鋒．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)———基于MSP430［J］．計(jì)算機(jī)教育，2015（10）：70－73．

［3］尹向東，陳旭日，張新林．Sniffer環(huán)境下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系協(xié)議實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．科教導(dǎo)刊（中旬刊），2015（4）：41－42．

［4］年梅，張?zhí)m芳．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與思考———以DH－CP協(xié)議實(shí)驗(yàn)為例［J］．中國(guó)教育信息化，2014（10）：71－74．

［5］田園，惠煌，李明楚．網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（11）：166－168，171．

［6］張翔，郭文生．基于PacketTracer的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)［J］．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012（6）：204－206，233．

［7］劉智勇，邢敏．計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（12）：94－96．