ｌ ＥＤＵＣＡＴＩｏＮ／才 Ｊ ＰＥＲＳＯＮ，ｕｃ矧。Ｎ￣“计算机网络’’实验教学研究 摘要：“计算机网络”是计算机专业核心课程之一，本课 程的实验教学效果直接关系学生能否正确理解、掌握计算机网 络的基本理论与应用技能。针对教学实际，结合自己及实验室 案，同时设计了相关实验项目，供同行交流参考。 计算机网络实验室的设计 我校计算机网络实验室建设规划始终坚持“统筹规划、高 同事多年的工作经验，给出了计算机专业网络实验室的设计方 效发展、合理布局、完善功能、资源共享、优化服务、提高效益”－ ．的指导思想，努力构建与人才培养目标相适应的教学体系，实 现了以点带线、以线带面的建设初衷。 计算机网络类课程强调理论教学与实践环节的紧密结合， 应突出学生创新精神和创新能力培养，打破实验严重依赖于理 关键词：计算机专业计算机网络实验室设计实验项目 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ｂ 引言 一论课程，各门课程的实验教学内容相对孤立的教学体系，在与 理论教学协调统一的基础之上，建立相对独立的实验教学体系。 般高校计算机科学与技术专业开设的计算机网络课程主 在实验教学体系框架设计中，将实验教学分为基础实验教学、 要有“计算机网络原理”、“网络工程”、“网络安全”以及近来 技能提高教学和实验创新教学等三个层面综合考察，提出了以 处于研究热点的“传感器网络”等课程，我们将这几门课程归纳 验证型实验为基础、设计型实验为导向、综合型实验为目标的 为计算机网络类课程。计算机网络是计算机专业核心专业课之 实验教学新理念。实验教学的体系结构如图１所示。 一，它的教学目标是培养掌握计算机网络基本原理、体系结构、 协议结构 能够进行网络系统规划、设计、建设和维护的专业 技术人员。学生通过计算机网络实验课程的学习，可以提高计算 机网络方面的技能。计算机网络又是一门实践性很强的专业课 程，其实验教学与实践环节不仅仅是对理论教学的深化和补充， 而且对培养学生综合运用所学知识，解决实际问题的能力，也起 着非常重要的作用。 各个高校计算机专业在网络理论课程的教学内容上大同小 异，网络实验教学的方法和手段却不尽相同。网络实验课程有 着与其它传统计算机专业实验课程不同的特点，因为它不同于一 般的实验教学，只需要提供一个软件环境或单个实验箱就能进行 编程、测试，以完成正常的教学实验。计算机网络实验一般需要 一定的网络环境，包括网络硬件和软件及其它配套条件，投资 图ｌ网络实验教学体系 较大，管理较难，因此很多高校在网络课程实验教学方面常采取： 教师用仿真软件作演示实验，使学生有个感性认识；让学生参 观己经建设好的网络环境ｆ如实验室局域网、校园网或其它企事 业网）；甚至有的还只能让学生进行一些简单互联网应用软件的 具体设计方案： １）网络实验室整体面积不低于１２Ｏ平米，按照国家相关的 使用。实验教学没有取得应有的作用，理论教学结束后，学生根 强电、弱电标准设计好强电、弱电接口：配制好投影、幕布等 本不能进行网络的组建、测试、维护，网络原理的理解也只是建 多媒体教学设施；２）将整个区域沿墙壁四周均匀分成１５个网络小组，每次 立在理论上，与实际应用根本无法建立联系。 近几年来，我们根据本校的实际环境，针对网络实验教学 可接收１至２个班进行实验教学；３）每组配置一台标准图腾机柜，６台ＰＣ机环绕机柜放置， 的特点，从多方面进行了有关的探索，并取得了一定的成效。 ６台网络原理实验仪器放在电脑桌上，图腾机柜内放置：一台两 ２００５年我校计算机专业实验室获得“中央与地方共建实验室” 层交换机、两台３层交换机、两台路由器（支持ＩＰＶ６）、一台硬 项目的资助，２００７年我校计算机专业实验室获批为“江苏省省 级示范实验教学中心”立项资助，并且均已顺利通过中央与省 件防火墙、一台语音网关、一台胖无线基站、一个无线传感器 节点设备； 级专家组的验收。 ★基金项目：南京工业大学２００９—２０１ ０年度校级开放项目。 ８４ ［－ ，Ｅ：ｉ ＿ｉ ￣Ｚ８Ｈ Ｅ ｊ ２Ｄ１Ｄ．口日 ＰＥＲＳＯＮＩ ＥＤＵＣＡＴＩｏＮ Ｉ ４】用两层交换机将每个小组构成一个独立局域网络，ＰＣ机 并通过ｒｏｕｔｉｎｇ ｔａｂｌｅ的设定，让学生学习路由器（ｒｏｕｔｅｒ）的运 安装多操作系统；可根据实验的需要自行选择ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ、 作模式及原理。 Ｅｘｐ ３：ＴＣＰｖｓ ＵＤＰ Ｗｉｎｄｏｗｓ ２００３、Ｓｏｌａｒｉｓ ｆｏｒ ｘ８６。整个实验室配置两台服务器， 分别运行Ｗｉｎｄｏｗｓ ２００３和Ｕｎｉｘ网络操作系统： 当提供ＡＤＳＬ等常用的宽带接人设备； 目的：学习ＴＣＰ及ＵＤＰ的协议机制，掌握ＴＣＰ及ＵＤＰ的 ＵＤＰ处理网络流量的效能。 ５）通过光纤接口将整个计算机网络实验室接人互联网，适 工作原理。用自行设计的流量控制规则来测试与比较ＴＣＰ与 ６）每小组提供一套硬件设备（压线钳、双绞线、水晶头、 摘要：ＴＣＰ协议将ｌＰ层提供的不可靠的，尽力而为（ｂｅｓｔ 网络测试仪、工具刀）和软件包； ｅｆｆｏｒｔ）的网络服务转变成可靠的服务。ＴＣＰ协议采用三次握手 ７）将计算机网络布线、组网、安装、测试、管理等流程知 机制建立连接。因为ＴＣＰ提供的可信任的连接方式，所以应用 识用图例的形式设计好，布置在实验室四周的墙上，供学生上机 程序不需考虑封包遗失、封包错误或封包排序的问题，但ＴＣＰ 实验时参考。 不一定是某些应用程序的最佳协议，例如：需及时数据交换的 影音传输应用程序，使用ＴＣＰ协定反而会效果不佳。实验中透 过ｌＴＳ里的ＧＵＩ接口工具ＦｉｌｅＴｒａｎｓｆｅｒ，分别在有网络拥塞的状 ２、“计算机网络”课程实验项目的设计 况下，传送同一个文档，比较ＴＣＰ与ＵＤＰ的特性。 按照计算机专业教学的需要，本课程的全部实验都可在计算 机网络实验室内完成。结合教学实际，共设计了四大类实验。 ２．１计算机网络原理类 Ｅｘｐ ４：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ＷＷＷ通信 目的：了解ＨＴＴＰ在ＴＣＰ上的应用。 摘要：本实验将介绍因特网中，一般使用者取得网页信息所 这部分内容传统的讲授方式是教师课堂上ＩＳｏ／ｏＳｆ ７层模 遵从的超文本传输协议（ＨＴＴＰ，Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）。 型及ＴＣＰ／ｌＰ模型的介绍，基本不做实验或教师利用抓包软件如 利用ｌＴＳ里的ＧＵｌ接口工具ＴＣＰ Ｓｅｓｓｉｏｎ，学生可下达ＨＴＴＰ指 Ｓｎｉｆｆｅｒ作少量的演示性实验，使得学生对基本原理有一感性的 令去完成一般的网页信息取得的工作，并由此了解Ｈ丌Ｐ的工作 认识。由于没有系统性的实验体验往往理解不够深入，缺乏整 方式。 体性和系统性的理解和掌握。我校由于与台湾朝阳大学等高校 ２．２计算机网络工程类 有着多年学术交流的缘故，于２００５年引进了台湾掌宇科教仪器 设备有限公司的ＩＴＳ一１０１设备，它是以ＡＲＭ９开发的一个嵌入 Ｅｘｐ ５：交换机应用实验 目的：熟悉Ｃｉｓｃｏ／Ｈ３Ｃ交换机操作系统的基本使用，了解 式系统，配备用Ｊａｖａ开发的教学辅助软件专门用于网络原理 基本命令的使用方法：交换机ＶＬＡＮ分配实验。 类课程实验和实习，四年下来受到师生们的普遍认可。现列举 摘要：认识交换机的软硬件构架，掌握用ＣｏＮＳｏＬＥ口、 我校计算机专业常开设的实验项目： ＴＥＬＮＥＴ、ＷＥＢ等方法登录交换机，进行ＶＬＡＮ分配实验：ａ）单 Ｅｘｐ １：以太网数据的观察与传送 交换机ＶＬＡＮ分配实验ｂ）两交换机ｔｒｕｎｋ实验，完成ＶＬＡＮ包 的跨交换机传递。 Ｅｘｐ ６：路由器应用实验 目的：了解基本以太网络的信息交换并观察其结果。 摘要：本实验利用使用者自定义的规则传送和回应以太网 数据包，并凭借ＧＵｌ工具或ＭＤＤＬ协议编程语言传送数据包， 让学生分别以发送者和接收者的身份观察以太网封包的运动。 Ｅｘｐ２：网络层ｌＰ路由实验 目的：熟悉路由器操作系统的基本使用，了解基本命令的 使用方法：掌握静态、动态路由的配置规则。 摘要：认识路由器的软硬件构架，掌握用ＣｏＮＳｏＬＥ口、 目的：通过较为复杂的绕送（ｒｏｕｔｉｎｇ）状况，深入学习 ＴＥＬＮＥＴ、ＷＥＢ等方法登录配置路由器，熟悉路由器操作系统的 ｒｏｕｔｉｎｇ的原理。 基本使用，了解基本命令的使用方法；静态路由及缺省路由配 摘要：本实验将介绍英特网中ＩＰ绕送的基本算法及规则， 置实验；ＲＩＰ路由配置实验；ＯＳＰＦ路由配置实验。 ２１１１０．口日 Ｅ：Ｕ ￣：Ｉ Ｌ４Ｅ ２： ：ｉ１ ８５ Ｉ ＥＤＵＣＡＴＩｏＮ 才 ｕｃ。ＮＥｘｐ ７：规则路由实验 程控制工具；掌握远程控制攻击的防范措施。 ＰＥＲＳＯ Ｎ ／￣目的：了解访问控制列表ＡＣＬ基本命令，掌握其配置步骤。 摘要：特洛伊木马技术在网络攻防中作为一种远程控制技 摘要：ＡＣＬ（Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｓｔ，访问控制列表）是用 术，具有鲜明的代表性。本实验将以特洛伊木马为例，详细介 来实现流识别功能的。网络设备为了过滤报文，需要配置一系 绍网络攻防中远程控制技术所采用的植人、自启动、隐藏技术 列的匹配条件对报文进行分类，这些条件可以是报文的源地址、 以及远程控制所能实现的功能。 目的地址、端口号等。当设备的端口接收到报文后，即根据当 Ｅｘｐ １ ２：特征匹配检测实验 前端口上应用的ＡＣＬ规则对报文的宇段进行分析，在识别出特 目的：理解ＮＩＤＳ的异常检测原理：了解网络异常事件：理 定的报文之后，根据预先设定的策略允许或禁止该报文通过。 解入侵检测系统对各种协议“攻击”事件的检测原理；了解入 Ｅｘｐ８：基于ＩＰＳｅｃ的ＶＰＮ实验 目的：采用ＩＫＥ方式建立ＩＰｓｅｃ安全隧道，掌握其配置方法。 侵规则的配置方法。 摘要：本实验需要完成的内容：配置入侵检测规则；通过 一摘要：ＩＰＳｅｃ支持ＩＫＥ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｋｅｙ Ｅｘｃｈａｎｇｅ，因特网 些常用的网络客户端操作，判断已配置的规则是否有效，并 密钥交换），可实现密钥的自动协商功能，减少了密钥协商的开 销。可以通过ＩＫＥ建立和维护安全联盟的服务，简化了ＩＰｓｅｃ的 使用和管理，方便实现基于隧道模式的ＶＰＮ。 Ｅｘｐ ９：ＩＰｖ６和ＩＰｖ４双栈实验 目的：组建局域网，实现ＩＰＶ６和ＩＰＶ４共存的网络环境。 摘要：利用实验室现有支持ＩＰＶ６的网络设备Ｈ３Ｃ ＭＳＲ２０—２０两台、交换机及ＰＣ机组建局域网，同时运行ＩＰＶ４ 和ＩＰＶ６，测试网络互通，体验ＩＰＶ６运行的网络特性。 ２。３计算机网络安全类 本课程实验教学目前主要采用上海交大网络安全系统，该 系统是上海交通大学在国家科技部“十．五”８６３计划信息安 全重大项目《信息安全工程实践综合实验平台系统研究与集成》 的支持下研发的。在该系统下，可演示和运行多项网络安全实验， 全面支持计算机专业人才培养、科研、安全产品研发及仿真测 试等服务。 Ｅｘｐ １０：ＤＥＳ单步加密实验 目的：掌握ＤＥＳ算法的基本原理；了解ＤＥＳ算法的详细步骤 摘要：掌握ＤＥＳ算法的原理及过程；完成ＤＥＳ密钥扩展运 算；完成ＤＥＳ数据加密运算。 Ｅｘｐ １ １：远程控制实验 目的：掌握远程控制攻击技术的原理 学会使用常见的远 ８６ Ｅ－ ．Ｅ：Ｕ ＨｇＩ ＨＥ ！；Ｉ Ｅｒｌｌｒ１．ｒｉｂ 查看相应的入侵事件，对比不同规则下，产生的不同效果。 Ｅｘｐ １３：网络炸弹实验 目的：了解网页恶意代码的基本概念；实验一个简单的“炸 弹实验”。 摘要：网页恶意代码确切的讲是一段黑客破坏代码程序， 它内嵌在网页中，当用户在不知情的情况下打开含有病毒的网 页时，病毒就会发作。这种病毒代码镶嵌技术的原理并不复杂， 所以会被很多怀不良企图者利用，使非常多的用户遭受损失。 通过实验对病毒防范中的防范方法进行测试并思考，能否提出 新的防范方法 ２．４传感器网络类 本课程实验目前主要为研究生和高年级的本科生专业选 修课教学服务，可作为单片机、微机原理、通信、无线网络等 课程的后续课程，有非常好的知识延续性和实践性。实验项 目主要分为５大类：基础实验；ＷＳＮ节点的研究实验；ＩＥＥＥ ８０２．１ ５．４研究实验；Ｚｉｇｂｅｅ特性研究实验：Ｚｉｇｂｅｅ特性实践 实验。作为一门从２００８年新开设的实验教学课程，我们也在 不断的学习、探索、总结实验教学方法，以期更好地服务于教 学的需要。 经过多年的教学实践，学生对实验教学有着良好的评价， 同学普遍评价较好，加深了对网络原理的认识，提高了他们的动 手能力。在每学期“学生评教”和教学督导的检查中，９５％以 上的任课教师均得到了优良的评价。总之实验教学改革需要与 实验室建设相结合，充分结合当前国内市场的典型应用，跟进网 络技术和网络设备更新的节奏，计算机网络实验教学可以取得更 好的效果。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１】陈辉，周自立网络安全实验中关于网络监听的实现［Ｊ］实验室研 究与探索２００９，２８（５）：７２－７４ ［２】刘爱华，曾立庆，肖俊芳．信息管理与信息系统专业计算机网络 实验教学研究ｆＪ］实验室研究与探索２００８，２７（１２）：９６－９７ 【３】符发，邢诒杏，陈静．计算机网络实验教学改革［Ｊ］．实验科学与 技术，２００７（５）：８０－８３． ［４】王绍 ．“计算机网络”课程实验教学探讨【Ｊ】实验室研究与探 索２００５，２４（１）：６５－６７ ［５］５游胜．网络工程实验教学的研究与实践【Ｊ】实验室研究与探索 ２００５，２４（３）：４４－４６ 【６】叶宝兴，毕建杰，张锐．积极探索新模式、多形式开放实验室【Ｊ］． 实验室科学，２００７（２）：６－９． 【７】郑家茂．对大学实验教学若干问题的分析【Ｊ］．实验室研究与探 索，２００７，２６（１０）：１－２，５． 作者简介： 周洪宝，工程师，研究生，工学硕士，研究方向：计算机网络入侵 检测及应用。单位：南京工业大学电子与信息工程学院实验中心。