摘要：針對當前計算機網絡實驗教學存在的問題，本文提出將計算機網絡實驗體係劃分為基礎原理實驗、實踐配置實驗、探索性實驗三個層次的實驗設計方案，分別采用網絡協議分析器軟件、交換機和路由器、網絡仿真器NS2來實現，旨在幫助學生夯實理論基礎、提高學生實際動手能力、拓展學生的創新能力和科研能力，從而切實提高計算機網絡課程的教學質量，並為計算機網絡實驗的研究提供參考。
關鍵詞：計算機網絡實驗；多層次；網絡協議分析器；網絡仿真器
隨著計算機網絡技術的迅猛發展以及互聯網影響力日益增強，計算機網絡課程已成為國內外高等院校IT專業本科生和研究生普遍開設的課程。該課程具有學科交叉、實踐性強、網絡體係結構和協議抽象等特點，是一門較難學的課程。
目前，該課程的教學大多采用傳統的教學方法，“重理論、輕實踐”，特別是計算機網絡實驗教學，由於受到資金和網絡條件限製，多數學校難以建立設備先進、功能齊全的網絡實驗室，所以，目前網絡的實驗教學尚處於探索階段，實驗效果不如人意。有的學校用網絡軟件編程代替實驗，但教學進度和質量難以控製；有的學校利用動畫的形式模擬網絡協議的執行過程，供學生觀看，然而，學生無法實際參與；有的學校斥巨資建立網絡實驗室，卻隻開設路由和交換方麵的實驗，實驗內容單一。計算機網絡實驗課程沒有起到應有的作用，造成學生理論基礎不紮實、實際操作能力不強、創新和科研意識薄弱。因此，科學合理地設計好計算機網絡實驗教學體係對提高計算機網絡的教學質量至關重要。為此，一些教師對此問題進行了較為深入的探索和研究[1-3]。
筆者建議將計算機網絡實驗劃分為基礎原理實驗、實踐配置實驗、探索性實驗係列三個層次，形成一套多層次的計算機網絡實驗體係，幫助學生夯實理論基礎、提高實際動手能力、拓展創新能力和科研能力，從而切實提高計算機網絡課程的教學質量，為社會培養更多“厚基礎、寬口徑”的計算機網絡專業人才。
1計算機網絡實驗體係的層次劃分
本設計將計算機網絡實驗分成三個層次，即基礎原理實驗係列、實踐配置實驗係列、探索性實驗係列三個層次，如圖1所示。三個層次的實驗係列內容、實現、實驗目的各不相同，各有側重。
1.1基礎原理實驗係列
基礎原理實驗中采用網絡協議分析器軟件對互聯網的TCP/IP協議棧中的所有重要協議進行分析。
網絡協議分析器將網卡設置為混雜模式，動態地捕捉網絡運行過程中流經所在主機網卡的所有數據包，並通過圖形界麵顯示這些數據包的信息，用戶可以查看到網絡通訊數據包中每一層協議的詳細內容。Ethereal、Sniffer Pro等都屬於這一類軟件。學生利用網絡協議分析器可以觀察協議之間交換的報文序列，了解協議運行的細節，並可以針對某種協議的特定性能進行測試。
比如在教材[4]上介紹的TCP的擁塞控製策略為“慢啟動、擁塞避免、快速重傳、快速恢複”的經典算法，而Internet實際采用的TCP的擁塞控製策略是在經典算法上作了大量的改進。在實驗中，學生利用TCP協議傳送數據，同時啟動網絡協議分析器捕獲該通信過程收發的數據包，再利用分析器提供的畫圖工具，就能觀察到實際的TCP的擁塞控製策略的一個數據樣本，進而可以分析該策略對經典算法作了哪些改進。該實驗係列將指導學生對TCP/IP協議棧中的HTTP、FTP、DNS、TCP、ICMP、IP、ARP等協議進行逐一分析，由於所有實驗數據都來自於真實的互聯網訪問過程，從而將複雜抽象的網絡協議與實際應用結合起來，必將加深學生對理論知識的理解。而且網絡協議分析器本身就是一個網絡故障、性能和安全管理的有力工具，學生可以通過使用它來提高發現和解決實際問題的能力。