TCP/IP协议分析是计算机专业学生学习的重要课程, 其中最重要的核心内容就是对于网络协议体系的学习, 其中涉及到了网络环境发展过程中出现的各种相关抽象的理论与概念, 是非常复杂的体系结构。
一、目前实践环节中存在的若干问题
通过对目前很多高校在实验环节使用的网络协议的仿真教学系统或单平台的网络协议分析器, 这两类教学工具的研究, 可以发现前者主要包含一个协议编辑器。按照指定流程进行的方式不能使学生充分参与到编程环节, 同时该类网络协议仿真教学系统或平台多是进行硬件绑定的, 无法直接移植, 造成学生课后练习比较困难。
而另一类的单平台的网络协议分析器, 主要使用Wireshark这类开源的网络抓包分析软件, 用WinPCAP作为接口, 直接与网卡进行数据报文的交换, 从而实时捕获或过滤数据包, 进行数据的统计分析。利用这类软件分析辅助学生对网络层次关系和协议原理的理解, 但是由于缺乏对网络报文的相关操作, 比如编辑报文、发送报文以及进行TCP封装, 学生就会对涉及到网络数据帧的开始到结束的环节无法整体把握。
二、改革方案设计和解决问题的方法
针对TCP/IP协议分析这门课程中主要包含的网络基础实验、网络设备配置实验、网络协议实验三大部分, 将国内外知名的开源软件和企业开发的实验平台进行有机整合, 引入到实验教学领域, 为学生搭建可分析、可参与的学习平台, 激发学生设计开发的能力, 从而提升网络实验教学效果。
为调动学生的学习兴趣, 加深学生的知识理解, 本文将计算机仿真技术以多平台的方式应用于高校网络协议实验教学中, 为学生创建学习平台, 提升实验教学水平。
(一) 课程的模块化处理
将《TCP/IP协议分析》实验课程按照性质分成基础实验、配置实验、协议操做分析三个实验模块。
基础实验部分利用CMD平台完成常用网络命令的操作练习, 使学生可以掌握网络故障排查, 调试网络连接的能力。配置实验部分可以利用packet和Tracer实验平台完成, 使学生掌握创建局域网, 跨交换机实现局域网间路由设置等方面的能力。协议操做分析部分利用网络编辑器和协议分析器来实现, 网络编辑器可以完成对数据包的编辑和修改, 使学生了解网络行为的全过程;网络协议分析器可以在接受数据的同时, 对各层pdu格式进行全面的分析。
通过三个模块的整合分配, 知识模块层层递进, 形成一套完整的《TCP/IP协议分析》实验课程教学体系。
(二) 仿真编辑器与协议分析器、采集器的使用
将计算机仿真技术应用到课程实验教学中, 构建一个包含网络协议仿真编辑器、网络协议分析器和数据采集器的网络协议仿真系统。编辑器可以实现常见的报文, 比如arp、ip、icmp、tcp等报文的编辑与发送, 并且可以支持控制发包的速率。在学生完成了各种比如流控制、抓包等各种配置后, 可以将其保存为一个配置文件。下次上机操作时, 启动软件, 配置文件会自动打开 (见图1) 。
Wireshark是目前广泛使用的网络协议分析工具, 它能够实时地捕获网络上各种数据包, 并且将包中每个域的细节显示出来。可以将捕获到的数据进行详尽的描述, 如被捕获的时间, 源和目的的ip地址、所属的协议类型, 以及包的类型等信息。从以太网帧的首部到该包中的负载内容, 每个域的信息都可以准确地显示。同时还有捕获数据包的16进制和AsCii表示, 帮助了解包的本来样式。另外, 本课程属于高年级本科生的网络技术基础课程, 所以现阶段的学生已经储备了一定地设计程序的能力。在实验环节中, 可穿插轻量级的网络编程操作。比如, 为了实现采集tcp协议运行过程中的收发数据, 可以运用C#, 将数据的采集作为一次作业题目。通过对Socket的Send方法的操作练习, 让学生能更好的感知端口、数据发送、异步、同步等若干个具体的概念。
(三) 网络协议仿真教学系统的构建
最后, 将编辑器、分析器和采集器放到.net开发的教学平台上, 实现课堂资源的整合。前端功能包括网站首页、动态新闻、在线学习、在线测试、答疑中心和后台管理, 还可以选择在线测试。后台功能包括系统管理、网站功能管理和论坛功能管理等功能。 (见图2)
三、结束语
综上所述, 在网络协议的教学环节中, 将开源的编辑器、分析器和采集器进行整合利用, 合理地将其放置在教学实验的不同模块中, 有利于学生对于抽象知识点的理解, 并可以灵活的完成课后练习。将各种资源整合在教学互动平台上, 加强了学生的学习效果和积极性。这种整合并优化的设计思想, 值得在同类课程中推广并应用。
摘要：《TCP/IP协议分析》是计算机及其相关专业的重要专业课程, 旨在打造学生的网络设备设计开发的能力。目前很多高校在实验环节使用的是网络协议的仿真教学系统或单平台的网络协议分析器。按课程内容的特点及侧重点, 将实验部分进行模块化整合。同时, 将网络上开源的仿真编辑器与协议分析器引用到课堂中, 优化硬件绑定的网络协议仿真系统的无法移植性。搭建网络协议仿真教学平台, 实现教学资源的可视化分享。
关键词：仿真技术,多平台,网络协议,实验教学
参考文献
[1] 谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社, 2013.
[2] 黄安安, 陈潮, 杨雪.多平台下网络实验教学设计与实现[J].软件导刊, 2017 (5) :22-24.
[3] 谢钧, 谢希仁.计算机网络教程[M].北京:人民邮电出版, 2014.
[4] 田园, 司伟生, 韩瑜.计算机网络基础:因特网协议原理与实现[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[5] 蒋一川.网络协议仿真教学系统的设计与实现[D].长春:吉林大学, 2007.