摘要：針對計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)存在知識點分塊的問題，提出解決辦法。在課程結(jié)束前，對計算機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容進行總結(jié)和綜合，包括構(gòu)建與配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、將IP地址及其相關(guān)問題聯(lián)系在一起、理解兩種服務(wù)和從數(shù)據(jù)傳輸過程理解系統(tǒng)，通過穿插、聯(lián)系和系統(tǒng)方法，使學(xué)生計算機網(wǎng)絡(luò)課程知識系統(tǒng)化。
　　關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；課程；知識；系統(tǒng)化
　　
　　
　　計算機網(wǎng)絡(luò)課知識很多，而且錯綜復(fù)雜，教材一般是將計算機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容按“塊”組織并展開的，如計算機網(wǎng)絡(luò)概述、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。同樣，授課一般也是依教材的內(nèi)容和次序進行組織，一塊一塊內(nèi)容、一堂課一堂課講解，因此，學(xué)生積累的是點，最多也就是面的知識，而計算機網(wǎng)絡(luò)是一個系統(tǒng)，學(xué)生僅僅掌握面的知識不是課程的目的，把面的知識變成立體的知識并形成系統(tǒng)，知識才能活起來、才能有用。
　　目前，計算機網(wǎng)絡(luò)課程教材均沒有對計算機網(wǎng)絡(luò)知識進行梳理、總結(jié)的內(nèi)容。在計算機網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容介紹完成后，對計算機網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容進行梳理總結(jié)很重要。通過教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)采用穿插、聯(lián)系和系統(tǒng)的方法能夠讓學(xué)生將學(xué)到的知識形成系統(tǒng)。
　　1構(gòu)建和配置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
　　1.1從簡單網(wǎng)絡(luò)及其配置說起
　　兩臺計算機通過雙絞線連接起來，說明雙絞線4根線的作用、水晶頭連線的做法、連通檢測工具，交叉線和直通線用法。兩臺主機配置IP地址、子網(wǎng)掩碼，用Ping檢查網(wǎng)絡(luò)是否連通，將文件夾作為共享資源。通過Ping命令的功能復(fù)習(xí)ICMP協(xié)議。
　　通過共享集線器或者交換機連接主機組成小的
　　局域網(wǎng)。結(jié)合本校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備，配置交換機的IP地址，配置VLAN，檢查VLAN配置是否正確。據(jù)此，介紹共享集線器工作原理、特點、工作的層、網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。介紹交換機工作原理、特點、工作的層，區(qū)分半雙工和全雙工工作方式，由交換機組成的VLAN工作原理、應(yīng)用場合。
　　在這個基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹以太網(wǎng)的組成、以太網(wǎng)的擴展(包括中繼器、網(wǎng)橋、集線器的級聯(lián))、高速以太網(wǎng)等。
　　通過路由器連接兩個局域網(wǎng)，結(jié)合本校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備，配置路由器的IP地址、靜態(tài)路由表，主機IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)。據(jù)此，介紹路由器的工作原理、路由表及其形成。進一步通過2個路由器連接3個網(wǎng)絡(luò)，其中中間是廣域網(wǎng)，并以此作為一個小的自治系統(tǒng)，配置路由器的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP。在這個基礎(chǔ)上，總結(jié)自治系統(tǒng)及其內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP。
　　如果有可能，可以對幾個典型的網(wǎng)絡(luò)案例進行分析[1]。
　　1.2從接入互聯(lián)網(wǎng)談起
　　通過本地IP地址和全局IP地址，引入代理服務(wù)器、NAT和VPN。分別介紹它們的工作原理、應(yīng)用場合、上網(wǎng)的特點。
　　通過家庭上網(wǎng)，介紹ADSL工作原理、連接方法。介紹家庭無線路由器工作原理、連接方法、上網(wǎng)的特點。
　　介紹一個單位網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成，包括拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、設(shè)備配置、結(jié)構(gòu)化布線方案和接入因特網(wǎng)方法。拓撲結(jié)構(gòu)主要突出星型結(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)主要突出雙絞線和光纖。以自己熟悉的當(dāng)前運行的單位或者政府(例如區(qū))網(wǎng)絡(luò)為例進行分析。通過碰撞域和信號不失真?zhèn)鬏斁嚯x解析采用傳輸介質(zhì)的最大長度。
　　介紹工業(yè)現(xiàn)場典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、拓撲結(jié)構(gòu)、設(shè)備配置。拓撲結(jié)構(gòu)主要突出總線結(jié)構(gòu)，同時介紹RS485和CAN總線等。設(shè)備包括PLC、工控機和嵌入式裝置。
　　介紹本校校園網(wǎng)的構(gòu)成(包括校內(nèi)無線網(wǎng))、本城市內(nèi)校園網(wǎng)的連接、如何連入中國教育與科研網(wǎng)[2]。
　　2把IP地址及其相關(guān)問題聯(lián)系在一起
　　先提出下列問題：“如果學(xué)生宿舍兩臺計算機通過集線器連在一起，如果IP地址分別配置成192.168.1.1和192.168.2.1，這兩臺計算機是否無法打交道？”學(xué)生當(dāng)然是能夠回答的。但如果提出“計算機為什么要同時采用IP地址和硬件地址？”這個問題，有不少學(xué)生說不到位。課程總結(jié)時，通過第一個問題，復(fù)習(xí)IP地址的分類、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)號、主機號等。通過IP地址分類的缺限，介紹子網(wǎng)和超網(wǎng)(CIDR)原理、計算方法及其與它們有關(guān)路由器查找路由算法的變化。通過IP地址存在的問題，對IPV6主要特點作個介紹。
　　通過第二個問題，介紹IP地址用于找到目的主機所在的網(wǎng)絡(luò)，而在同一個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)鏈路層的幀傳輸，而幀采用是硬件地址(封裝在MAC 幀中稱為MAC地址)，通過ARP可以將目的主機的IP地址查到對應(yīng)的硬件地址。
　　關(guān)于計算機在廣域網(wǎng)中的地址，將最簡單的層次結(jié)構(gòu)地址與EUI-48地址進行對比，說明它們的共同點和不同點。
　　在由IP地址得到網(wǎng)絡(luò)號和主機號基礎(chǔ)上，引入單播、廣播、多播。通過上面的介紹，單播就不需要更多說明，主要是廣播和多播。關(guān)于廣播，說明IP地址如何表達廣播地址，硬件地址如何表達廣播地址，通過ARP給廣播舉例。關(guān)于多播，介紹IP使用D類地址支持多播，以太網(wǎng)多播地址表達方法以及它們的映射關(guān)系。關(guān)于多播其他內(nèi)容包括IGMP，因為內(nèi)容多，應(yīng)該專門梳理。
　　在介紹硬件地址和IP地址的基礎(chǔ)上，引入域名和DNS，域名需要說明域名樹型結(jié)構(gòu)，DNS需要說明它的作用、DNS服務(wù)器的分布、由域名查找對應(yīng)的IP地址的過程。從而形成了域名——IP地址——硬件地址系統(tǒng)知識鏈。
　　3為了提供更好的“服務(wù)”費盡心血
　　3.1理解兩種“連接”服務(wù)
　　計算機網(wǎng)絡(luò)從不同層面提供面向連接可靠的服務(wù)和無連接不可靠的服務(wù)，而且由此產(chǎn)生了很多相關(guān)問題，學(xué)生不易理解，認為交給目的主機的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該是正確的和完整的。為了進一步理解這兩種服務(wù)的特點，可以先大致介紹文件傳輸、IP電話等工作原理，讓學(xué)生明白，有些應(yīng)用到達目的主機的所有數(shù)據(jù)都必須是正確的和完整的，例如文件傳輸。有些應(yīng)用(例如IP電話)實時性比可靠性更重要，個別數(shù)據(jù)包丟失或者不正確并不影響它的使用。在這個基礎(chǔ)上進行總結(jié)，為了適應(yīng)不同應(yīng)用的需要，計算機網(wǎng)絡(luò)需要同時提供面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)。然后，從運輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層分別展開說明。
　　UDP和TCP是TCP/IP體系運輸層提供的無連接服務(wù)和面向連接服務(wù)，在應(yīng)用層，DNS、RIP、DHCP、SNMP、IP電話、流式多媒體通信等都采用UDP服務(wù)，而HTTP、FTP、SMTP、TELNET等都采用TCP服務(wù)。因為UDP是無連接服務(wù)，所以它報文格式首部比較簡單。TCP是面向連接服務(wù)，所以它報文格式首部非常復(fù)雜。TCP為了實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，傳輸前需要建立連接，連接成功才能進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸結(jié)束后需要釋放連接。為了可靠建立連接，需要3次握手。數(shù)據(jù)傳輸時，通過“窗口”協(xié)調(diào)雙方的傳輸節(jié)奏，通過檢驗和判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確，通過確認報文通知發(fā)送方已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)情況，等等。傳輸結(jié)束，需要雙向釋放連接。通過上面UDP和TCP數(shù)據(jù)傳輸穿插和比較，把許多概念聯(lián)系起來，區(qū)分開來[3]。
　　TCP/IP體系的網(wǎng)際層提供的是無連接的IP服務(wù)。
　　在數(shù)據(jù)鏈路層，以前非常流行的連續(xù)的ARQ協(xié)議是面向連接的可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，所以，需要包含建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接過程，幀頭部包含序號字段，用于描述當(dāng)前傳輸?shù)膸木幪柡徒邮辗綄κ盏降膸_認，用FCS字段表達數(shù)據(jù)檢驗，用確認幀告訴發(fā)送方接收的幀是否正確。而當(dāng)前流行的PPP協(xié)議的幀格式中沒有序號字段，因為它是無連接的傳輸協(xié)議。同樣，以太網(wǎng)也是采用無連接傳輸協(xié)議，所以，以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)和IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀格式都很簡單。實際上，無連接的傳輸協(xié)議并不一定就是不可靠的數(shù)據(jù)傳輸，像以太網(wǎng)本身傳輸很少出錯，由于協(xié)議簡單，所以網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率非常高。
　　
　　3.2通過“校驗”才能心中有數(shù)
　　從某種程度說，計算機網(wǎng)絡(luò)的功能就是數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_是計算機網(wǎng)絡(luò)要解決的問題。那么，如何知道接收到的數(shù)據(jù)是否正確？采用的方法就是對數(shù)據(jù)進行校驗。在上課時，要反復(fù)提數(shù)據(jù)校驗問題，并通過下列總結(jié)，對這方面內(nèi)容進行梳理。
　　計算機網(wǎng)絡(luò)除了應(yīng)用層外，每層都對數(shù)據(jù)進行校驗。例如，數(shù)據(jù)鏈路層幀的FCS、IP數(shù)據(jù)報的首部檢驗和、TCP、UDP、ICMP、IGMP、OSPF等報文中的檢驗和。總結(jié)時，先分層，然后進行聯(lián)系。先提出為什么“數(shù)據(jù)鏈路層的FCS在幀尾部，其他層的報文檢驗和在報文的頭部？”如果學(xué)生不能正確回答，教師解析原因。因為FCS采用CRC方法通過硬件自動生成，其他的檢驗和是通過軟件計算的[4]。然后，再提出“IP數(shù)據(jù)報中首部檢驗和為什么只針對頭部？”。如果學(xué)生不能正確回答，教師解析，需要IP提供服務(wù)的TCP、UDP、ICMP、IGMP、OSPF等報文本身都包含檢驗和，判斷IP交給它們的數(shù)據(jù)正確性由自己完成。
　　另外，數(shù)據(jù)傳輸正確性對計算機網(wǎng)絡(luò)非常重要，但網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全同樣重要。對于網(wǎng)絡(luò)安全，先從一般數(shù)據(jù)加密模型介紹加密解密過程，然后復(fù)習(xí)常規(guī)密鑰密碼體制和公開密鑰密碼體制、數(shù)字簽名、報文鑒別等，關(guān)注防火墻的工作原理和防火墻產(chǎn)品。最后介紹當(dāng)前電子商務(wù)中數(shù)據(jù)安全保障方法。因為有些專業(yè)方向還有專門課程介紹這方面內(nèi)容，所以這方面內(nèi)容應(yīng)該根據(jù)情況有所側(cè)重。
　　4從數(shù)據(jù)傳輸過程理解系統(tǒng)
　　4.1穿透“層”看數(shù)據(jù)傳輸過程
　　層是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的概念之一，在當(dāng)時介紹TCP/IP體系結(jié)構(gòu)時學(xué)生不易理解透徹，而在介紹每層協(xié)議時重點關(guān)注又是當(dāng)前層的功能。在課程總結(jié)時，通過“層”穿透過程可以很好理清層及其橫向關(guān)系、縱向關(guān)系。先對TCP/IP體系的層進行系統(tǒng)梳理，以一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(例如，網(wǎng)絡(luò)聊天)的實際數(shù)據(jù)傳輸為例，說明數(shù)據(jù)(例如聊天內(nèi)容)如何在應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層層層封裝、每一層封裝的數(shù)據(jù)是什么，如何調(diào)用下層為上層提供的服務(wù)。到達目的端，從數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層到應(yīng)用層如何解封裝，下層依據(jù)什么往上層遞交等等。在這個基礎(chǔ)上，說明層間SAP、數(shù)據(jù)傳輸效率等。通過解析Ping程序ICMP與IP之間打交道的方法，把層間交流具體化[5]。通過MFC Socket編程方法，說明用戶編寫的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序如何調(diào)用系統(tǒng)提供的層服務(wù)，進一步理解層間關(guān)系。同時，說明P2P實現(xiàn)原理。
　　在此基礎(chǔ)上，通過說明同一層協(xié)議運行方式，通過多個協(xié)議舉例，說明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的主要3個要素語法、語義和同步。
　　4.2把TCP/IP體系分成兩個部分
　　學(xué)生上課時，容易誤解TCP/IP 5層體系中的數(shù)據(jù)鏈路層，這樣在理解以太網(wǎng)、ATM、接入網(wǎng)(包括以前的X.25、幀中繼)時會出現(xiàn)誤解。前面介紹某一部分時可能很難說清楚，復(fù)習(xí)總結(jié)時需要對這方面的內(nèi)容進行梳理。梳理后，學(xué)生會感到原來局部介紹時的“亂麻”實際上是圍繞一根線主線展開的。把TCP/IP 5層體系以數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層中間為界，分成上下兩部分，下面部分就是實現(xiàn)在一個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸。對于TCP/IP體系來說，需要傳輸?shù)膬?nèi)容一般就是IP數(shù)據(jù)報。具體如何實現(xiàn)傳輸，不同的計算機網(wǎng)絡(luò)采用不同的方法。這方面的內(nèi)容，通過下列幾條線可以把許多相關(guān)的內(nèi)容聯(lián)系起來。
　　從信道類型講，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)包括點對點信道和廣播信道。點對點信道因為沒有爭用信道的問題，所以傳輸?shù)姆椒ê蛡鬏攨f(xié)議(例如PPP協(xié)議)比較簡單。而廣播信道因為大家共享，所以就產(chǎn)生爭用的問題，爭用的規(guī)則是CSMA/CD協(xié)議。在廣播信道上傳輸?shù)膸母袷街袔^部需要包含源MAC地址、目的MAC地址以確定幀的發(fā)送者和接收者。不管是IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)幀還是以太網(wǎng)的V2標(biāo)準(zhǔn)幀都是如此。另外，無線局域網(wǎng)傳輸有它自己的特點，采用IEEE的802.11幀的幀頭部地址多了一些。
　　因為不同時期、不同類型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸有不同的特點，實現(xiàn)的方法是不同的，分層也不一樣。以太網(wǎng)的V2標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路層就是一層，IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)鏈路層的功能分成LLC子層和MAC子層。而以前的X.25網(wǎng)分成分組層、數(shù)據(jù)鏈路層。幀中繼的數(shù)據(jù)鏈路層功能只有X.25的部分數(shù)據(jù)鏈路層的功能。
　　總結(jié)到此，學(xué)生可以明白：不同的網(wǎng)絡(luò)為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，自己分幾層、層的名稱叫什么，這是由它們本身確定的。但它們都能夠?qū)崿F(xiàn)TCP/IP體系中的數(shù)據(jù)鏈路層功能。而且不同的網(wǎng)絡(luò)無論幀的格式有什么不同，它們都包括3個部分：幀頭、數(shù)據(jù)部分和幀尾。幀尾用于數(shù)據(jù)校驗。
　　從信號角度講，信道分數(shù)字信道和模擬信道，數(shù)字信道可以直接傳輸數(shù)字信號，但由于同步問題(可以復(fù)習(xí)同步的概念)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要編碼才能進入數(shù)字信道。而編碼有多種(例如曼徹斯特編碼、4B5B編碼等)，它們的編碼效率不一樣。模擬信道不能直接傳輸數(shù)字信號，所以需要進行調(diào)制，調(diào)制的方法有3種，實現(xiàn)這種方法的裝置是Modem。目前，家庭上網(wǎng)用的ADSL就是一種Modem。
　　4.3從TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的沙漏模型看應(yīng)用層
　　TCP/IP體系結(jié)構(gòu)像沙漏模型，其中網(wǎng)絡(luò)層主要是IP，運輸層包含UDP和TCP，而應(yīng)用層協(xié)議很多，包括HTTP、FTP、SMTP、TELNET、DNS、SNMP、RIP…。因為互聯(lián)網(wǎng)不同應(yīng)用需要描述的內(nèi)容不同，所以一個應(yīng)用就必須制定一個規(guī)則，形成一個協(xié)議。為了在運輸層遞交時能夠區(qū)分它們，定義了端口號，稱為熟知端口號，并且為今后更多的應(yīng)用預(yù)留了足夠的端口號。
　　總結(jié)不同的應(yīng)用不能面面俱到，應(yīng)有所側(cè)重，這
　　利于學(xué)生掌握重點。
　　總結(jié)HTTP時，先說明用戶輸入URL，系統(tǒng)通過DNS查找目的主機對應(yīng)的IP地址，可以通過URL實例說明DNS過程。此后，突出從輸入地址到網(wǎng)頁出現(xiàn)在IE瀏覽器上的過程。通過這個過程，說明HTTP請求和應(yīng)答報文，理清IE瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁過程的客戶和服務(wù)器工作方式和無連接循環(huán)服務(wù)器工作方式特點。
　　總結(jié)FTP，要突出為什么同時需要控制進程和數(shù)據(jù)傳輸進程，讓學(xué)生理解一個FTP服務(wù)器是如何實現(xiàn)同時為多個客戶提供服務(wù)的。說明用于下載文件的應(yīng)用程序如何通過界面簡單操作實現(xiàn)文件下載、斷點續(xù)傳的原理。通過FTP，說明面向連接并發(fā)服務(wù)器工作方式。
　　總結(jié)SMTP，要突出UA、發(fā)送郵件服務(wù)器和接收郵件服務(wù)器，通過UA發(fā)送接收郵件過程，說明每一過程使用的協(xié)議。說明通過網(wǎng)頁與通過UA發(fā)送接收郵件使用的協(xié)議有什么不同。還要說明，MIME與STMP的關(guān)系、對郵件內(nèi)容的編碼方法及其效率和應(yīng)用場合。
　　總結(jié)SNMP，要突出網(wǎng)絡(luò)管理的概念和實現(xiàn)方法，可以通過一個熟悉的應(yīng)用場合舉例[6]。
　　5結(jié)語
　　抓住上述幾個方面的問題，將每一條線上的主要知識梳理清楚、聯(lián)系起來、構(gòu)成系統(tǒng)，這樣就可以比較清楚地展現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)課程的主要內(nèi)容，并使計算機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容簡單化?？偨Y(jié)綜合需根據(jù)學(xué)時可能及確定相關(guān)知識展開的程度，舉例不需要太詳細。需要注意的是，復(fù)習(xí)總結(jié)不可面面俱到，必須抓住重點，相關(guān)知識展開不可偏離當(dāng)前的線路。否則，復(fù)習(xí)總結(jié)不但沒有起到預(yù)計的效果，還會讓學(xué)生認為計算機網(wǎng)絡(luò)太亂、太雜、太復(fù)雜。另外，計算機網(wǎng)絡(luò)課總結(jié)的效果與此前已經(jīng)掌握的網(wǎng)絡(luò)課程知識有關(guān)，如果在學(xué)生自己進行初步梳理后進行，效果會更好。
　　致謝：本文得到南京師范大學(xué)計算機軟件技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)團隊的資助。
　　
　　參考文獻：
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