建立大网概念在计算机网络教学和人才培养中的作用
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摘要:针对通信技术发展对高等教育计算机网络课程教学提出的新要求,以及高校计算机网络课程教学中存在的问题,文章从当前社会经济发展所需的可雇用服务型网络人才培养需求出发,探讨建立大网概念在计算机网络教学和人才培养中具有的重要作用,提出在计算机网络教学中建立大网概念的关键在于深入浅出地把握逻辑网络和物理网络之间的关系,实现理论网络与实际网络的统一。
关键词:大网概念;计算机网络;高等教育;人才培养
随着国内电信运营商网络的重新整合和3G/4G无线通信时代的到来,网络通信技术正在发生广泛而深刻的变化,呈现出很多新技术、新应用和新模式,这对高等教育计算机网络课程的教学工作提出了新的要求。为此,近年来众多高校对计算机网络课程的教学工作进行了大量地探索、改革与实践[1-6],并取得了较为显著的效果和成绩。现有教学模式培养出来的学生能够掌握基本的计算机网络通信原理、TCP/IP协议栈,能够组建基于交换机/路由器的小型网络,也能够进行常见的网络配置、应用及维护,但他们普遍缺乏全局网络的意识,即大网的概念。随着互联网络技术和应用的发展,各种网络技术层出不穷,各种类型的网络及业务不断融合、重构,这使得大网概念在电信级网络运行中更加重要,因此,在计算机网络教学中培养学生建立大网的概念具有重要的意义。
1建立大网概念的意义
计算机网络是计算机技术和通信技术的交叉学科,涉及大量错综复杂的概念和新技术,对刚接触计算机网络的学生来说,这是一门比较难学的课程。在现有教学模式下,学生对教学效果的普遍反映是:入门难,术语、概念多,理论复杂;课堂上可以理解,但很难留下深刻印象,理论和实践都没学好。虽然现
在的计算机网络教学已经非常重视理论与实践结合,但在真正的实践中,实验内容只是实际网络复杂情况冰山的一角。另外,学生已习惯平时从应用层面使用网络的简单感觉,一旦进入理论学习就觉得和自己想象的网络差异太大,不学还明白点,学了更糊涂,从而失去学习的兴趣,其问题在于没有把理论和实际紧密、有机结合,缺乏大网的概念。
所谓大网概念,就是要让人们了解其每天都在使用的互联网络是一张实实在在的网络,而不是一张虚拟的网络,它是由各种类型和规模的小网从小到大组成的,任何两点之间的通信都由这张网络上的一条实实在在的物理连接承载,由构成这条物理连接的网络设备和链路实现数据的转发和传送。从提供网络服务看,它是单一的虚拟大网;从解决网络问题看,它是庞大而复杂的物理真实网络。
建立大网概念是计算机网络教学的切入点。网络无处不在,大家每天都在使用互联网络,学生在没有接触本课程之前已形成了对网络的模糊概念,如果本课程教学一开始就从理论出发,学生自然会迷糊,并产生学习混乱和抵触情绪。因此,教学应从学生身边最熟悉的网络谈起,之后,再引申到学生熟悉的互联网络Internet,告诉学生网络的电子邮件、QQ聊天等正是基于身边最小的网络,并开始不断互联、延伸形
作者简介:邵鹏飞(1978-),男,讲师,硕士,研究方向为无线宽带网络与网络控制。
成大网――Internet,正是因为大网的存在,电子邮件、QQ信息才能从一个地方传到另一个地方。然后,老师要告诉学生计算机网络课程就是要研究这张大网是怎么工作的,比如构成大网的小网是怎么工作的,一个个小网是怎样组成大网的,数据在大网上是怎样传递的;在搞懂网络怎么工作后,就要了解怎么管理这张网、怎么用这张网。通过让学生建立大网概念的方式,淡化理论与现实的差距,使学生头脑中模糊的网络概念变得清晰,同时,让学生明确网络到底研究什么,本课程学什么,应该掌握什么,学了之后有什么用。总之,建立大网概念可以让学生在实际网络和计算机网络原理之间建立一种联系,从而激发学生了解计算机网络原理是如何解决实际问题的兴趣。
建立大网概念是全局把握网络技术的需要。互联网络有两个层面:物理网络和逻辑网络。物理网络指构成互联网络的网络设备和线路,它是逻辑网络的基础。逻辑网络架构在物理网络之上,包括基于网络层次体系结构的网络互联方法和为网络应用提供服务的网络云的概念。大家都熟悉的是逻辑网络为网络应用提供服务的概念,比如基于网络的电子商务,基于网络的网络游戏等,这些网络主要指逻辑网络。而物理网络和网络层次体系结构是计算机网络研究和课程教学的重点。在计算机网络教学中,从熟知的为网络应用提供服务的逻辑网络概念出发,提出网络云内部到底是什么样的,网络云是怎样形成的,从网络云引出物理网络,从而建立大网的概念。有了大网的概念,逻辑网络和物理网络也就成为一体,学生就会对网络形成深刻的印象,整个学习过程就有了一个理论基点。
简单地看,网络技术又可分为两个部分:局域网技术和网络互联技术。这两部分也正是计算机网络教学的核心。整个互联网络正是由一个个小型局域网和接入网通过网络互联技术互联而组成的。建立大网的概念,明确实际中的大网和理论中的局域网、网络互联的关系,就能让学生比较容易地把握网络技术的全局,明白计算机网络课程的主要学习目标就是先要学好局域网的技术,然后学好将局域网互联组成更大网络的网络互联技术。从教学内容看,计算机网络教学主要包括:计算机网络的基础理论和知识、网络系统集成实践(基于交换机和路由器的企业组网、局域组网、企业信息网络配置等)和进阶的高级路由与交换技术等。大网的概念在这些内容的学习中都是站在制高点,并贯穿始终。
建立大网概念是服务型网络人才培养的基本要求。从就业形势来看,我们正面临巨大就业压力。大学生的就业面临两个方面压力:一方面是高等教育大众化产生的学生数量方面的压力;另一方面表现为大学生能力缺失,其知识、能力、素质不能满足企业对人才的要求。从全球就业市场看,以构建面向社会,服务经济社会为宗旨的服务型人才培养模式越来越成为高等教育发展的重要方面。服务型网络人才培养应以社会对网络人才的需求为导向,强调“就业―可雇佣性”[7],以应用教育为特征,强调“有用教育”,主动服务经济社会,为电信运营商、网络公司、企事业单位培养各种有用的网络人才。大网概念在整个互联网络的运行维护中是非常重要的,此时网络中的设备、小型网络、企事业网络不再是一个独立的个体,而是大网中的一份子,它们的网络行为也就成了整个大网运行状况的一部分,同样,大网中其他部分的运行状况也就会直接或间接地影响它们的运行结果。架构在网络上面的各种网络应用更是与大网密不可分,在应用中,从通信源端到目的端的双向数据传输,完全是建立在大网中各个被选中的中间节点的双向路由选择上面,而且,基于网络的变化这些选择完全是动态的。只有建立大网概念,才能全面正确地处理这些问题。因此,在计算机网络课程教学中,重视建立大网概念,才有利于培养社会所需的具有“就业―可雇佣性”的服务型网络人才。
2建立大网概念的方法
在计算机网络课程教学开始时,如果既想给学生很好的入门知识,又想让学生建立大网的概念,教师就要在实际网络和理论网络之间建立一种联系,将学生从熟知的实际网络带到理论网络,因此,选用学生熟知的网络应用引出大网概念比较合适。描述大网概念要注意两点:一是切忌泛泛而谈,而要给学生塑造实实在在的大网形象,建立大网概念,比如可以选用电信经营的ChinaNet网络作为案例;二是切忌过多过深地谈论其技术,重点是让学生形成对大网的感觉和印象,对大网工作机制有初步了解。下面以网络QQ聊天为例,以电信ChinaNet网络为背景介绍建立大网概念的方法(以下的各个级别电信网仅指电信的数据网络)。
案例:大网概念――笔者在浙江万里学院4号楼213办公室与在美国的朋友通过QQ聊天,信息是怎样通过网络传过去的。
(1) 从身边的网络谈起。首先,我们给出4号楼办公网的网络拓扑图(如图1所示),由此表明“我”的位置,其次,交代清楚主要的网络设备、网络结构和连线方法,指明这是用户接入层的网络,属于最低级的物理网络,同时,可说明这个网络的网速、容量等基本情况,这些内容同学们都很熟悉,讲解的目的是让学生明确身边网络的概念。最后,我们向学生展示4号楼办公网通过大楼出换机接到校园网的情况,并提出问题:它的上一级网络是什么?很自然地,学生能回答出它是浙江万里学院校园网。
图1浙江万里学院4号楼办公网网络拓扑
(2) 上一级网络:校园网。首先,我们给出校园网的示意拓扑图(如图2所示),其中,1、2号楼及其他教学办公楼的办公网和4号楼一样,这些教学办公网通过校园网网管中心组成浙江万里学院校园网,其次,我们指出校园网管中心的位置、主要设备及校园网与大楼办公网在设备、网络结构、网络能力上的主要区别,向学生强调以4号楼办公网为例的每个教学办公网只是校园网的一个子网。最后,我们展示校园网通过出口路由器设备连到外部网络的情况,目前,该网是连到宁波市电信网,此时,我们也可顺便交代一下防火墙的作用及校园网可能有多个网络出口的情况,并向学生提出问题:校园网的上一级网络是什么。学生自然明白再上一级就是宁波市电信网。
图2浙江万里学院校园网拓扑示意图
(3) 再上一级网络:市电信网。首先,我们给出市电信网的一个示意拓扑图(如图3所示),重点指明学院校园网相当于宁波市电信网的一个接入用户,是其中的一个子网,而其他的大学校园网、企事业单位网络和下级区县电信网络跟万里学院校园网一样,都是市电信网的接入子网,通过市电信网管中心的路由器设备互联在一起,组成整个电信宁波市网。其次,我们要让学生了解市网与校园网的最大区别是:校园网属于局域网范畴,一般属内网,可采用内网私有地址,而电信市网属于城域网,属于公网,只能使用公网地址。另外,电信市网的组网结构更加复杂,设备更加高级,网络容量更大。最后,指出宁波电信市网通过网管中心的核心路由器的出口电路接到电信浙江省网,继续接入更高层次的网络。
图3电信市网示意拓扑图
(4) 更高一级网络:电信省网。首先,我们给出电信省网(部分)的一个示意拓扑图(如图4所示),说明这个层次网络只是互联的设备更多、更高级、处理能力更强、速度更快,连接的网络更多、规模更大、更加复杂、带宽更宽,而连接方法并没有多大改变。其次,需要强调在这个网络中,电信市网只是省网的一个接入网、一个组成部分,而省网就是由一个个类似电信宁波市网的城域网络通过省网核心路由器设备互联而组成的。另外,在省网这个层次可举例介绍自治系统的概念。最后,指出电信省网通过省网出口设备接入电信全国网络,而且出口电路一般有多条,起业务分流和电路备份的作用。
图4电信浙江省网(部分)示意拓扑图
(5) 电信全国网。首先,我们给出电信全国网(部分)的一个示意拓扑图(如图5所示),指出这是最高级别的运营商网络,每个运营商,比如移动、联通等都有一张各种独立运行的全国网络。其次,向学生介绍在电信的全国网中,有三大一级核心节点:上海、北京、广州,以及二级核心节点:天津、武汉、西安、乌鲁木齐等,这些核心节点构成了电信全国网的骨干网络,需强调此时省网只是电信全国网的一个接入子网,一个组成部分,省网通过其核心出口设备接入电信骨干网络,全国的各个省网通过电信骨干网络互联在一起就组成了电信全国网络。可顺带介绍电信网络的国际出口、国际电路和海缆的情况,让学生获取更多的额外信息。最后,我们提问:电信全国网是最大的网络吗?还有更高级别的网络吗?
(6) 全球互联网:Internet。我们给出全球互联网(部分)的一个示意拓扑图(如图6所示)。这里仅需说明电信全国网代表中国的互联网与美国、日本等其他国家的互联网络通过国际电路互联在一起,构成全球的Internet。美国的国内互联网络是跟我国类似的一张网络,指明我在美国的朋友处在美国某个州某个区的某个办公楼里,他正在通过网络跟我QQ聊天。
图5电信全国网(部分)示意拓扑图
图6全球互联网(部分)示意图
(7)QQ聊天信息的传递路径。有了前面关于网络的充分介绍,我们就可以向学生讲解我与在美国的同学的QQ聊天信息传递过程:我发给美国同学的信息从我所在的4号楼213办公室的电脑上发出,经4号楼办公网、校园网、电信宁波市网、省网和全国网,从电信的国际出口经国际电路到达美国国内互联网络,再逐级到达我同学使用的电脑,最后在QQ程序上显示出来。而我同学回复我的信息经过了一个相反的过程。我们需要向学生强调,每一次信息传送都是基于这张大网上的一条传送路径,而这条传送路径由这张大网上实实在在的设备和线路经过路径选择后建立。同时,我们让学生想象这条路径上的任一设备或线路出现问题时,信息传递会发生什么变化,怎么去发现和查找网络上发生的问题。在课时允许的情况下,可现场操作路径跟踪演示,逐跳分析经过的设备IP地址,查询IP地址的归属地可判断每一跳处于哪个网络,从而核实上面分析的大网路径是否属实,给学生更深刻的印象。
(8) 总结。通过教学告诉学生QQ聊天与其他网络应用一样,都是基于这张大网,只有充分了解这张大网的工作原理、组网技术,才能解决实际的网络问题,并更好地利用网络,计算机网路就是研究这些内容的,网络中的所有问题最终都要放到这张大网上。所以,这门课不仅仅是学点理论和实践知识,而是要通过掌握理论知识、实践技能更好地解决这张大网上的问题。
在计算机网络教学中,还有很多建立大网概念的方法,比如单机对等网络与跨越互联网络的点对点通信的类比等。从本质上讲,建立大网概念就是对计算机网络的深入浅出的把握,从浮于表面熟知的网络应用深入到网络内部,再回归到为应用提供服务的单一虚拟大网。
3结语
本文通过剖析大网的内部物理网络组成结构,反复强调子网和组成更大网络的概念,让学生对大网的形成和大网的结构有一个深刻的印象。有了大网概念,进一步的教学工作怎么开展,全局教学怎么安排。对于这些问题,我们可以通过上述几个简单的问题,来引出计算机网络课程必须关注的核心知识点,这就是网络协议体系结构,从网络体系结构讲到事实的标准TCP/IP协议栈,讲课和实践中可围绕大网概念重点讲解局域网技术和网络互联IP技术。同时,我们可以进一步提出以下的问题:上述案例中的网络是根据什么原理互联在一起的(网络技术不同,设备不同,怎么能够统一的互联起来)?这些网络中的设备又是采用什么方法传送数据的?答案很明确,这就是标准的网络协议体系。而我们还要提出新的问题:为什么必须是统一的标准?这个网络协议体系又是什么样的?对此,我们在讲解网络协议体系时,同样可以通过大网概念,并通过解决一个实际网络问题的过程而总结出来,因为网络协议体系中的核心层、网络层指的正是我们所说的大网。
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On Network Awareness in Computer Networking Teaching and Personnel Training
SHAO Peng-fei, YANG Ya-ping
(Faculty of Electronic and Information Engineering, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China)
Abstract: Rapid development of communication technology puts forwards new demands in teaching computer networking courses of higher education. In recent years, many colleges and universities have done a lot to explore, reform and practice teaching of computer networking courses, and achieved a more remarkable achievement, but there are still some problems. In idea of current socio-economic development required talent foster needs of service-oriented network talents, network awareness has an important role in many aspects of teaching computer networking and personnel training. The key to network awareness in teaching computer networking is to grasp the relationship between the logical network and the physical network, to achieve the unity of the theory network and the actual network.
Key words:network awareness; computer networking; higher education; talent foster