多方位工具綜合使用的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學(xué)改革

1、多方位工具綜合使用的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學(xué)改革 摘要:闡述了將多種工具應(yīng)用到計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學(xué)的方法。這些工具的綜合使用,可以提高學(xué)生實驗效率,解決實驗教學(xué)資源不足的問題,通過三個實驗案例介紹了多方位工具在課程中綜合使用的具體方法。結(jié)果表明,多種工具的綜合運用對改進(jìn)計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)具有重要價值。 關(guān)鍵詞:協(xié)議分析;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬;數(shù)據(jù)包構(gòu)造;計算機網(wǎng)絡(luò);實踐教學(xué)計算機網(wǎng)絡(luò)課程在早期大多數(shù)采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,在這種模式中,主要以課程教學(xué)為主,實驗實訓(xùn)為輔。在整個教學(xué)過程中,由于網(wǎng)絡(luò)理論知識的特殊性,造成學(xué)生對課堂講授的知識一知半解,不能深刻理解其核心理論。許多高職院校以及面向非計算機專業(yè)

2、的教師在不斷的教學(xué)實踐中也關(guān)注了這個問題,并進(jìn)行了有效的教學(xué)探索和改革1-3。整體上而言,在非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中淡化基礎(chǔ)原理的講解,因材施教,強化與應(yīng)用聯(lián)系較緊密的部分,如如何架設(shè)一個web服務(wù)器,如何在局域網(wǎng)中實現(xiàn)共享等。然而對于網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的學(xué)生來說,深刻理解TCP/IP、UDP、HTTP等網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議是其進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識的基石。但是這些多種多樣的協(xié)議、數(shù)據(jù)包的類型以及數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸過程都涉及網(wǎng)絡(luò)底層,其定義的復(fù)雜和抽象性很難讓學(xué)生像理解網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件一樣迅速掌握知識內(nèi)容。并且這部分內(nèi)容因為難以用直觀的方法驗證,所以現(xiàn)有的教學(xué)中大多仍沿襲原有的理論教學(xué)方式,導(dǎo)致學(xué)生排斥理論學(xué)習(xí)

3、。另外學(xué)生對構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、路由器配置、建立各種服務(wù)器部分的應(yīng)用性內(nèi)容具有非常強烈的興趣,并且存在大量的在使用網(wǎng)絡(luò)的過程中遇到的實際問題。但是大多數(shù)學(xué)校受限于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量,大型路由器,交換機,無線接入點,服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能滿足學(xué)生的實際動手配置,因此,從一定程度上限制了學(xué)生對實際動手問題的理解。在長期的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中,我們逐漸認(rèn)識到這些問題可以通過引入各種網(wǎng)絡(luò)工具的配合得到有效的解決。如在協(xié)議分析階段,可以引入網(wǎng)絡(luò)故障排除中的常用管理工具。在路由交換階段,可以使用各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬工具幫助建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?模擬真實環(huán)境的配置。在網(wǎng)絡(luò)安全內(nèi)容中,可以引入數(shù)據(jù)包構(gòu)造工具模擬病毒數(shù)據(jù)的攻擊行為。 1計算

4、機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助工具計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的輔助工具主要有協(xié)議分析工具、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬工具、數(shù)據(jù)包構(gòu)造工具三大類。協(xié)議分析工具是在網(wǎng)絡(luò)故障排除中常用的管理工具4 。其通過捕捉流經(jīng)本主機及局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的所有數(shù)據(jù)包,然后對這些捕捉的數(shù)據(jù)包進(jìn)行上層分析,進(jìn)而得出關(guān)于網(wǎng)絡(luò)流量等信息,為網(wǎng)絡(luò)管理員做出某些決策提供證據(jù)。由于這種工具能夠動態(tài)捕獲網(wǎng)絡(luò)流量,因此,如果將這種軟件與計算機網(wǎng)絡(luò)的理論教學(xué)結(jié)合起來,讓學(xué)生能夠真正看到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包,把抽象的東西以直觀的形式表現(xiàn)起來,能夠加強學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬工具是替代真實設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置學(xué)習(xí)的一個重要工具 5-6 。其使用軟件來營造出一種虛

5、擬的實驗環(huán)境,其中包含了實驗所需要的路由器、交換機和各種連接方式,點擊進(jìn)入相關(guān)的設(shè)備即可進(jìn)行操作。通過模擬軟件可以在一臺計算機上模擬出幾臺甚至是幾十臺路由器、交換機,用模擬出來的設(shè)備進(jìn)行配置練習(xí),學(xué)生上機不受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的限制。數(shù)據(jù)包構(gòu)造工具是用來對系統(tǒng)捕獲的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編輯或者構(gòu)造新的數(shù)據(jù)包文件的一種工具 7 。學(xué)生通過使用數(shù)據(jù)包構(gòu)造器,可以構(gòu)造各種特殊的數(shù)據(jù)包來測試網(wǎng)絡(luò)的性能等問題。 2計算機網(wǎng)絡(luò)實驗的案例教學(xué) 2. 1Ethreal協(xié)議分析軟件分析http數(shù)據(jù)包實驗?zāi)康?了解HTTP協(xié)議的應(yīng)用原理。實驗原理:利用工具抓取http數(shù)據(jù)包并進(jìn)行分析。實驗平臺:聯(lián)網(wǎng)pc機、wirshark協(xié)議分析軟

6、件8。實驗步驟:進(jìn)行捕獲數(shù)據(jù)包的分析,通過分析理解HTTP協(xié)議如何進(jìn)行建立連接,發(fā)送請求信息,發(fā)送響應(yīng)信息,關(guān)閉連接。 (1)抓取http協(xié)議數(shù)據(jù)包啟動ethereal以后,選擇菜單Capature - Start。然后通過瀏覽器訪問一臺服務(wù)器地址(比如 www.Baidu. com,抓包前注意把系統(tǒng)緩存清空),當(dāng)頁面顯示出來時,按一下stop,抓的包就會顯示在面板中,如圖1所示。圖1利用wirshark抓取HTTP數(shù)據(jù)包 (2)分析建立連接過程圖1展示了HTTP請求訪問網(wǎng)頁的過程。序號為67、69、70的數(shù)據(jù)信息顯示了在初始過程中首先要通過TCP三次握手原則建立連接的過程。通過這幾個數(shù)據(jù)包的

7、分析,可以給學(xué)生展示HTTP通訊是基于TCP協(xié)議的可靠傳輸,web服務(wù)使用的默認(rèn)端口是80端口。同時還可以講解TCP連接建立過程中的標(biāo)志位的變化,使學(xué)生了解到三次握手過程。 (3)發(fā)送請求信息第71號數(shù)據(jù)包和第83號數(shù)據(jù)包是建立連接后向服務(wù)器發(fā)出http請求的數(shù)據(jù)包。該數(shù)據(jù)包解析中 HTTP協(xié)議發(fā)送請求信息的一些特征。從圖中學(xué)生可以看到http的報文格式。根據(jù)圖示講解http請求報文,指出如下報文的作用。如: HTTP Command:/方法字段,說明其使用的是GET方法。 URI: /URL字段,發(fā)送請求至保存該網(wǎng)站的服務(wù)器。 HTTPVersion:/http協(xié)議版本字段,用是的http/

8、1. 1版本。 Accep:t/指示可被接受的請求回應(yīng)的介質(zhì)類型范圍列表。 Accept-Language: /限制了請求回應(yīng)中首選的語言為簡體中文,否則使用默認(rèn)值。 User-Agen:t /定義用戶代理,即發(fā)送請求的瀏覽器類型為Mozilla/4. 0。 Hos:t www. baidu. cnrn/定義了目標(biāo)所在的主機。 Connection: Keep-Alivern /告訴服務(wù)器使用持久連接。 (4)響應(yīng)信息第75個數(shù)據(jù)包是服務(wù)器的響應(yīng)包信息,從圖1 可以看出,服務(wù)器在處理完客戶的請求之后,要向客 134 鄭婭峰,等:多方位工具綜合使用的計算機網(wǎng)絡(luò)課程實踐教學(xué)改革戶機發(fā)送響應(yīng)消息。在

9、服務(wù)器給的回應(yīng)請求中,我們可以從狀態(tài)碼中看到訪問的相關(guān)信息。如序號為 84的數(shù)據(jù)信息返回了304 NOTModified的狀態(tài)碼是HTTP緩存技術(shù)的體現(xiàn);序號75的數(shù)據(jù)信息返回了200OK狀態(tài)碼是服務(wù)器向客戶機發(fā)送完畢的體現(xiàn)。 2. 2packet tracer模擬虛擬靜態(tài)路由配置實驗?zāi)康?掌握通過靜態(tài)路由方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連通性。實驗內(nèi)容:通過配置靜態(tài)路由實現(xiàn)主機間的通信。每添加一條靜態(tài)路由,就請觀察路由表,查看路由表是如何發(fā)生變化的。實驗平臺:windows、packet tracer模擬器 9 。實驗步驟: (1)在packetTracer中構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖 2所示。圖2實驗拓?fù)鋱D (

10、2)進(jìn)行接口配置對路由器R1: R1(config)#interface fastethernet0/0 R1(config- if)#ip address 172. 16. 3. 1 255. 255. 255. 0 R1(config-if)#no shutdown R1(config-if)#exit R1(config)#interface Serial0/0/0 R1(config- if)#ip address 172. 16. 2. 1 255. 255. 255. 0 R1(config-if)#clock rate 64000 R1(config-if)#no shut 按照

11、拓?fù)鋱D配置余下的R2和R3的接口。 配置主機PC上的IP地址及其網(wǎng)關(guān)。 (3)測試連通性從每臺主機ping其默認(rèn)網(wǎng)關(guān),以此來測試連通性;使用ping命令測試直接相連路由器之間的連通性;使用ping檢查非直接相連設(shè)備之間的連通性。提出問題這些ping命令全部都會失敗。教師可給出原理解釋。 (4)靜態(tài)路由的添加在R3路由器上,配置通往172. 16. 1. 0網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)路由(使用R2的Serial0/0/1接口作為下一跳地址)。 R3(config)#ip route 172. 16. 1. 0 255. 255. 255. 0 192. 168. 1. 2 在R2路由器上,配置通往192. 16

12、8. 2. 0網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)路由。 (5)實驗結(jié)果驗證三臺機器可以互相進(jìn)行ping命令,測試網(wǎng)絡(luò)連通性。 2. 3局域網(wǎng)攻擊-arp欺騙實驗?zāi)康?阻止指定計算機訪問互聯(lián)網(wǎng)。實驗原理:向目標(biāo)計算機發(fā)送錯誤的網(wǎng)關(guān)ARP 應(yīng)答包。實驗平臺:windows、科來數(shù)據(jù)包生成器。實驗步驟: (1)獲取被攻擊計算機MAC地址 “開始”-“運行”-輸入“cmd”,在打開的命令行窗口中,輸入“ping被攻擊計算機IP”命令,再輸入“arp -a”命令。命令的輸出內(nèi)容中,“192. 168. 1. 105”所在行的“00-19-21-ca-cc-37”,即被攻擊計算機的MAC地址,如圖3所示。圖3獲取攻擊機器的mac

13、地址 (2)獲取網(wǎng)關(guān)MAC地址 “開始”-“運行”-輸入“cmd”,在打開的命令行窗口中,輸入“ipconfig”命令,查看網(wǎng)關(guān)IP;如圖: “DefaultGateway”所在行的“192. 168. 1. 254”即網(wǎng)關(guān)地址,再輸入“ping網(wǎng)關(guān)IP”,輸入“arp -a”,查看網(wǎng)關(guān)MAC地址。步驟如上。 (3)構(gòu)造ARP欺騙應(yīng)答包打開“科來數(shù)據(jù)包生成器”,點擊菜單欄“編輯” -“新建”,在打開的窗口中,選擇模板“ARP數(shù)據(jù)包”,再點擊“確定”按鈕。點擊“數(shù)據(jù)包列表”中新 135建的數(shù)據(jù)包,在“詳細(xì)解碼編輯”中修改數(shù)據(jù)。具體內(nèi)容如圖4所示。圖4數(shù)據(jù)包編輯界面 (4)發(fā)送欺騙數(shù)據(jù)點擊“數(shù)據(jù)包

14、列表”中剛才修改過的數(shù)據(jù)包,再點擊工具欄上的“發(fā)送”按鈕;在打開的窗口中,選取“循環(huán)發(fā)送”,“0”次,延遲為“200”毫秒;點擊“開始”按鈕,即開始發(fā)送欺騙數(shù)據(jù)包。這樣,被攻擊的主機收到這個最新的ARP應(yīng)答信息包后,就會用這個不正確的網(wǎng)關(guān)的MAC地址更新自己的ARP緩存表,以后就用這個錯誤的MAC地址進(jìn)行封裝,造成封裝后的數(shù)據(jù)包無法正確到達(dá)網(wǎng)關(guān)。 (5)在被攻擊機器上向網(wǎng)關(guān)發(fā)送ping命令,測試連通性。教師可解釋為什么ping被攻擊者機器不通,并用wirshark抓包工具在被攻擊機器上抓包進(jìn)行分析。 3總結(jié)學(xué)生通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的跟蹤和分析,了解計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念和原理。通過網(wǎng)絡(luò)模擬器,可

15、隨時隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實驗,通過數(shù)據(jù)包構(gòu)造工具,可以模擬網(wǎng)絡(luò)病毒的運行機制,從而找出應(yīng)對措施。將多種工具融合入計算機網(wǎng)絡(luò)各個層面的教學(xué)中,對網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)起到了巨大的輔助作用。同時,利用這些工具所進(jìn)行的教學(xué)方法改進(jìn)將有助于提高學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)綜合問題的理解和解決的能力10。 參考文獻(xiàn)(References): 1黃艷瓊,梁俊.計算機網(wǎng)絡(luò)課程實驗教學(xué)改革探索J.計算機教育, 2009(2): 62-63. 2蔡久評,黃建華.高校計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)模式研究J.江西科技師范學(xué)院學(xué)報, 2009(6): 124-128. 3楊明.計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)改革與實踐J.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報:高教研究版, 2009(4): 7

16、0-71. 4黃浩.將協(xié)議分析軟件引入計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)J.攀枝花學(xué)院學(xué)報, 2009, 26(6): 109-112. 5王波,孫燚,周志偉.計算機網(wǎng)絡(luò)實驗綜合模擬平臺的研發(fā) J.計算機教育, 2009(3): 54-57. 6謝慧,聶峰.基于BosonNetsim的計算機網(wǎng)絡(luò)仿真實驗教學(xué)研究J.實驗技術(shù)與管理, 2007, 24(5): 89-91. 7AngelaOrebaugh,GilbertRamirez, Jay Beale. W ireshark& Ethe- realNetwork ProtocolAnalyzerToolkitM. Burlington: Syngress Pre

17、ss, 2006. 8李康樂.模擬技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用J.經(jīng)濟研究導(dǎo)刊, 2010(2): 207-208. 9崔北亮.CCNA認(rèn)證指南M.北京:電子工業(yè)出版社, 2009. 10劉艷芳,張力軍,曹慶華,等.在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的體會和思考J.計算機教育, 2009(3): 89-91. 收稿日期:2011-01-05 修改日期:2011-03-16 作者簡介:鄭婭峰(1979-),河南洛陽人,碩士,講師,研究方向為分布式系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)。 (上接132頁) 源和用戶權(quán)限,增加計算機系統(tǒng)的安全性和用戶操作的方便性,極大降低機房維護(hù)的工作量,促進(jìn)教學(xué)工作更加高效。在中醫(yī)藥類院校目前的機房管理模式下,引入活動目錄和組策略架構(gòu),將會使得機房管理工作更加科學(xué)化、規(guī)范化和自動化。參考文獻(xiàn)(References): 1胡嵐.W indows Server2008之活動目錄域服務(wù)J.軟件導(dǎo)刊, 2009, 8(4): 22-23. 2高升,邵玉梅. W indows Server 2003系統(tǒng)管理M.北京:清華大學(xué)出版社, 2007. 3楊文旦.基于活動目錄的企業(yè)級計算機資源管理體系研究 D.昆明:昆明理工大學(xué), 2008. 4胡建軍.基于UML的活動目錄研究與設(shè)計D.蘭州:甘肅理工大學(xué), 2008. 5朱曉晨.組策略在機房管理系統(tǒng)中的應(yīng)用D.哈爾濱: