摘要：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)課程的靈魂和主線，是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文分析目前高校網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的不足，在此基礎(chǔ)上，提出基于動(dòng)畫演示的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)新模式，并給出教學(xué)實(shí)例。
　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；TCP/IP協(xié)議；動(dòng)畫演示；ARP協(xié)議
　　
　　進(jìn)入21世紀(jì)，Internet在我國迅速普及，截止2010年6月，我們的網(wǎng)民總數(shù)達(dá)到4.2億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到31.8%[1]。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展也極為迅速，從提供最基本的E-mail、FTP、BBS，發(fā)展到支持網(wǎng)絡(luò)視頻、搜索引擎、博客、播客、即時(shí)通信、網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等各種層出不窮的應(yīng)用[2]。
　　在這種背景下，高校的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、通信工程和軟件工程等專業(yè)的主干課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的開始，也是網(wǎng)絡(luò)工程、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)編程等后續(xù)課程的基礎(chǔ)[3]。學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，最重要的是掌握其基本的工作原理及體系結(jié)構(gòu)，為將來的應(yīng)用和研究打下基礎(chǔ)。但是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的理論抽象、復(fù)雜，概念繁多，特別是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)于初學(xué)者是非常難以理解的，作者所在的課程組在教學(xué)實(shí)踐和調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵是要真正理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(OSI/RM參考模型和TCP/IP協(xié)議簇)以及每層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。但是從以往的教學(xué)實(shí)際情況來看，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分的教學(xué)效果非常差，主要原因是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議本身非常抽象難懂，而教學(xué)手段相對(duì)落后，學(xué)生不易理解。針對(duì)這樣的教學(xué)現(xiàn)狀，我們?cè)趯?shí)踐中把動(dòng)畫演示引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)，取得了比較好的效果。
　　1國內(nèi)高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)現(xiàn)狀
　　1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義和三要素
　　1) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是指為網(wǎng)絡(luò)同層實(shí)體之間數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)，亦稱同層協(xié)議或通信協(xié)議。
　　2) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素。
　　(1) 語義：用于解釋比特流的每一部分的意義；
　　(2) 語法：語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序的意義；
　　(3) 時(shí)序：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明[2]。
　　1.2國內(nèi)高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)現(xiàn)狀
　　每個(gè)高校，甚至每個(gè)老師都有自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)方法，通過調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)高校網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)主要有4種常用方法。
　　1) 傳統(tǒng)的課堂書本的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式以文字?jǐn)⑹龅姆椒▉碇v解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，理論與實(shí)際脫離的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，理論內(nèi)容太抽象，學(xué)生不易理解，學(xué)習(xí)興趣不高，掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議知識(shí)的深度和廣度有欠缺，很難把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相關(guān)原理和網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來。
　　2) 舉例法。這種模式是指在講授網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)，教師用生活實(shí)例說明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，把抽象的理論知識(shí)與日常生活相聯(lián)系。但是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議眾多，很多協(xié)議很難在生活中找到相對(duì)應(yīng)的例子，因此，這種方法只適合少部分協(xié)議的教學(xué)。
　　3) 幻燈片輔助教學(xué)。隨著多媒體教學(xué)的廣泛應(yīng)用，大部分老師開始制作PPT來進(jìn)行輔助教學(xué)，這樣做能比較直觀地表達(dá)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語法和語義，但是PPT很難表現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的狀態(tài)變遷和交互。
　　4) 協(xié)議抓包。隨著一些開源協(xié)議分析軟件的出現(xiàn)，一些老師在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)中開始應(yīng)用這些抓包工具來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)。抓包的含義是運(yùn)用這些協(xié)議分析軟件捕獲所有通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并通過分析數(shù)據(jù)包里的內(nèi)容來獲得協(xié)議的工作原理。但是這里有個(gè)悖論，分析數(shù)據(jù)包的內(nèi)容需要對(duì)協(xié)議有很深入的理解，剛接觸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生理解起來比較困難。
　　綜上所述，由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議本身比較抽象，現(xiàn)有的教學(xué)方法和手段很難直觀、形象地展現(xiàn)一個(gè)協(xié)議語法、語義和時(shí)序這三個(gè)要素。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)實(shí)踐中，我們利用動(dòng)畫演示的方式來展示一個(gè)協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)顯得生動(dòng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性很高，學(xué)習(xí)效果明顯提高。
　　2基于動(dòng)畫演示的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)實(shí)例——以ARP協(xié)議為例
　　2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)實(shí)例的實(shí)驗(yàn)環(huán)境
　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)一定要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用場合，在講授ARP協(xié)議時(shí)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖1所示。4臺(tái)主機(jī)通過一臺(tái)交換機(jī)互聯(lián)，其IP地址和MAC地址如表1所示。
　　主機(jī)D通過FTP協(xié)議訪問主機(jī)A上的文件，但是主機(jī)D只知道主機(jī)A的IP地址，不知道主機(jī)A的
　　MAC地址，ARP協(xié)議通過已知的主機(jī)A的IP的地址，來找到主機(jī)A的MAC地址。
　　2.2ARP協(xié)議的工作原理
　　ARP協(xié)議是“Address Resolution Protocol”(地址解析協(xié)議)的縮寫[4]。在局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際傳輸?shù)氖恰皫保瑤锩嬗心繕?biāo)主機(jī)的MAC地址。在以太網(wǎng)中，一個(gè)主機(jī)要和另一個(gè)主機(jī)進(jìn)行直接通信，必須要知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址。但這個(gè)目標(biāo)MAC地址是如何獲得的呢？它就是通過地址解析協(xié)議獲得的。所謂“地址解析”就是主機(jī)在發(fā)送幀前將目標(biāo)IP地址轉(zhuǎn)換成目標(biāo)MAC地址的過程。ARP協(xié)議的基本功能就是通過目標(biāo)設(shè)備的IP地址，查詢目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，以保證通信的順利進(jìn)行。
　　2.3ARP協(xié)議的工作過程
　　1)ARP協(xié)議的報(bào)文格式。
　　ARP協(xié)議的報(bào)文格式如圖2所示[5]。
　　圖2ARP報(bào)文格式
　　2)ARP請(qǐng)求報(bào)文的處理過程。
　　ARP請(qǐng)求報(bào)文是廣播報(bào)文，當(dāng)主機(jī)D發(fā)送含有主機(jī)A的IP地址的ARP請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的其他主機(jī)A、B、C都會(huì)收到ARP請(qǐng)求，每臺(tái)主機(jī)都會(huì)檢查ARP請(qǐng)求報(bào)文中的目標(biāo)IP地址是否為本機(jī)，如果是，則讀取源MAC地址和IP地址加到本機(jī)的ARP緩存表中。在這個(gè)實(shí)例中，主機(jī)A把主機(jī)D的MAC地址和IP地址對(duì)添加到本機(jī)的ARP緩存中。
　　每個(gè)節(jié)點(diǎn)也會(huì)檢查源IP地址，如果源IP地址在本機(jī)的ARP緩存表中，則會(huì)更新源MAC地址。如果源IP地址不在本機(jī)的緩存表中，則丟棄ARP請(qǐng)求報(bào)文。在這個(gè)實(shí)例中，主機(jī)B和主機(jī)C的ARP緩存表中都沒有主機(jī)D的IP地址，則丟棄這個(gè)ARP請(qǐng)求報(bào)文，如圖3所示。
　　3)ARP應(yīng)答報(bào)文的處理過程。
　　主機(jī)A處理完ARP請(qǐng)求后，則發(fā)送ARP應(yīng)答報(bào)文，這是單播報(bào)文，其目標(biāo)MAC地址就是發(fā)送ARP請(qǐng)求的主機(jī)的MAC地址(即主機(jī)D的MAC地址)。在ARP應(yīng)答報(bào)文中，包含源IP地址和MAC地址(即主機(jī)A的IP地址和MAC地址)以及目標(biāo)IP地
　　址(即主機(jī)D的IP地址)。如圖5所示。
　　當(dāng)主機(jī)D收到主機(jī)A的ARP應(yīng)答報(bào)文后，就把主機(jī)A的MAC地址和IP地址加到本機(jī)的ARP緩存表中，如圖4所示。
　　4)ARP協(xié)議完成。
　　至此，ARP請(qǐng)求完成，主機(jī)D可以執(zhí)行原始的FTP命令。另外需要說明的是，在利用動(dòng)畫演示過程中，可以根據(jù)需要設(shè)置PLAY鍵和PAUSE鍵進(jìn)行播放和暫停。
　　圖3ARP請(qǐng)求報(bào)文示意圖
　　圖4ARP應(yīng)答報(bào)文示意圖
　　3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議動(dòng)畫資源的積累
　　3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的動(dòng)畫制作
　　采用Macromedia Flash 8.0網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制作。由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議眾多，一般需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)分工合作，目前課程組已完成的動(dòng)畫有32個(gè)，如表2所示。在教學(xué)
　　實(shí)踐中，也可以把一些協(xié)議當(dāng)做課程設(shè)計(jì)和作業(yè)讓學(xué)生來完成，這樣既鍛煉學(xué)生的動(dòng)畫制作能力，也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。
　　3.2同一協(xié)議的擴(kuò)展
　　由于許多協(xié)議的應(yīng)用場合不同，其處理過程也不同。以ARP協(xié)議為例，在同一局域網(wǎng)中的處理過程在第2節(jié)作了詳細(xì)介紹，但如果應(yīng)用到如圖5的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中去，其處理過程又會(huì)發(fā)生變化，這樣就需要制作不同的動(dòng)畫來配合教學(xué)。
　　
　　 圖5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　4結(jié)語
　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，基于動(dòng)畫演示的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議教學(xué)和資源建設(shè)在我校還在持續(xù)進(jìn)行中。就實(shí)際的教學(xué)情況來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，效果顯著。
　　參考文獻(xiàn)：
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