孫志剛　李韜

摘要：基于FPGA的可編程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中路由交換原理的教學(xué)具有十分重要的意義。在美國，斯坦福大學(xué)研制了可編程的NetFPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并基于該平臺(tái)開設(shè)了“Building an Internet Router”實(shí)驗(yàn)課程（編號(hào)CS344，以下簡稱CS344課程）。國內(nèi)的國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)開發(fā)了可編程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)NetMagic，基于NetMagic平臺(tái)也同樣開設(shè)了一門研究生實(shí)驗(yàn)課程“路由器原理與設(shè)計(jì)”。文章比較斯坦福大學(xué)CS344課程和國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程的基本情況、課程組織方法和學(xué)生的反饋情況，總結(jié)國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)開設(shè)“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程7年來的經(jīng)驗(yàn)與不足，最后提出進(jìn)一步優(yōu)化“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程實(shí)驗(yàn)組織的思路。

關(guān)鍵詞：可編程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)；路由器原理與設(shè)計(jì)；NetMagic

1.背景

高性能路由器和交換機(jī)是互聯(lián)網(wǎng)的重要組成設(shè)備，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制是決定互聯(lián)網(wǎng)性能、功能、安全等多維擴(kuò)展能力的關(guān)鍵?，F(xiàn)有關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生大多只能開展基于Socket的用戶空間網(wǎng)絡(luò)編程，而把網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)透明的傳輸通道。由于IP層功能和處理機(jī)制主要體現(xiàn)在路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，因此在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生難以觸及IP路由轉(zhuǎn)發(fā)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精髓。

斯坦福大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究一直處于世界領(lǐng)先地位，其誕生了第一個(gè)接入ARPANET的計(jì)算機(jī)（1969年），誕生了思科公司和第一臺(tái)路由器（1985年），誕生了Openflow技術(shù)以及最早的Openflow/SDN實(shí)驗(yàn)環(huán)境（2008年），因此其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的人才培養(yǎng)與科研模式一直得到廣泛關(guān)注。早在2005年，斯坦福大學(xué)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中就指出：“目前設(shè)備制造商研制的高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器、交換機(jī)和各類中間盒（Middlebox），均使用ASIC/NP/FPGA等硬件芯片實(shí)現(xiàn)IP層分組的處理，而學(xué)生對(duì)高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原理的了解只限于書本，對(duì)高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研發(fā)，特別是網(wǎng)絡(luò)硬件的研制缺乏必要的了解，因此在就業(yè)方面缺乏競爭力”。為此，斯坦福大學(xué)在2004年春季開設(shè)了基于可編程硬件平臺(tái)NetFPGAt21的實(shí)驗(yàn)課“Building an InternetRouter”（編號(hào)：CS344），要求在教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下，學(xué)生獨(dú)立完成交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的原型設(shè)計(jì)。從學(xué)生的反饋來看，該課程在加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作原理的理解方面，特別是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力方面取得了巨大成功。

國防科技大學(xué)（以下簡稱國防科大）在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，特別是高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制方面，一直處于國內(nèi)前列。先后于2001年和2004年研制成功我國第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能IPv4路由器和第一臺(tái)交換能力超過千億比特的IPv6路由器。2009年，國防科大開設(shè)了研究生課程“路由器原理與設(shè)計(jì)”（編號(hào)：081206608），并研制了支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的可編程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)——NetMagic。教學(xué)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)研究生基于NetMagic平臺(tái)開發(fā)簡單的防火墻、交換機(jī)和路由器等設(shè)備原型，一方面提高了研究生網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制的能力；另一方面，研究生基于NetMagic平臺(tái)開發(fā)了大量應(yīng)用，支撐了課題組承擔(dān)的多項(xiàng)國家863和973課題。

2.基于FPGA平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程

2.1課程基本情況

具有網(wǎng)絡(luò)接口的可編程硬件也稱為可編程網(wǎng)絡(luò)硬件，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展IP層和鏈路層實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。由于搭建可編程網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)具有一定復(fù)雜性，成本較高，且對(duì)教師自身的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ筝^高，因此目前高校很少基于網(wǎng)絡(luò)硬件開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生接觸FPGA平臺(tái)大多在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)中，面向的對(duì)象主要聚焦在CPU設(shè)計(jì)上，與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)無關(guān)。

為了提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的效果，讓學(xué)生畢業(yè)后能夠在網(wǎng)絡(luò)行業(yè)更加具有競爭力，一向以網(wǎng)絡(luò)工程見長的斯坦福大學(xué)于2001年開始設(shè)計(jì)面向網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——NetFPGAvl，并于2004年在研究生課程中使用。NetFPGAvl是插在專用機(jī)柜中的非標(biāo)準(zhǔn)板卡，基于Altera FPGA設(shè)計(jì)，支持8個(gè)10Mbps以太網(wǎng)接口，學(xué)生通過遠(yuǎn)程web的方式在該板卡上做實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，特別是網(wǎng)絡(luò)硬件的設(shè)計(jì)能力，但由于NetFPGAvl硬件邏輯遠(yuǎn)程調(diào)試不便，而且非標(biāo)準(zhǔn)的板卡也不便推廣，端口速率偏低，因此斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)了基于PCI總線和4個(gè)千兆接口的NetFPGAv2（見圖1（a））。NetFPGAv2獲得了巨大的成功，使基于該板卡的斯坦福實(shí)驗(yàn)課“Building an Intemet Router”在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)領(lǐng)域獲得極大聲望。

國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院長期從事高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制，受斯坦福大學(xué)NetFPGA和CS344課程的影響，國防科大在《研究生2009培養(yǎng)方案》中“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”一級(jí)學(xué)科研究生培養(yǎng)方案中增加了“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程（編號(hào)081206608），講授高性能路由器等核心設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)、核心算法和案例分析，并通過基于可編程網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，著重培養(yǎng)研究生從事網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟硬件的研制能力。

由于NetFPGA成本較高，研究生攜帶不方便，我們研制了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)NetMagic08，專門支持研究生的課程實(shí)驗(yàn)。NetMagic08以AlteraFPGA為核心，具有8個(gè)千兆以太網(wǎng)接口，外觀類似交換機(jī)，因此攜帶方便。NetMagic08的外觀和內(nèi)部電路板如圖1（b）、圖1（c）所示。與必須插在計(jì)算機(jī)上的NetFPGA不同，NetMagic08可以方便地部署在網(wǎng)絡(luò)中的任意位置，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)NetMagic08的控制，因此增加了實(shí)驗(yàn)的靈活性。

2.2學(xué)生評(píng)價(jià)

由于通過實(shí)驗(yàn)可加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作原理的認(rèn)識(shí)，積累網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，因此學(xué)生對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)硬件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)較高。例如，文獻(xiàn)給出了斯坦福學(xué)生對(duì)CS344課程的2條評(píng)價(jià)，“Overall it was awesome.I came in without knowing much about networks or routers.and I left with a wealth Of information.It must sound weird but I truly liked everything since I have never seenthis stuff in such detail beforehand.”（總體來說這門課有點(diǎn)可怕。上這門課之前，我對(duì)網(wǎng)絡(luò)和路由器知之甚少，但課程結(jié)束后，我感覺收獲很大，就像得到一筆財(cái)富。我從來沒有看到能夠在課前為教學(xué)做如此周全準(zhǔn)備的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。我覺得這門課真是有點(diǎn)不可思議，但我確實(shí)很喜歡。）；“It was one of the most satisfying，interesting，and time consuming courses Ive taken at Stanford.”（這是我在斯坦福遇到的一門最令人滿意，最吸引人的，但又需要花費(fèi)大量時(shí)間的課程）。

參加國防科大“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程的研究生對(duì)課程給他們帶來的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)也很高。例如，2015年春季課程結(jié)束后，研究生對(duì)課程的2條評(píng)價(jià)，“上這門課最大的收獲是動(dòng)手能力的提高，另外實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中參與其他小組報(bào)告的討論也幫助自己把理論課程中很多沒搞懂的問題搞懂了?！薄巴ㄟ^分組實(shí)驗(yàn)，我們的實(shí)踐和工程能力有了進(jìn)一步的提高，原來我沒有做過這種不僅需要組內(nèi)分工，又有組間合作的項(xiàng)目，本次鍛煉對(duì)之后的工作和學(xué)習(xí)有所幫助”。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生的效益

由于研究生是科研中最具創(chuàng)新能力的群體。在實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中獲得的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗(yàn)會(huì)在他們后續(xù)的科研工作中得到應(yīng)用。隨著NetFPGA在教學(xué)中的成功應(yīng)用，越來越多的網(wǎng)絡(luò)研究者認(rèn)識(shí)到，在高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究中，除了基于NS-2等模擬工具外，還能以較低成本和較低復(fù)雜性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。短短幾年后，全球已經(jīng)有超過150個(gè)科研機(jī)構(gòu)使用NetFPGA進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，包括實(shí)現(xiàn)了第一臺(tái)Openflow交換機(jī)。

在國防科大，每年大概有30-40名研究生選修《路由器原理與設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)。隨著越來越多的研究生在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程中接觸并熟悉NetMagic。NetMagic也在研究生論文和國家級(jí)的科研項(xiàng)目中得到越來越多的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近五年來，國防科大有20名左右研究生在論文研究中使用NetMagic作為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。通過百度學(xué)術(shù)搜索“NetMagic”論文，顯示基于NetMagic的科研方向涉及路由器和SDN交換機(jī)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測量、流媒體傳輸質(zhì)量監(jiān)控、分組深度監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)加解密、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測以及城域網(wǎng)流量仿真等多個(gè)方向。國防科大、清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、香港理工大學(xué)、湖南大學(xué)、東南大學(xué)等院校正在基于NetMagic平臺(tái)展開研究，支撐的國家級(jí)課題（如973和863課題）超過10個(gè)?；贜etMagic的測量研究在頂級(jí)會(huì)議SIGCOMM上進(jìn)行了demo演示。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織

3.1斯坦福大學(xué)CS344課程組織

斯坦福CS344課程是面向博士研究生、碩士研究生和高年級(jí)本科生開設(shè)的基于項(xiàng)目（Proiect-based）的課程，其主要內(nèi)容就是學(xué)生分組進(jìn)行基于NetFPGA平臺(tái)的路由器原型開發(fā)。在課程實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生接觸到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟硬件接口的設(shè)計(jì)，根據(jù)性能和復(fù)雜性考慮，決定哪些功能由硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能由軟件實(shí)現(xiàn)。斯坦福大學(xué)CS344課程的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)。

①分組實(shí)驗(yàn)，一般每組包含1名硬件設(shè)計(jì)學(xué)生，1-2名軟件設(shè)計(jì)的學(xué)生，這2-3名學(xué)生完成一個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)。

②教學(xué)組會(huì)在課程開始時(shí)提供硬件設(shè)計(jì)的范例（2個(gè)以太網(wǎng)端口的中繼器）和軟件開發(fā)的框架供學(xué)生參考。

③課程時(shí)間為10周，前6-8周完成老師規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如實(shí)現(xiàn)4端口的以太網(wǎng)交換機(jī)和IP路由器原型，后2-4周完成自選內(nèi)容，如實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）功能、組播轉(zhuǎn)發(fā)功能和訪問控制列表（ACL）功能。

④課程分8周完成，每周上課時(shí)間教學(xué)組對(duì)學(xué)生上周工作進(jìn)展進(jìn)行檢查，布置下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作。

⑤課程結(jié)束前，每組學(xué)生對(duì)自己實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行演示和報(bào)告，教學(xué)組會(huì)邀請一些工業(yè)界的人士參加學(xué)生的演示報(bào)告，并對(duì)學(xué)生的工作進(jìn)行評(píng)分。

3.2國防科大“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程組織

國防科大于2009年開設(shè)“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程，主要講述高性能路由器的原理，核心算法以及工程實(shí)現(xiàn)需要考慮的問題等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要基于NetMagic平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原型?！奥酚善髟砼c設(shè)計(jì)”課程組織的主要特點(diǎn)如下。

①課程為12周，每周3學(xué)時(shí)，其中前6周講授路由器工作原理、體系結(jié)構(gòu)、核心算法、網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計(jì)、路由器系統(tǒng)剖析等。后6周基于NetMagic平臺(tái)進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)。

②在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，課程實(shí)驗(yàn)分為2-3個(gè)硬件組和5-7個(gè)軟件組，每組3-4人。這些組各實(shí)現(xiàn)一個(gè)路由器的部分功能，教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)各組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的確定，主導(dǎo)進(jìn)行組件接口的制定，各組的成果經(jīng)集成后形成一個(gè)路由器原型。

③后六周每周課堂上各組匯報(bào)自己的研制方案，由教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行指導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)，各組之間也可就接口劃分問題進(jìn)行討論。

④建立論壇（bbs.netmagic.org）供上課學(xué)生之間以及與教學(xué)團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行交流，進(jìn)行文檔的共享。學(xué)生可以辦理手續(xù)，從實(shí)驗(yàn)中心將Netmagic平臺(tái)借出，在自己的宿舍進(jìn)行調(diào)試。

⑤為彌補(bǔ)課堂學(xué)時(shí)的不足，在第6，7，8周的周末晚上，分別舉辦一次“Netmagic之夜”活動(dòng)，由教學(xué)助理（TA，Teaching Assistant，一般由熟悉NetMagic平臺(tái)使用的高年級(jí)研究生組成）向參加課程的學(xué)生介紹NetMagic平臺(tái)的使用方法，軟硬件開發(fā)流程，并進(jìn)行典型demo展示。

⑥在課表規(guī)定的12周授課時(shí)間結(jié)束后，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將選取連續(xù)多個(gè)周末組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)聯(lián)調(diào)。提供包括聯(lián)調(diào)場地、TA現(xiàn)場指導(dǎo)、免費(fèi)食品和飲料等一切保障，鼓勵(lì)研究生完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

4.“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程的特色與差距

4.1我們的特色

斯坦福大學(xué)CS344課程最初是國防科大計(jì)算機(jī)學(xué)院設(shè)置“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程所仿照的目標(biāo)。經(jīng)過教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年努力，在教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)組織和教學(xué)效果等方面，我們也逐步形成了自己的特色。

1）課堂講授與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

課程前半程為理論講授，包括路由器體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，核心算法以及典型設(shè)備剖析等，為研究生建立起網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本概念；后半程進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，提高研究生的動(dòng)手能力，支持他們驗(yàn)證在前半程中學(xué)習(xí)到的知識(shí)。

2）強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

與斯坦福CS344課程每組學(xué)生“單打獨(dú)斗”，獨(dú)立完成交換機(jī)路由器實(shí)驗(yàn)不同，我們將一個(gè)路由器原型拆解成多個(gè)不同的硬件模塊和軟件模塊，每組獨(dú)立完成一個(gè)功能模塊的開發(fā)。課程要求組內(nèi)人員應(yīng)有具體分工，組間需要確定接口并實(shí)現(xiàn)最終聯(lián)調(diào)，因此在實(shí)驗(yàn)中也培養(yǎng)了學(xué)生的工程項(xiàng)目組織和協(xié)調(diào)能力。

3）便攜式的NetMagic平臺(tái)。

由于NetMagic平臺(tái)的軟硬件開發(fā)環(huán)境（硬件為Altera公司的Quartus Ⅱ集成開發(fā)環(huán)境，軟件為Linux系統(tǒng)）通過虛擬機(jī)方式可在同一臺(tái)筆記本電腦上運(yùn)行而相互不干擾，同時(shí)NetMagic具有易于攜帶的特點(diǎn)，因此研究生可以從實(shí)驗(yàn)室將NetMagic平臺(tái)借出，在自己的宿舍或者圖書館等地進(jìn)行調(diào)試，十分方便研究生的使用，提高了他們調(diào)試的效率。

4）強(qiáng)大的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。

由熟悉NetMagic使用的高年級(jí)碩士研究生或博士研究生組成NetMagic興趣小組，每年對(duì)參加“路由器原理與設(shè)計(jì)”的“新學(xué)員”進(jìn)行輔導(dǎo)，包括組織“NetMagic之夜”活動(dòng)，現(xiàn)場演示NetMagic平臺(tái)的使用方案，幫助“新學(xué)員”解決開發(fā)環(huán)境安裝問題，在集中聯(lián)調(diào)中協(xié)助解決開發(fā)調(diào)試中的bug等。

4.2主要差距

雖然沒有親身參加和觀摩斯坦福大學(xué)的CS344課程，但每次讀到介紹CS344課程的論文，我們都感到“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程與其還存在較大差距。盡管學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)中收獲很大，但大部分實(shí)驗(yàn)小組都在課程結(jié)束前難以完成預(yù)定目標(biāo)，分析原因如下。

1）教學(xué)團(tuán)隊(duì)能力的差距。

斯坦福大學(xué)CS344課程主講老師為計(jì)算機(jī)系和電子工程系的Nick McKeown教授，曾在I-IP等多家公司就職，具有思科CSRl2000核心路由器設(shè)計(jì)經(jīng)歷，對(duì)工業(yè)界的需求具有深刻的理解，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)，是Openflow技術(shù)的最初提出者，是軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的主要推動(dòng)者。CS344的助教團(tuán)隊(duì)也是人才濟(jì)濟(jì)，包括工程經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)老師（例如John w.Lockwood教授，來斯坦福之前在華盛頓大學(xué)常年從事可編程FPGA平臺(tái)開發(fā)），也有干勁十足的研究生助教（例如Martin Casado，后來成為公認(rèn)的SDN發(fā)明人，是被VMware以12.6億美金收購的Nicira公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO）。

國防科大教學(xué)團(tuán)隊(duì)主要老師也是我國第一臺(tái)IPv4核心路由器以及其他多種型號(hào)的高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要研制者，也正在從事大量相關(guān)的國家973、863項(xiàng)目的研制，對(duì)高性能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備體系結(jié)構(gòu)、硬件實(shí)現(xiàn)等具有深刻理解，但對(duì)整個(gè)技術(shù)趨勢的把握，以及與工業(yè)界的聯(lián)系等方面，還有較大差距。

2）課程準(zhǔn)備的差距。

斯坦福CS344課程具有專門的主頁，上課之前給參與軟硬件設(shè)計(jì)的學(xué)生準(zhǔn)備了可參考的設(shè)計(jì)，學(xué)生不但可通過閱讀這些參考設(shè)計(jì)，快速了解NetFPGA平臺(tái)的軟硬件開發(fā)流程和接口定義，有助于盡快理清下一步實(shí)驗(yàn)思路，也可以通過設(shè)計(jì)復(fù)用（如硬件接口邏輯，PCI接口邏輯），簡化自己的工作量。

國防科大教學(xué)團(tuán)隊(duì)也在NetMagic平臺(tái)上開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)的硬件模板，其中平臺(tái)的通用邏輯，包括通用數(shù)據(jù)路徑邏輯（CDP），管理模塊邏輯（MM），輸入控制邏輯（IM）、輸出控制邏輯（OM）和DDR接口邏輯已經(jīng)完成并測試通過，學(xué)生只需根據(jù)用戶模塊（UM）的接口規(guī)范編寫實(shí)驗(yàn)相關(guān)的邏輯。但相比CS344課程，這些準(zhǔn)備還有差距，主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)文檔版本多但可讀性不好，參考設(shè)計(jì)較多但沒有提煉成易于使用的模板，對(duì)于初學(xué)者來說無從下手。

3）教學(xué)時(shí)間保證上的差距。

根據(jù)文獻(xiàn)的介紹，參加CS344課程的學(xué)生平均每周花費(fèi)在實(shí)驗(yàn)上的時(shí)間為10-20個(gè)小時(shí)，而前導(dǎo)基礎(chǔ)較差的學(xué)生則會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間。

在斯坦福大學(xué)選修CS344課程的學(xué)生同時(shí)選修其他課程不會(huì)超過2門，而在國防科大，研究生一般在入學(xué)后第2學(xué)期選修“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程，而此時(shí)學(xué)生同時(shí)選修的課程較多，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)間難以保證。例如，2015年春季我們的調(diào)查表明，參課學(xué)生最多同時(shí)在上8門課，最少5門，每周花費(fèi)在實(shí)驗(yàn)上的時(shí)間最多6-8小時(shí)，最少只有2小時(shí)。由于沒有足夠的時(shí)間投入，最終很難達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。

5.結(jié)語

下一步的工作：①進(jìn)一步做好課前準(zhǔn)備，提供可讀性更好的設(shè)計(jì)文檔和參考設(shè)計(jì)模版，降低學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的難度，提高實(shí)驗(yàn)的效率；②與教學(xué)管理部門溝通，將“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)調(diào)整到課程較少的暑期小學(xué)期集中開展，保證學(xué)生投入到實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和精力。

此外，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將以“路由器原理與設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為基礎(chǔ)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)本科教學(xué)的特點(diǎn)，面向高年級(jí)本科生規(guī)劃一門以路由器和交換機(jī)設(shè)計(jì)為核心的4-6周的綜合實(shí)驗(yàn)課程，為進(jìn)一步加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)本科教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提供支撐。