计算机网络实验教学与ＮｅｔＲｉｖｅｒ实验系统.doc

计算机网络实验教学与ＮｅｔＲｉｖｅｒ实验系统 摘要：本文介绍了我系设计开发的计算机网络实验系统NetRiver，该系统拓宽了计算机网络实验的内容，丰富了实验手段，提高了实验效率。br　　关键词：计算机网络；实验教学；NetRiver实验系统br　　　　br　　1引言br　　br　　清华大学计算机系从1985年起开设“计算机网络原理”课程，开设了滑动窗口协议和应用层协议等网络实验内容。之后陆续开设了“计算机网络体系结构”、“无线网络和移动计算”和“计算机网络前沿研究”等研究生课程。2006年开设了强化实验课程“计算机网络专题训练”。在教学实践中，我们提出了“本科打基础、硕士重能力、博士出创新、科研促教学、实践贯始终”的教学理念，强化了计算机网络实验教学。针对不同阶段的学生，设置了不同的实验内容。本科生的网络课程重点在于基础网络协议和原理的掌握，通过配置观察实验和基本协议实验，加强感性认识，提高动手能力；硕士生的网络课程注重综合能力和对网络体系结构的整体把握，通过复杂协议编程实验，提高包括分析、设计和实现等在内的综合能力；博士生的课程则注重研究和创新，利用实验系统的可扩展性设计新实验、验证新算法。图1给出了计算机网络实验教学内容、课程体系和人才培养目标之间的关系。br　　br　　计算机网络实验教学设计存在很多难点。网络协议数量巨大，TCP/IP协议栈的常用协议有数百个，主机、路由器等网络结点的协议栈实现有很大区别，各个协议的原理、功能和实现均不相同；协议描述文本难于理解、协议实现复杂，例如RFC 793(TCP)有85页，代码长度近一万行，RFC 2328(OSPF)有244页，代码长度超过三万行；课程实验依赖具体的操作系统，常用的操作系统包括Windows、Linux、BSD、Solaris等；网上存在大量开源代码供学生参考使用，难以公平评价学生的实验结果；网络协议栈复杂，难以有效检查；学生多，实验多，难以管理。br　　总结国内外以往的计算机网络原理实验教学，主要存在以下几个不足：br　　#61548;由于缺乏软硬件支撑环境，通常会设计一些模拟实验来代替实际的网络实验。这样做的缺点是学生缺乏对真实网络环境的感性认识和理解。br　　#61548;由于常用的操作系统只提供应用层的网络编程接口，学生只能做网络应用实验。应用层实验虽然能够锻炼学生网络编程的能力，但却不容易帮助学生理解底层协议的原理和工作流程，进而忽视“计算机网络原理”课程的核心内容和教学目标。br　　#61548;缺乏网络核心协议的实验，例如BGP和OSPF。br　　#61548;网络实验的管理和维护非常困难。做网络实验的学生多、实验项目多。在每次实验之前，实验管理人员和助教需要花费大量的时间调整网络来满足实验要求。br　　我们在长期从事计算机网络教学的基础上，利用科研成果，研制开发了NetRiver计算机网络实验系统。NetRiver系统包括客户端、测试服务器和管理服务器三个组成部分，具有以下特点：可控真实的全协议栈网络实验环境，支持实验代码编辑、编译和调试的集成编译环境，可视化的协议报文捕捉与行为分析，多层次实验手段，基于脚本语言的可扩展实验描述和执行，基于协调测试法的自动实验测试和功能丰富的实验管理平台。NetRiver实验系统拓宽了计算机网络实验内容，丰富了实验手段，提高了实验效率。br　　br　　2相关工作br　　br　　北京航空航天大学在2004年启动“先进计算机网络实验基地建设”项目，建立了北京市重点实验室——网络技术实验室。该网络实验室基本上采用全套的华为网络路由器和交换机设备，从低端到高端，建立了一个小型的互联网模拟实验室。该实验室构建了国内一流的计算机网络技术教学实验环境，但其存在一个很大的问题就是硬件投资过大，并且在IT技术发展迅猛的今天，这些硬件设施存在生命期短的问题。br　　Stanford大学本科计算机网络课程“Introduction to Computer Networks”为学生的实验提供了一个Linux操作系统下的集群作为中央服务器，学生可以远程登录，在集群环境中对自己的代码进行编译及调试。但由于没有便捷的一体化集成环境，在Linux操作系统中所有编译和调试的工作都需要学生手工进行，要求比较高，可能造成学生精力分散，无法集中于网络协议的设计和实现，并且这也需要Linux下编程的相关先修课支持。br　　MIT大学的本科生网络教学是放到课程“Computer Systems Engineering”中进行的，主要的动手环节是学生自己做Project的全套工作。虽然这样比较锻炼学生的动手能力，但跟Stanford大学的实验类似，对学生Linux下编程能力要求比较高，对于没有修过相关课程