协议可视分析与仿真在TCPIP协议课程教学中应用.docVIP

协议可视分析与仿真在“TCPIP协议”课程教学中应用 　　摘要：探讨了“TCP/IP协议”教学现状，提出将可视分析应用于“TCP/IP协议”课程教学，模拟仿真了基于OSPF的LSA分析，结合理论知识和实践内容使协议分析课程教学生动、易于理解，更有利于学生应用能力的培养。 　　关键词：可视分析；协议；课程教学 　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0067-03 　　“TCP/IP协议”是邵阳学院为网络工程、物联网工程专业高年级本科生所开设的一门必修课程。该课程为“计算机网络”的后续课程，旨在让学生学完网络体系结构之后，深入掌握协议核心技术，理解协议原理，能设计简单的网络协议，为网络互联与设计打好基础。[1，2]在课程教学中，教师难教和学生难学成为了大家的共识。 　　一、课程教学状况 　　TCP/IP作为现代网络运行的基础协议，课程要求学生能理解和深入掌握协议的相关知识，理解协议的思想，并能加以应用，最终提高学生的网络应用程序开发能力与网络安全防护能力，增强网络分析能力。 　　目前各高校的“TCP/IP协议”教学主要采取协议软件分析、多媒体技术辅助及网络编程方式进行。如将wireshark等软件用于协议分析教学；[3]利用多媒体技术辅助教学；[4]通过网络编程模拟仿真方式进行协议教学等。[5]另外，有研究人员提出将举例教学法、[6]开放源码教学[7]用于“TCP/IP网络协议”课程教学中。文献[8]探讨了计算机网络协议分析与开发试验的一种新教学方法。 　　虽然有不少针对“TCP/IP协议”课程的教学改革，也取得了一定的成果。但由于课程的重要性和特殊性，“TCP/IP协议”课程教学内容难免抽象与枯燥乏味，学生难学、教师难教仍然是高校相关教师普遍的共识。 　　本文在深入分析协议课程教学特点的基础上，探索了一种协议可视分析与仿真相结合的办法，提供模拟图示例，进行图形可视化交互分析，增强教学过程的趣味性，化抽象为生动，以通俗浅显的图形化方式传达学生协议的核心思想。 　　二、基于可视的协议分析教学概述 　　1.可视分析基础 　　可视分析是利用图形学和图像处理相关技术，将数据转换成图形显示出来。不同领域需要不同的可视分析技术，在“TCP/IP协议”课程教学方面，将某种拓扑结构下节点之间通信的协议直观表示出来，节点之间数据包交换过程中繁杂的数据用图形的方式显示，能够使得网络通信变得更直观，也有助于协议的开发及应用。 　　2.链路状态路由教学的图形化表示 　　在路由选择协议的教学过程中，OSPF协议是典型的链路状态协议，其原理与距离向量路由选择的原理不同。学生往往对路由表的构造非常陌生。以图1为例，描述了一个简单的有五个结点的域。每个结点用相同的拓扑来创建路由表，但是每个结点的路由表却是独一无二的。通过对图1稍加转换，从A和B的角度去看各自的链路状态，可见，结点A知道它以度量6连接到结点B，以度量2连接到C，以度量3连接到D；结点B知道它以度量6连接到A，以度量4连接到C，以度量5连接到E。A和B所看到的链路状态如图2所示。 　　当多个路由器通过一个LAN连接起来时，此时情况会变得很复杂，图3显示了一个LAN直接连接到两个路由器A和C上的情形，每个路由器都连接到一个或者多个其他的路由器上。此时需要对LAN进行可视化建模，将LAN本身当成节点来考虑。通过对图3的分析，可引入新的节点（比如伪节点N，图4中的云），它与A、C连接起来。并且在LAN上从A到C是可能的，可以表示为路径ANC，这样可以使得复杂的问题简单化。 　　3.路由表的构造 　　路由表构造过程中，每个节点需要使用最短路径树产生一个最短路径。最短路径树通过Dijkstra算法实现，教师教学过程中一般会给学生展示一个简化的算法版本：一是初始化。选择作为树的根的节点，把它加入到路径中。为根的所有邻站设置从根到这些邻站之间的最短距离。设根到自己的最短距离为0。二是循环。重复下面两个步骤，直至所有节点都被加入到路径中。三是加入下一个结点到路径中。有哪些信誉好的足球投注网站不在路径中的节点，选择一个具有最短距离的结点，把它加入到路径中。四是更新。用上述步骤中移到路径中的节点来更新所有剩余节点的最短距离。 　　算法描述的是最短路径树的得到，其实就是经过一个初始化步骤和若干次的循环，该算法可以用可视化的图形进行表述。如图5所示，假设以节点A为例创建最短路径树，其初始化步骤和循环过程不难从上述简化算法中得出，图6给出了以节点A和B为根的最短路径树构造结果。由于篇幅原因，这里没有给出详细构造过程，可让学生进行课堂或课外练习。总之，通过图形化的表示，最短路径树构造过程能清楚呈现在学生面前，也有助于对该算法的深层次理解。 　　三、基于OSPF的LSA仿真模拟教学 　　1.OS