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摘要：结合生活知识辅助“计算机网络”理论教学，是一种新的教学尝试。把计算机网络中计算机之间的通信过程类比人类的通信过程，可以让学生深刻理解计算机网络的理论知识，取得事半功倍的效果。本文给出结合生活知识辅助计算机网络理论教学的思路，探讨内容包括网络协议层次与人类通信所使用协议层次的类比、身边计算机网络协议与层次在哪里、RIP路由协议水平分割的教学设计、三层交换技术的教学设计，收到良好的教学效果。
关键词：计算机网络；辅助教学；理论教学；教学方法
1教学思路
计算机网络中计算机设备之间的通信过程，与人类社会中的通信过程有许多相似之处。计算机网络课程教学涉及到许多抽象的理论概念，不容易为学生理解和掌握，若能够结合人们生活中的一些知识，辅助“计算机网络”理论教学的研究，会起到事半功倍的作用。
自然界的许多知识是有联系的、可以类比的，通过类比，可以做到触类旁通。在对抽象计算机网络理论知识感到困惑时，用生活中的例子进行类比，可以让学生很快真正理解计算机网络中对应的理论知识，并且会和计算机网络的具体应用联系起来，留下深刻记忆。在以后学习其他知识时，学生也会借助这种类比的方法分析、理解和掌握有关知识。
例如，教师可以结合人们生活中的通信过程，对计算机网络知识的重点和难点进行剖析，尽可能用通俗的语言、生活中类似的例子阐述比较抽象的对等层协议、服务和接口等概念。
另一方面，教师可以结合因特网和身边的网络阐述计算机网络的理论基础、核心技术和应用方法。让学生看得懂、学得会、能与身边的网络应用紧密联系，知道所学网络知识用在哪里、怎样用。这对提高学生的阅读能力和学习计算机网络的兴趣是十分重要的。这样，学生可以尽快联系身边的计算机网络应用实例，带着网络应用中遇到的问题学习，知道要学什么，拥有终生学习的信心和工具。
2网络协议层次与人类通信所使用协议层次的类比
计算机网络体系结构把网络功能划分到不同层次上，需要弄清楚的问题有网络层次之间怎样联系；对等层怎样通过对等层协议理解和通信；网络中的层次、服务、协议和接口怎样描述，它们之间的关系是什么[1]。
在日常生活中，人们之间的通信自觉或不自觉使用着分层和协议的概念，这对理解网络协议和计算机网络体系结构会有帮助。
人们在日常生活和生产活动中离不开消息的传递，通信就是从一个地点向另一个地点传递消息。人们在通信时也要遵循双方认可的通信协议，只不过人们在自觉不自觉地使用着通信的协议。这些通信协议的应用已经成为人们生活习惯的一部分，以至于不会注意它们的存在。
TCP/IP协议就是Internet中计算机设备之间采用的通信语言，可以类比人与人之间的通信语言。人们之间的语言交流就要用到双方都遵循的协议，人们要么讲汉语，要么讲英语，双方要能彼此理解对方的语言、所讲的内容和含义，也应能知道讲话内容的分隔，知道讲话内容从什么地方开始，到什么地方结束，以及听不清楚怎么处理，讲错了怎么处理，来不及听怎么处理。人们遵循的这些协议是在自觉不自觉中进行的[2]25-26。
人们之间的会话也在使用分层的概念，之所以感觉不到，是因为人们已经习惯了。以两个人之间的自然语言通信为例，可以分为三个层次：传输层；语言层；知识层。两个人通信用到的分层协议如图1所示。
1) 传输层。人的发音器官，气流通过声带的振动发出声音，声音通过空气传输到人的听觉器官，耳膜感受到声波振动，接收声音。传输层并不关心采用什么语言，也不考虑传输的是什么内容，只要能够发出声音传到对方，对方可以听到声音就行了。
2) 语言层。解决双方通信采用哪一种语言，比如是讲汉语还是讲英语，关心的是彼此能够听得懂通信的语言，但是并不考虑语言所表示的确切含义。
3) 知识层。该层关心彼此通信的内容、双方传递消息的具体含义，与收发双方的文化背景、经验、阅历有关。例如，若有一方从来没有听说过Internet，即使也能辨识听到有关Internet内容的声音，但是双方也无法交流。
网络通信协议是信息网络中计算机设备之间使用的通信语言，是按对等层协议、即通信双方理解的格式设计的。例如，人们常说TCP/IP协议是Internet中的语言。通信是在人们(对象)之间传递消息，计算机网络中的通信对象就是计算机设备。
进一步说明，在计算机网络中，用协议数据单元(Protocol Data Unit, PDU)描述网络协议，计算机网络中计算机设备之间的通信类似于人们之间的信息交流，采用的是书面语言，是用二进制语言表示、可以彼此理解、有结构的由二进制数据0或1组成的数据块，即网络协议数据单元PDU。网络体系结构中的每一层次都有该层对应的PDU。PDU由控制部分和数据部分组成，控制部分由若干字段组成，表示通信中用到的双方可以理解和遵循的协议，数据部分为需要传输的信息内容。协议数据单元(PDU)格式如图2所示。
3身边计算机网络协议与层次的位置
人们可能会问，在具体组网时，TCP/IP协议在哪里呢？TCP/IP协议与底层网络协议之间是怎样联系的？要说明这些问题，需要确定协议层次的位置，这里以底层网络采用以太网为例进行讨论。
一般来讲，底层网络涉及到网络体系结构的数据链路层和物理层，具体实现时由网络适配器(网卡)描述。对于一个给定的通信链路，链路层协议的主要部分在网络适配器中实现，网络适配器也称为网络接口卡或NIC，通常包括RAM、DSP芯片、总线接口和链路接口。适配器的主要部分是总线接口和链路接口，总线接口在适配器和节点之间传输数据和控制信息，链路接口实现链路层协议，负责形成帧，提供差错控制、信道访问控制等链路层功能，链路接口也包括收发器电路。
而应用层、TCP层、IP层协议包含在操作系统中。目前主流的操作系统包括Windows、Unix、Linux等，均支持TCP/IP协议。TCP/IP协议的位置以及与5层协议的对应关系如图3所示。
在配置网络协议时，顺序是先配置底层网络协议，在计算机主板的扩展槽上插入网卡，网卡可以实现物理层和数据链路层的功能，安装网卡驱动程序，即安装了低两层的网络协议。之后，选择计算机中使用的网络体系结构和协议，若与Internet连接，需要选择TCP/IP协议，绑定IP层协议、TCP层协议和应用层协议，分别对应着网络体系结构中的网络层、运输层和应用层。在相应的操作系统中，可以指定采用的网络协议为TCP/IP协议，然后在TCP/IP协议属性对话框中设置IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器地址等，从而完成整个TCP/IP协议配置。要清楚网络协议层次绑定的概念，绑定是按自底向上的顺序进行的[2]29-30。
进一步对上述内容进行归纳，说明网络终端节点网络协议的安装和设置步骤：安装网卡驱动程序；指定(安装)TCP/IP协议；绑定网络协议(第一层到第五层)；用Ping测试协议安装和配置是否成功。
4RIP路由协议水平分割的教学设计
解决RIP路由无穷计算问题的方法是采用水平分割(Split horizon)和带毒性逆转(poison reverse)的水平分割机制，目的是最大可能地避免由于协议本身缺陷造成的收敛慢和路由环路问题。RIP无穷计算问题如图4所示。
水平分割采用的设计思想如下：任何一个节点并不把从其相邻节点学到的路由信息再回送给那些相邻节点，即当节点从某个网络接口发送路由更新信息时，其中不能包含从该接口学习到的路由信息。我所知道的有关这条路由的信息是来自于你，就不用再告诉你了。例如，如果节点C在其距离表中有从节点B学到的路由表项(A,2)，节点C在发送更新路由信息的距离表给节点B时，在其距离表中不应包含表项(A,2)。
可以类比生活中的例子理解水平分隔的思想。假设北京人(D地)和郑州人(C地)都要去广州(A地)，他们都必须经过武汉(B地)。北京人想知道去广州的路径信息必须通过郑州人了解，同理，郑州人想知道到广州的路径信息需要通过武汉人了解。在这种情况下，郑州人告诉武汉人怎样到广州去的路径信息没有任何意义，因为郑州人所得到的怎样到广州的路径信息是从武汉人那里学到的。借助图4来描述上述类比情况，C可以告诉D它到A的实际距离，但C或者不告诉B它到A的情况(水平分割)，或者告诉B它到A的距离为无穷大(带毒性逆转的水平分割)。由于C到A的路由要通过B，所以C告诉B它到A的距离没有任何意义。依次类推，D可以告诉E它到A的实际距离，但不用向C通告它到A的距离。可以看出水平分割采用的策略是不对路由信息来源的接口通告路由更新信息[2]200-201。
5三层交换技术的教学设计
局域网采用的一种三层交换技术称为下一跳解析协议(Next Hop Resolution Protocol, NHRP)，采用的技术也称为“路由一次，随后交换”，3COM公司的Fast IP技术使用的就是NHRP[2]296-299。
Fast IP的工作原理如图5所示。其中，主机A、B分别处在不同的VLAN中，图中数字表示下一跳解析协议的工作顺序。以主机A与主机B通信为例，最初主机A通过路由器与主机B建立通信连接，并学习到A与B之间的交换路径，主机B给出响应，双方建立起交换路径，一旦路由确定了交换路径，双方就可以在确定交换路径上进行通信，无须再通过路由器。这就是“路由一次，随后交换”的核心思想。
可以类比日常生活中的例子来进一步理解“路由一次，随后交换”概念。例如，一个人要到火车站，最初他不知道到火车站的路径，需要询问知道到火车站怎样去的人。这个人找到了火车站，学习到了去火车站的路径，这个人以后再去火车站时，就不用再询问知道到火车站怎样去的人了，可以自己直接去了。
接着，再进一步说明，Fast IP受到网络拓扑结构的限制，这是因为NHRP的响应是基于交换路径的，在通信的双方之间必须存在交换路径。Fast IP技术的关键是在数据交换过程中避开第三层路由器，把基于IP地址路由表的功能转换成基于端口MAC地址表的转发功能。Fast IP把交换和路由结合在一起，在一次路由的基础上进行交换，既使用路由，又对路由进行补充。
6结语
采用结合生活知识辅助“计算机网络”理论教学的方法，给理论教学带来清新的思路，是一种把对抽象理论的理解演绎为生活知识类比应用的教学途径。
实践证明，任何复杂、深奥的理论知识，都可以在生活中寻找到可以类比的知识。这又从另一方面说明自然界知识都是互相联系的，需要不断探寻讲授理论知识的方法，与人们生活中的知识结合起来学习，理论知识与生活中的应用知识是相辅相成的。
参考文献：
[1] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会. 高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M]. 北京:高等教育出版社,2009:229-234.
[2] 王相林. 计算机网络:原理、技术与应用[M]. 北京:机械工业出版社,2010.
Methods of Aid Computer Network Theory Teaching with Knowledge of Daily Life
WANG Xianglin
(College of Computer, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)
Abstract: Aid Computer Network theory teaching With knowledge of life is new attempt. In teaching process, to communication process in computer network, analogy with communication process in human society, let students deeply understanding theory knowledge corresponding Computer Network quickly, will play multiplier effect. Ideas on aid Computer Network theory teaching with knowledge of life are provided. Contents include computer network architecture level and protocol analogy with level and protocol using communication process in human society; where is closing computer network architecture level and protocol; teaching design of Split horizon on RIP routing protocol; teaching design of third level switching technology.
Key words: Computer Network; aid teaching; theory teaching; teaching method
(编辑：张玥)