如何用“主線法”講授計算機網絡課程

摘要：在多年教學實踐的基礎上提出針對計算機網絡課程的“主線法”教學方法，將眾多分散知識點通過一條主線串連起來，使之條理清晰、易于理解，同時提出一些主要知識點的具體授課思路。

關鍵詞：主線法；數據傳輸；計算機網絡

計算機網絡課程是計算機專業主干課程，這門課程是理論性比較強的一門課程，并且難度比較大，老師不容易講授，學生也不容易理解。筆者根據多年的講授計算機網絡課程的經驗，總結出了“主線法”的教學方法。主線就是我們圍繞著數據的傳輸來講，使課程內容形成完整框架，更有條理，更容易理解。在介紹“主線法”的過程中也對各關鍵知識點的授課思路進行了比較具體的介紹。

一、計算機網絡課程的主要內容

計算機網絡課程的主要內容有：物理層、數據鏈路層、局域網、網絡互聯、運輸層、應用層。

上述的每一部分展開后都有很多內容，學生在學習過程中普遍感到知識點多，理解困難，并且知識點比較分散，知識點之間在表面上沒有什么聯系。要系統、深入地掌握計算機網絡的基礎知識就比較困難。需要老師在講課的時候用一定的方法使同學們容易理解、容易掌握計算機網絡課程的方方面面。

二、主線教學法概述

主線教學法中的主線指的是在計算機網絡中，每部分都是以數據傳輸為中心。在每一個層次上的內部，是在進行數據的傳輸，水平方向的同一個層次上，是在進行數據的傳輸，垂直方向上相鄰的層次，也在進行數據的傳輸。

在教學過程中，為了使學生們對計算機網絡有一個清晰的認識，我們要遵循一定的原則來授課。對計算機網絡不熟悉的學生來講，計算機網絡就是使用，就是上網，對其中的原理沒有什么了解。授課時老師不管講到哪部分內容，都可以提到數據的傳輸或者是圍繞著數據的傳輸來講解。

三、計算機網絡課程中的“主線法”教學方法分析

1、物理層

物理層的功能就是為在物理媒體上建立、維持和終止傳輸數據比特流的物理連接提供機械、電氣、功能和過程的手段。在講解這部分內容的時候，就給同學們介紹發送端信源的作用是把各種可能信息轉換成原始電信號，為了使這個電信號適合在信道上傳輸，就要通過變換器轉換成適合在信道上傳輸的信號，信道是信號的傳輸媒體及有關的設備如中繼器等。通過信道傳輸到遠地的電信號由接收端的反變換器轉換成原始的信號，再送給接收者信宿，而后由信宿將其轉換成各種信息。在這部分內容中，每一步都是圍繞著信息的傳輸來進行的。不管是發送端、接收端還是信道，都是用來進行信息的傳輸。

2、數據鏈路層

數據鏈路層在物理層提供的服務的基礎上通過執行數據鏈路層協議向網絡層提供服務，其最基本的服務就是將源機器網絡層來的數據可靠的傳輸到相鄰節點的目標網絡層。在實現服務時它要完成許多特定的功能，主要有如何將比特組合成幀，幀是數據鏈路層的傳送單位；處理傳輸中的差錯；調節發送方的發送速率不至于使較慢的接收方不能承受，以及數據鏈路層的建立、維持和釋放，稱之為鏈路管理。簡要的說，數據鏈路層的功能就是幀同步、差錯管理、流量控制和鏈路管理。而這些功能的最終目的就是為了進行數據的傳輸。

3、網絡層

網絡層是OSI參考模型中的第三層，是通信子網的最高層。網絡層關系到通信子網的運行控制，體現了網絡應用環境中資源子網訪問通信子網的方式。網絡層的主要任務是設法將源結點發出的數據包傳送到目的結點，從而向運輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務。

(1)為運輸層提供服務。網絡層提供的服務有兩類：面向連接的網絡服務和無連接的網絡服務。

虛電路服務是網絡層向運輸層提供的一種使所有數據包按順序到達目的結點的可靠的數據傳送方式，進行數據交換的兩個結點之間存在著一條為它們服務的虛電路；而數據包服務是不可靠的數據傳送方式，源結點發送的每個數據包都要附加地址、序號等信息，目的結點收到的數據包不一定按序到達，還可能出現數據包的丟失現象。

(2)組包和拆包。在網絡層，數據傳輸的基本單位是數據包(也稱為分組)。在發送方，傳輸層的報文到達網絡層時被分為多個數據塊，在這些數據塊的頭部和尾部加上一些相關控制信息后，即組成了數據包(組包)。數據包的頭部包含源結點和目標結點的網絡地址(邏輯地址)。在接收方，數據從低層到達網絡層時，要將各數據包原來加上的包頭和包尾等控制信息去掉(拆包)，然后組合成報文，送給傳輸層。

(3)路由選擇。路由選擇也叫做路徑選擇，是根據一定的原則和路由選擇算法在多結點的通信子網中選擇一條最佳路徑。確定路由選擇的策略稱為路由算法。在數據包方式中，網絡結點要為每個數據包做出路由選擇；而在虛電路方式中，只需在建立連接時確定路由。

(4)流量控制。流量控制的作用是控制阻塞，避免死鎖。網絡的吞吐量(數據包數量／秒)與通信子網負荷(即通信子網中正在傳輸的數據包數量)有著密切的關系。對防止出現阻塞和死鎖，需進行流量控制，通?？刹捎没瑒哟翱?、預約緩沖區、許可證和分組丟棄四種方法。

教師在講解這些內容的時候就要使學生們明白，網絡層的這四個主要的功能都是為了保證數據分組能準確無誤地傳輸到目的結點。

4、運輸層

運輸層是OSI參考模型的第四層，它承上啟下，是整個網絡協議體系的核心。運輸層的主要職能是在源計算機到目的計算機之間提供可靠的、經濟的數據傳送服務，而且獨立于所使用的物理網絡。對于一些特殊的應用，某些運輸層協議也提供高效的、但不可靠的數據傳送服務。Internet參考模型中的兩個重要的數據傳輸協議TCP和UDP就是為適應數據傳輸的規則而產生的協議。在這部分內容上，教師就更容易用數據傳輸為中心的“主線法”教學方法來對學生們講解。

5、應用層

應用層(Application Layer)處于最高層，也是最靠近用戶的一層，為用戶的應用程序提供網絡服務。應用層雖然不為OSI模型七層協議中的任何其他層提供服務，但卻為在OSI模型以外的應用程序提供服務。這些應用程序包括：電子數據表格程序、字處理程序、數據庫程序，以及網絡安全程序等。而這些應用程序都是網絡程序，都需要進行數據的傳輸，做這些應用程序的目的就是為了兩個計算機之間可以傳輸數據。并且應用層的每一個協議最終目的都是為了進行可靠的數據傳輸。

四、垂直層次

垂直方向的結構層次是當今普遍認可的數據處理的功能流程。每一層都有與其相鄰層的接口，為了通信，兩個系統必須在各層之間傳遞數據、指令、地址等信息。

雖然通信流程垂直通過各層次，但每一層都在邏輯上能夠直接與遠程計算機系統的相應層直接通信。為創建這種層次間的邏輯連接，引發通信機器的每一層協議都要在數據報文前增加報文頭。該報文頭只能被其他計算機的相應層識別和使用。接收端機器的協議層刪去報文頭，每一層都刪去該層負責的報文頭，最后籽數據傳向它的應用。

例如，通信源發送方機器的第四層為第三層將數據段打包。第三層將從第四層收到的數據再次打包，也就是第三層將數據打包并編址然后通過它自己的第二層將它們發向目標機器的第三層協議。第二層將數據包分解為幀，完善它們的編址(使其可以為LAN識別)。這些數據幀被提供給第一層，由第一層將其轉換為二進制比特流，這些二進制比特流被發向目標機器的第一層。目標機器將這些一個接一個的流程完全翻過來進行，并在源機器每一層相對應的協議層上將各層增加的報文頭去掉。到此，數據到達目標機器的第四層，數據形式也回到源發送方機器在第四層時的形式。因此，這兩個第四層協議看起來好像是物理連接并可以直接通信。

事實上，每個第三層都將數據向下傳到第二層，第二層順序往下將幀轉換為比特流。當目標機器的第一層收到比特流，它將比特流傳向第二層DLL，由DLL將其組合成幀。當成功完成幀接收后，幀的報文頭被去掉并將嵌入的數據包提取出傳向接收方的第三層。數據包到達接收方第三層時與其從發送方第三層發出時的格式內容完全相同。因此對于第三層，它們之間的通信是虛擬直接相連的。

以上介紹了筆者在《計算機網絡》課程教學過程中總結的一些授課思路，其核心是以數據傳輸為主線展開各項具體技術的介紹，并對每一知識點的授課思路作了一些分析，旨在起到互相交流教學心得、拋磚引玉的作用，希望對該門課程的教學有所裨益。