面向計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)碩士課程案例設(shè)計(jì)研究

吳濤 陳曦

[摘 要] 案例教學(xué)從實(shí)踐角度闡述理論和技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)以現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議為背景，以近三年的真實(shí)案例為基礎(chǔ)，進(jìn)行案例的搜集、設(shè)計(jì)和撰寫(xiě)。包括應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和技術(shù)的案例，如HTTP、DNS、SSH、容器技術(shù)等在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中較少涉及的內(nèi)容，利用案例資料，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生課堂理論教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充和輔助。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò);專(zhuān)業(yè)碩士;案例教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 成都信息工程大學(xué)研究生教學(xué)改革研究項(xiàng)目“創(chuàng)新與競(jìng)賽相結(jié)合的研究生人才培養(yǎng)模式研究”;教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“以競(jìng)賽為抓手的人工智能課程建設(shè)”;西南民族大學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（2017YJZX006）;西南民族大學(xué)在線(xiàn)開(kāi)放課程建設(shè)項(xiàng)目（2015KCJS07）;國(guó)家民委“一帶一路”國(guó)別和區(qū)域研究中心東南亞研究中心項(xiàng)目（SE2019Y07）

[作者簡(jiǎn)介] 吳 濤（1984—），女，山東曲阜人，博士，成都信息工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授，主要從事邊緣計(jì)算、計(jì)算智能研究;陳 曦（1985—），男，重慶人，電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院博士后，西南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院副教授（通信作者），主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] TP393? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）40-0366-02? ? [收稿日期] 2020-03-21

一、引言

作為計(jì)算機(jī)技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生的必修課程，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)主要側(cè)重理論教學(xué)方面，重點(diǎn)講解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、分組格式、狀態(tài)變遷等。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用案例，往往講解不夠，使得學(xué)生對(duì)于其實(shí)踐價(jià)值、應(yīng)用場(chǎng)景的理解不足，削弱了實(shí)踐能力的培養(yǎng)。另外，在本科、研究生階段的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，重點(diǎn)在于通信和基礎(chǔ)協(xié)議部分，包括路由、交換等，應(yīng)用層的協(xié)議很少重點(diǎn)涉及，往往一筆帶過(guò)。但事實(shí)上，應(yīng)用層的諸多協(xié)議，比如HTTP協(xié)議是現(xiàn)代萬(wàn)維網(wǎng)和瀏覽器的基礎(chǔ)，更是提供Web服務(wù)、API遠(yuǎn)程調(diào)用的基礎(chǔ);又比如DNS域名協(xié)議是萬(wàn)維網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，甚至涉及網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，都對(duì)人們的工作學(xué)習(xí)生活具有重要影響，現(xiàn)實(shí)中也有較為豐富的使用案例。本項(xiàng)研究將致力于搜集網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、技術(shù)（特別是與應(yīng)用層密切相關(guān)的協(xié)議和技術(shù)）在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用案例，從實(shí)際出發(fā)，闡述應(yīng)用實(shí)踐中涉及的知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生學(xué)以致用，逐步培養(yǎng)將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力。因此，本項(xiàng)研究將以近三年的真實(shí)案例為基礎(chǔ)，進(jìn)行案例的搜集、設(shè)計(jì)和撰寫(xiě)。同時(shí)，考慮到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，某些實(shí)際案例可能不便教學(xué)，針對(duì)這種情況，本項(xiàng)研究將簡(jiǎn)化部分案例，體現(xiàn)實(shí)踐要點(diǎn)，反映重要核心知識(shí)點(diǎn)。

二、案例知識(shí)點(diǎn)與工作方案

案例知識(shí)點(diǎn)上，本項(xiàng)研究的案例設(shè)計(jì)主要包括應(yīng)用層重要的協(xié)議與應(yīng)用：

HTTP協(xié)議：HTTP是現(xiàn)代萬(wàn)維網(wǎng)Web的基礎(chǔ)協(xié)議，本項(xiàng)研究的案例設(shè)計(jì)將主要涉及協(xié)議原理，報(bào)文格式、HTTP方法、REST風(fēng)格基本概念等。

HTTP連接管理：HTTP使用了TCP連接來(lái)提供不同類(lèi)型的超文本服務(wù)，本項(xiàng)研究涉及并行連接、keep-alive（持久連接）和管道化連接的工作原理等。

HTTP代理：HTTP是端到端（end-to-end）的協(xié)議，中間互聯(lián)細(xì)節(jié)由底層網(wǎng)絡(luò)層和運(yùn)輸層負(fù)責(zé)。為了提供額外的功能，在端到端的HTTP運(yùn)作原理中引入了中間實(shí)體，一方面對(duì)于端到端的原則形成了挑戰(zhàn)，同時(shí)卻也增加了更為豐富的萬(wàn)維網(wǎng)功能，如Web緩存、過(guò)濾等。

DNS協(xié)議：域名系統(tǒng)是現(xiàn)代Internet和萬(wàn)維網(wǎng)的另一大基石，本項(xiàng)研究涉及域名系統(tǒng)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，域名服務(wù)的工作原理，根域名服務(wù)器的重要性、分布和主要功能等。

SSH協(xié)議[1]：SSH協(xié)議是諸多遠(yuǎn)程登錄協(xié)議的一個(gè)典型代表，其特點(diǎn)是具有安全加密的shell，相對(duì)于傳統(tǒng)的telnet而言，提供了更為安全的遠(yuǎn)程登錄服務(wù)。

Git分布式開(kāi)發(fā)工具：結(jié)合實(shí)際工程開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，以常用的git工具作為載體，闡述分布式開(kāi)發(fā)的原則、技術(shù)、最佳實(shí)踐。

容器化技術(shù)[2]：輕量級(jí)虛擬化技術(shù)，用于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)和交付。

研究對(duì)象上，本項(xiàng)研究將主要以現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議棧為背景，進(jìn)行案例的搜集、設(shè)計(jì)、撰寫(xiě)，預(yù)計(jì)主要包括應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和技術(shù)的案例，包含以下研究對(duì)象：

DNS安全[3]案例：介紹近年來(lái)有關(guān)域名劫持、域名污染相關(guān)的安全事件，闡述DNS協(xié)議在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中安全性問(wèn)題和重要影響，并同步講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

Web服務(wù)器/代理應(yīng)用案例：介紹Apache或Nginx服務(wù)器軟件在現(xiàn)代萬(wàn)維網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用，牽引出有關(guān)負(fù)載均衡相關(guān)的應(yīng)用案例，并同步講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

REST API應(yīng)用案例：介紹基于HTTP協(xié)議的服務(wù)調(diào)用及其在現(xiàn)有開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用案例，并同步講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

HTTPS[4]安全協(xié)議應(yīng)用案例：介紹經(jīng)過(guò)加密的網(wǎng)絡(luò)流量體系，結(jié)合電子商務(wù)網(wǎng)站闡述HTTPS協(xié)議的應(yīng)用案例，并同步講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化/容器化技術(shù)應(yīng)用案例：介紹Docker等輕量級(jí)虛擬化/容器化技術(shù)體系，及其在敏捷開(kāi)發(fā)、DevOps[5]中的應(yīng)用案例，并同步講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

研究方法上，主要采用搜集現(xiàn)實(shí)應(yīng)用案例的方法，歸納整理近年來(lái)發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)安全事件、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)技術(shù)路線(xiàn)演進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)變遷等內(nèi)容，針對(duì)上述幾個(gè)主題，整合內(nèi)容，總結(jié)案例。如前所述，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)龐雜，內(nèi)容豐富，學(xué)習(xí)曲線(xiàn)也相對(duì)陡峭，考慮到專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生面向應(yīng)用的培養(yǎng)背景，對(duì)于過(guò)于繁雜的具體案例，可以總結(jié)后進(jìn)行部分簡(jiǎn)化和再設(shè)計(jì)，形成適合教學(xué)的案例。

從DNS域名服務(wù)、Web服務(wù)器/中間件軟件、REST API編程接口、HTTPS安全協(xié)議、Docker容器化技術(shù)等內(nèi)容的應(yīng)用實(shí)踐資料中提煉總結(jié)，本項(xiàng)研究計(jì)劃撰寫(xiě)3篇左右案例，每篇案例約10000字左右，主要適用于計(jì)算機(jī)技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息化等專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生。同時(shí)對(duì)于軟件工程等非專(zhuān)業(yè)學(xué)位的研究生，部分案例內(nèi)容也適用。

三、結(jié)語(yǔ)

案例教學(xué)從實(shí)踐角度闡述理論和技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。本項(xiàng)研究將主要以現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議棧為背景，進(jìn)行案例的搜集和設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)主要包括應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和技術(shù)的案例，利用案例資料，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生課堂理論教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充和輔助。

參考文獻(xiàn)

[1]LONVICK C M，YLONEN T.The Secure Shell （SSH） Transport Layer Protocol [J].IETF RFC，2006（4253）：1-32.

[2]BERNSTEIN D.Containers and Cloud：From LXC to Docker to Kubernetes [J].IEEE Cloud Computing，2014，1（3）：81-84.

[3]ABU-NIMEH S，NAIR S.Bypassing Security Toolbars and Phishing Filters via dns Poisoning[C]//IEEE GLOBECOM 2008-2008 IEEE global telecommunications conference.2008：1-6.

[4]RESCORLA E.HTTP Over TLS [J].IETF RFC，2000（2818）：1-7.

[5]EBERT C，GALLARDO G，HERNANTES J，等.DevOps [J].IEEE Software，2016，33（3）：94-100.