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摘要：高校传统的计算机网络课堂以理论讲授和做题实践为主要教学手段，该方法缺少形象直观的实例场景再现和动态的仿真模拟，以及详实的数据分析，对于一些较复杂的网络运行原理机制，该方法弊端尤为突出，严重影响了教学效果。以TCP拥塞控制原理中的慢启动算法为例，全过程详细描述NS2环境下的演示教学平台搭建方法。实践证明，该方法可以在有效解决上述问题的同时激发学生对网络课程的学习兴趣，在课堂教学中取得了良好的效果。
关键词：TCP；拥塞控制；计算机网络；慢启动算法；NS2
16727800（2013）004008203
0引言
计算机网络是本科计算机科学与技术专业的核心课程，具有综合性强（需要具备数据结构、网络编程等先导知识）、软硬件结合程度高（需要掌握各种网络设备的参数配置调整，以及硬件拆装、设备插接、综合布线知识）、与生产生活联系密切、实践学时长（占到总学时的一半）等特点。反观传统的课堂教学，受制于采用讲授和做题为主的教学方式
伴随云计算＼[1＼]和物联网＼[2＼]技术的飞速发展，新技术、新理论层出不穷，计算机网络作为其中最重要的基础通信设施，其重要性与日俱增。在当前发展迅猛的网络环境下，计算机网络知识更新速度飞快，原有的网络知识体系结构及教学方法已很难适应发展要求。近几年高校教育改革的实践经验告诉我们：教学的主要功能不单是技能传授，更重要的是学生能力培养，而能力培养的关键环节就是激发学习兴趣，培养学生主动探索及自主学习的能力。为了达到这个目的，笔者采用NS2作为辅助教学手段并结合计算机网络课程特点和行业技术发展趋势开展了一系列教学实验。
NS2＼[3＼]是网络领域流行的网络模拟软件，具备丰富的网络协议组件和强大的功能模块集合，可以模拟大部分网络场景。它采用分裂对象模型＼[4＼]开发机制，使用C++＼[5＼]和OTCL＼[4＼]两种语言进行开发，在保证执行效率的同时降低了操作配置的难度。NS2中集成了GAWK＼[6＼]、XGRAPH、GNUPLOT＼[7＼]、NAM＼[8＼]等多种辅助工具：①GAWK可以方便地对网络模拟数据进行提取分析；②XGRAPH和GNUPLOT可以对分析结果进行可视化处理；③NAM负责模拟动画的演示并对进度、大小、位置等显示参数进行多种调整，还可以根据封包的源地址、目的地址等参数对网络数据进行监视过滤。本文以TCP拥塞控制算法中的慢启动算法为例，详细介绍了基于NS2的网络原理演示平台搭建及分析方法。
1实验背景、对象及方法
TCP通过滑动窗口机制＼[9＼]进行流量控制。接收方使用通告窗口告诉对端可用缓冲区的大小，接收方处于主动地位来限制发送过来的报文的速率。拥塞控制是发送方主动限制发送速率来避免网络拥堵的策略，流量控制是拥塞控制的必备手段。网络拥塞的根本原因在于发送方的发送速率超过了接收方及中间路由设备的数据处理速率，导致接收缓冲区溢出。
TCP在连接建立成功后会向网络中发送大量的数据包，这样很容易导致网络中路由器缓存空间耗尽，从而发生拥塞。因此，新建立的连接不能一开始就大量发送数据包，而只能根据网络情况逐步增加每次发送的数据量，以避免上述现象的发生，这就是慢启动算法。具体来说，当新建连接时，CWND（拥塞窗口）初始化为一个最大报文段大小，发送端开始按照拥塞窗口大小发送数据，每当有一个报文段被确认，CWND就增加1个MSS大小。这样CWND的值就随着网络往返时间 （Round Trip Time，RTT）呈指数级增长，可以简要描述如下：
3动画模拟及可视化分析
TCP仿真运行截图如图1所示。图中通过TCP收发包情况，反映了拥塞窗口的变化。n0首先发送一个包（表明CWND =1），紧接着等待n1的确认包到达，收到确认后，将CWND调整为2（原来值的2倍），每经过一个RTT， CWND变为原来值的2倍，满足慢启动算法中对于拥塞窗口变化的描述。CWND按照＼[1，2，4，8，16……＼]的规律呈现指数变化。
为了对慢启动算法和非慢启动算法有形象直观的对比认识，对模拟生成的记录文件用GNUPLOT绘图（图2）。图形横坐标表示仿真执行时间，纵坐标表示CWND变化趋势，星点状曲线表示没有采用慢启动算法的RFC793edu版TCP拥塞窗口变化情况，方点状曲线表示采用慢启动算法的Reno版TCP拥塞窗口变化趋势。在＼[0，2＼]区间范围内，可以明显看到采用慢启动算法的CWND呈现指数变化，而参照对象CWND变化趋势呈现急剧提升、稳定、急剧下降三阶段周而复始的变化趋势，窗口变化抖动明显，系统性能势必会受此影响。
4结语，2012.
＼[7＼]GNUPLOT＼[EB/OL＼].http：//www.gnuplot.info/，2012.
＼[8＼]柯志亨，程荣祥，邓德隽.NS2仿真实验—多媒体和无线网络通信＼[M＼].北京：电子工业出版社，2009.
＼[9＼]谢希仁.计算机网络＼[M＼].第5版.北京：电子工业出版社，2007.
（责任编辑：孙娟）
关键词：TCP；拥塞控制；计算机网络；慢启动算法；NS2
16727800（2013）004008203
0引言
计算机网络是本科计算机科学与技术专业的核心课程，具有综合性强（需要具备数据结构、网络编程等先导知识）、软硬件结合程度高（需要掌握各种网络设备的参数配置调整，以及硬件拆装、设备插接、综合布线知识）、与生产生活联系密切、实践学时长（占到总学时的一半）等特点。反观传统的课堂教学，受制于采用讲授和做题为主的教学方式
摘自：毕业论文选题www.udooo.com
以及设备和课时长度等各种因素的限制，已很难满足计算机网络课程的需要。伴随云计算＼[1＼]和物联网＼[2＼]技术的飞速发展，新技术、新理论层出不穷，计算机网络作为其中最重要的基础通信设施，其重要性与日俱增。在当前发展迅猛的网络环境下，计算机网络知识更新速度飞快，原有的网络知识体系结构及教学方法已很难适应发展要求。近几年高校教育改革的实践经验告诉我们：教学的主要功能不单是技能传授，更重要的是学生能力培养，而能力培养的关键环节就是激发学习兴趣，培养学生主动探索及自主学习的能力。为了达到这个目的，笔者采用NS2作为辅助教学手段并结合计算机网络课程特点和行业技术发展趋势开展了一系列教学实验。
NS2＼[3＼]是网络领域流行的网络模拟软件，具备丰富的网络协议组件和强大的功能模块集合，可以模拟大部分网络场景。它采用分裂对象模型＼[4＼]开发机制，使用C++＼[5＼]和OTCL＼[4＼]两种语言进行开发，在保证执行效率的同时降低了操作配置的难度。NS2中集成了GAWK＼[6＼]、XGRAPH、GNUPLOT＼[7＼]、NAM＼[8＼]等多种辅助工具：①GAWK可以方便地对网络模拟数据进行提取分析；②XGRAPH和GNUPLOT可以对分析结果进行可视化处理；③NAM负责模拟动画的演示并对进度、大小、位置等显示参数进行多种调整，还可以根据封包的源地址、目的地址等参数对网络数据进行监视过滤。本文以TCP拥塞控制算法中的慢启动算法为例，详细介绍了基于NS2的网络原理演示平台搭建及分析方法。
1实验背景、对象及方法
TCP通过滑动窗口机制＼[9＼]进行流量控制。接收方使用通告窗口告诉对端可用缓冲区的大小，接收方处于主动地位来限制发送过来的报文的速率。拥塞控制是发送方主动限制发送速率来避免网络拥堵的策略，流量控制是拥塞控制的必备手段。网络拥塞的根本原因在于发送方的发送速率超过了接收方及中间路由设备的数据处理速率，导致接收缓冲区溢出。
TCP在连接建立成功后会向网络中发送大量的数据包，这样很容易导致网络中路由器缓存空间耗尽，从而发生拥塞。因此，新建立的连接不能一开始就大量发送数据包，而只能根据网络情况逐步增加每次发送的数据量，以避免上述现象的发生，这就是慢启动算法。具体来说，当新建连接时，CWND（拥塞窗口）初始化为一个最大报文段大小，发送端开始按照拥塞窗口大小发送数据，每当有一个报文段被确认，CWND就增加1个MSS大小。这样CWND的值就随着网络往返时间 （Round Trip Time，RTT）呈指数级增长，可以简要描述如下：
3动画模拟及可视化分析
TCP仿真运行截图如图1所示。图中通过TCP收发包情况，反映了拥塞窗口的变化。n0首先发送一个包（表明CWND =1），紧接着等待n1的确认包到达，收到确认后，将CWND调整为2（原来值的2倍），每经过一个RTT， CWND变为原来值的2倍，满足慢启动算法中对于拥塞窗口变化的描述。CWND按照＼[1，2，4，8，16……＼]的规律呈现指数变化。
为了对慢启动算法和非慢启动算法有形象直观的对比认识，对模拟生成的记录文件用GNUPLOT绘图（图2）。图形横坐标表示仿真执行时间，纵坐标表示CWND变化趋势，星点状曲线表示没有采用慢启动算法的RFC793edu版TCP拥塞窗口变化情况，方点状曲线表示采用慢启动算法的Reno版TCP拥塞窗口变化趋势。在＼[0，2＼]区间范围内，可以明显看到采用慢启动算法的CWND呈现指数变化，而参照对象CWND变化趋势呈现急剧提升、稳定、急剧下降三阶段周而复始的变化趋势，窗口变化抖动明显，系统性能势必会受此影响。
4结语，2012.
＼[7＼]GNUPLOT＼[EB/OL＼].http：//www.gnuplot.info/，2012.
＼[8＼]柯志亨，程荣祥，邓德隽.NS2仿真实验—多媒体和无线网络通信＼[M＼].北京：电子工业出版社，2009.
＼[9＼]谢希仁.计算机网络＼[M＼].第5版.北京：电子工业出版社，2007.
（责任编辑：孙娟）