1. 引言
新文科建设强调文理学科交叉融合，把现代信息技术融入到传统文科教育课程中，为学生提供综合性的跨学科学习，达到知识扩展和创新思维的培养。近年来，随着数字经济的迅猛发展，我国各行业数字化转型加速，人工智能、大数据和云计算发展倍增，“互联网+”行动深入，对新文科建设背景下的管理类专业人才培养提出新的挑战 [1] [2] 。面向新文科建设的管理类专业应主动加强管理学科与理工科的学科交叉融合，在专业人才培养方案中加强包括计算机网络在内的信息技术教育。目前国内很多高校管理类专业都开设有计算机网络课程，例如安徽大学物流管理、电子商务等专业就将计算机网络设置为专业核心课程。
管理类专业计算机网络课程的教学目标应侧重于网络操作能力与创新应用能力的提高，将计算机网络技术作为一种创新工具，主要学会用它来解决本专业领域的具体问题。教学过程中要注重理论教学与实验教学相结合，积极开展计算机网络实验教学探索，设计开发更加符合课程教学需要的实验项目，培养学生的网络技术创新应用能力，包括网络的规划、组建和管理等。
2. 管理类专业计算机网络实验教学存在的问题及解决方法
2.1. 存在的问题
计算机网络课程的学习内容主要是计算机网络工作原理、互联网TCP/IP体系结构和各层网络协议、交换机和路由器等网络设备应用、以及网络安全等，是一门理论性和实践性较强的课程，良好的实验教学对培养学生网络实践技能、加深理论理解至关重要 [3] 。
计算机网络实验教学要求具备一定的实验条件和网络实验设备，网络实验一般需要多台设备进行网络拓扑搭建来完成。目前管理类专业实验室缺乏足够的功能完善的设备供学生进行实验，严重影响了课程教学效果。实验设备缺乏、数量有限、设备型号少、功能单一，实验内容设置不合理，实验教学方法陈旧，实验考核评价体系不完善，实验耗材耗资大、实验耗时较长、网络协议验证的困难性 [4] [5] ，实验难易程度不合理，一些学生无法独立完成，导致学生学习兴趣不高、效果不佳。另外对于管理类专业来说，实验教学学时数一般偏少，例如安徽大学物流管理专业的计算机网络实验课只有12学时，安排的实验项目内容和数量有限。
2.2. 解决方法
利用网络模拟仿真软件，可以很好地解决计算机网络实验教学过程中遇到的一些问题。网络模拟仿真软件是根据数学建模和相应算法来仿真网络协议的工作原理和网络行为，能够模拟出各种网络硬件设备，仿真当前比较流行的网络设备，并通过构建虚拟的网络模型来搭建网络拓扑 [6] ，很好地解决了管理类专业实验室物理环境的客观因素限制，达到提高课程教学效果的目的。
目前可用的网络模拟仿真软件较多，其中Cisco Packet Tracer网络模拟器由于其易部署、界面简单、操作容易等优点，比较适合用在网络实验室进行网络模拟仿真。
Cisco Packet Tracer是由思科公司发布的一款功能强大的网络模拟器，具有一系列模拟路由和交换协议，以及模拟网络传输的应用层协议 [7] ，已被广泛应用在计算机网络的实验教学方面，它允许学生使用几乎无限数量的设备创建网络并体验故障排除，而无需真正的路由器或交换机等设备。Cisco Packet Tracer网络模拟器为计算机网络的初学者设计、配置、排除网络故障提供了模拟环境，可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况，锻炼故障排查能力。它拥有两种运行模式：实时模式和仿真模式。实时模式模拟的是网络真实运行的情况，配置操作即时生效；而仿真模式则允许用户查看各层次协议数据单元的详细封装过程与流转过程，使得计算机网络初学者可以便于详细了解网络协议的交互逻辑 [8] 。
根据计算机网络课程的教学内容，可以利用Cisco Packet Tracer网络模拟器建立一个虚拟仿真的实验环境，设计开发更多应用性、综合性、创新性的网络技术实验项目，使学生可以在单机环境中自主设计网络拓扑结构、组建网络进行仿真实验，给学生以真实感的操作体验，提高学生实践能力、创新能力，激发学生的学习兴趣。这样既节约了实验经费，又满足了实践教学的要求。
3. RIP协议的仿真实验
下面以RIP协议实验为例，结合我校物流管理专业计算机网络实验教学实践，利用Cisco Packet Tracer网络模拟器建立仿真模型进行网络路由实验，分析实验结果。
3.1. RIP协议的工作原理
路由信息协议RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是互联网的标准协议。RIP要求网络中的每个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。路由器到直接连接的网络的距离定义为1，到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1。RIP中的“距离”也称为“跳数”，每经过一个路由器，跳数就加1。RIP认为好的路由就是它通过的网络数目少，即“距离短”。RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由，只选择“距离最短”的路由，哪怕还存在另一条高速(低时延)但网络数较多的路由 [9] 。
RIP工作过程为：路由器启动RIP时，通过广播或组播形式向相邻路由器发送请求报文信息；路由器收到响应报文后更新路由表，并把更新的路由表发送给相邻路由器；RIP每隔30秒(或当网络拓扑发生变化时)向相邻路由器广播或组播本地路由表。
RIP使用两种数据包传输更新：更新和请求。RIP报文由首部和路由部分组成，使用UDP的520端口进行传送。首部占４个字节，命令字段指出报文的意义，如“1”表示请求路由信息，“2”表示对请求路由信息的响应或未被请求而发出的路由更新报文 [10] 。RIP报文中的路由部分由若干个路由信息组成，每个路由信息需要用20个字节，地址族标识符字段用来标识所使用的地址协议，路由标记填入自治系统号。
对每一个相邻路由器发送过来的RIP报文，RIP使用距离向量算法计算并更新自己的路由表。假定某个地址为X的相邻路由器发来的RIP报文中有n个路由项目，设：第i个路由项的到达目的网络为Ni、距离为di、下一跳路由器为Ri。
距离向量算法的具体步骤如下：
Step1：1 => i；
Step2：X => Ri，di + 1 => di；
Step3：i + 1 => i；
Step4：如果i ≤ n，则返回到Step2；
Step5：1 => i；
Step6：如果原来的路由表中没有Ni，则把该路由项添加到路由表中，转到Step9；
Step7：如果X = 下一跳路由器地址，则把该路由项替换原路由表中的项目，转到Step9；
Step8：如果di < 路由表中的距离，则把该路由项替换原路由表中的项目；
Step9：i + 1 => i；
Step10：如果i ≤ n，则返回到Step6；否则，算法结束。
RIP还规定，如果3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即把距离置为16 (表示不可达)。
RIP使用距离向量算法可以找出到达每个目的网络的最短距离。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。
3.2. 实验设计
RIP协议实验目的，一是让学生通过设计和配置实验网络拓扑结构来理解RIP路由协议的工作原理，二是通过实验让学生掌握RIP协议在路由器上的配置过程。
实验设备包括3台2911型号的路由器、2台普通主机、4条交叉线和1条串口线，实验的网络拓扑结构如图1所示。在本实验中共有5个网段，其网络地址分别为：10.1.0.0/16、10.2.0.0/16、10.3.0.0/16、192.168.1.0/24和192.168.2.0/24。路由器Router1和Router2通过DTE串口线连接，连接前需要先为此2台路由器各自添加一个串行网络接口卡模块。
本实验为主机PC1和PC2之间设计了2条网络路由：一条为低速但网络数较少的路由(PC1-Router1 -Router2-PC2)，另一条为高速但网络数较多的路由(PC1-Router1-Router3-Router2-PC2)。为此将路由器Router1与Router2之间的网络带宽设置为1.544 Mbps，路由器Router3与Router1、Router2之间的网络带宽设置为1000 Mbps。
实验设备网络地址配置信息如表１所示。
Table 1. Network address configuration information of experimental equipments
表1. 实验设备网络地址配置信息
本实验首先依据图1配置2台主机的网络地址信息，然后配置３台路由器的网络地址信息，最后在路由器上配置RIP协议进行实验。
3.3. 实验结果验证与分析
操作主机PC1，使用路由跟踪命令tracert测试其到主机PC2 (IP地址为192.168.2.2)的路由信息，结果如图2所示，PC1发送的数据报通过Router1转发至Router2，再通过Router2发送至PC2。测试结果表明，RIP协议进行路由选择时，只选择“距离最短”的路由，不会选择其他高速(低时延)但网络数较多的路由。
Figure 2. Tracert result of host PC1
图2. 主机PC1的tracert测试结果
计算机网络课程中最重要的概念就是通过路由器实现网络互连，其主要包括基于路由表进行数据包的转发和使用路由协议计算路由表。通过本实验，学生应当理解路由表配置的原理和方法，掌握IP数据报逐跳转发的过程，验证RIP协议动态创建路由表的过程。
计算机网络技术发展迅速，学习难度较大，管理类专业学生学习该课程时普遍感觉较难。教学过程中应积极引导学生，将计算机网络知识点与本专业关联类比，便于学生更好地理解学习内容。例如在为我校物流管理专业学生进行计算机网络实验教学时，可以引导学生关注计算机网络数据报传输路径与物流配送路径选择的相通之处，将数据报的路由选择与物流配送的路线规划相联系，启发学生思考计算机网络相关技术与物流专业之间的联系，让学生自己归纳总结出协议实现的基本思想。
4. 结束语
在管理类专业计算机网络课程的实验教学活动中，利用网络模拟仿真软件，能够有效降低各类网络设备和实验耗材的成本支出，同时还能通过虚拟仿真技术弥补传统实验教学硬件不足的问题，在丰富实验教学内容的基础上，拓展学生学习的视野，增强学生实践操作技能和创新应用能力，促进学生创新性思维良好发展。
我校物流管理专业的计算机网络实验教学实践表明，通过积极开展计算机网络实验教学探索，设计开发更多应用性、综合性、创新性的网络技术实验项目，让学生的学习积极性明显提高，创新能力得到了极大提升，对于学习专业后续课程、参加科研活动和学科竞赛发挥着重要的作用。
基金项目
安徽省省级质量工程项目“《计算机网络》教学示范课”(皖教秘高[2020]165号)，安徽省省级新文科、新医科研究与改革实践项目“新文科背景下物流管理一流专业建设研究(2020wyxm031)”(皖教秘高[2020]155号)。