專利名稱：基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)教學實驗的方法，具體是一種基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法。用于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的普及，現(xiàn)有的多媒體電化教學方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教學的要求，而網(wǎng)絡(luò)化的教學方式越來越受到廣大師生的青睞。當前，多媒體網(wǎng)絡(luò)化教學方法需要解決的問題主要是如何將教學內(nèi)容變得更加生動形象，并且提供學生親手進行實踐操作的環(huán)境。
經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，發(fā)明名稱為多媒體網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng)，中國專利申請?zhí)枮?6113421.6，中國專利公開號為1177144A。該專利提出了一種多媒體網(wǎng)絡(luò)教學方法，不需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。該多媒體網(wǎng)絡(luò)教學方法包含一個教師工作站作為該系統(tǒng)的監(jiān)導者、一些學生工作站、一個用以傳輸命令的網(wǎng)絡(luò)界面以及一個用以傳輸聲頻與視頻資訊的多媒體界面。上述每個工作站包含一臺個人電腦、一個多媒體傳輸器、一個網(wǎng)卡、以及一個控制面板。該教學系統(tǒng)的軟件可分為教師部分與學生部分，上述教師工作站必須執(zhí)行該兩部分軟件，但學生工作站只需執(zhí)行學生部分軟件即可。這一方法完全可以實現(xiàn)聲頻、視頻廣播的多媒體網(wǎng)絡(luò)教學，優(yōu)點在于省去了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。缺點在于，由于該方法中只使用了一個IPX和封包驅(qū)動標準，在教師機與學生機之間傳送命令訊息。IPX是NOVELL用于NETWARE客戶端/服務(wù)器的協(xié)議群組，它避免了NETBEUI在缺乏路由和網(wǎng)絡(luò)層尋址功能上的缺點，但是它也有自身的缺點。IPX的可擴展性受到其高層廣播通信和高開銷的限制。服務(wù)訪問點(SAP)將路由網(wǎng)絡(luò)中的主機數(shù)限制為幾千。盡管SAP的局限性已經(jīng)被智能路由器和服務(wù)器配置所克服，但是大規(guī)模IPX網(wǎng)絡(luò)的管理仍是非常困難的。此外，以上方法還未考慮如何在學生機采取一定的措施維持一個良好的教學環(huán)境，因此，學生可很輕松地通過結(jié)束進程的方法脫離教師的管理，從而破壞學生機的教學環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，使其可以更有效地利用現(xiàn)有技術(shù)和軟硬件環(huán)境，結(jié)合傳統(tǒng)教學手段和計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，開展大規(guī)模的教學實驗活動，并對結(jié)果進行評估。本發(fā)明重點強調(diào)學生的參與性，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化交互式可擴展的教學實驗。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議搭建一個基礎(chǔ)框架，即用TCP/IP協(xié)議族將網(wǎng)絡(luò)中的教師機和學生機連接起來，組成一個能互相傳輸數(shù)據(jù)進行通信的框架。在傳輸中若發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、傳輸失真，則TCP會自動要求數(shù)據(jù)重新傳輸，用TCP/IP建立的網(wǎng)絡(luò)可以保證數(shù)據(jù)完整傳輸，在此框架上，(1)使用網(wǎng)絡(luò)攻防中的進程隱藏來維持正常的學生機教學環(huán)境；(2)使用屏幕實時圖像編碼實現(xiàn)廣播的質(zhì)量和速率的提高；(3)使用文件壓縮來主動獲取學生機上的文件；(4)使用Socks5協(xié)議代理保證傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；(5)使用內(nèi)存映射來監(jiān)控學生機的操作情況；(6)使用遠程命令來控制學生機。
本發(fā)明能實現(xiàn)廣播教學、語音教學、語音對講、學生演示、監(jiān)控轉(zhuǎn)播、屏幕錄制與回放、遠程命令、文件分發(fā)、視頻轉(zhuǎn)播、黑屏肅靜、班級模型、遠程設(shè)置、實驗結(jié)果查看，實驗評分與生成成績單報表。
與背景技術(shù)中提到的IPX相比，本發(fā)明采用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議允許與Internet完全的連接。TCP/IP可以滿足可擴展性和可靠性的需求。
以下對本發(fā)明作進一步的說明，具體內(nèi)容如下1.進程隱藏本發(fā)明在進程隱藏技術(shù)方面采用了鉤子(Hook)技術(shù)使得學生機不可能破壞教學實驗環(huán)境。
在Windows系統(tǒng)中每個進程都有自己的私有內(nèi)存空間，任何普通的進程不能夠?qū)ζ渌M程進行操作。但是利用窗口鉤子及遠程插入線程技術(shù)就可以進入并操作其它進程的私有內(nèi)存。這樣就可以把學生機程序植入到系統(tǒng)進程中，系統(tǒng)進程是windows系統(tǒng)運行時所必需的，從而實現(xiàn)進程隱藏。
Windows允許用戶安裝的鉤子函數(shù)有很多種，如消息鉤子、鼠標鉤子、鍵盤鉤子等。鉤子函數(shù)是通過Set Window Hook函數(shù)(或者它的增強版本SetWindowHookEx)來安裝的，被安裝的鉤子函數(shù)都屬于一個DLL。鉤子函數(shù)的特性是如果鉤子回調(diào)函數(shù)由一個DLL提供，而被鉤住的進程并沒有加載這個DLL，那么系統(tǒng)會自動給這個進程加載這個鉤子DLL。這樣，只要使用SetWindowsHook為目標進程安裝一個屬于某DLL的鉤子函數(shù)，就可以強迫目標進程加載這個DLL。
SetWindowsHookEx的函數(shù)原型為

其中，第一個參數(shù)int idHook為鉤子類型。在這里選用消息鉤子，即WH_GETMESSAGE。
第二個參數(shù)HOOKPROC lpfn用來指定鉤子回調(diào)函數(shù)，這個函數(shù)將在鉤子事件發(fā)生時被調(diào)用，因為這個函數(shù)是由DLL文件(即用來進行信息密取的DLL文件，下面簡稱為Our DLL)所提供的，所以被鉤進程會自動加載DLL模塊；第三個參數(shù)HINSTANCE hMod是包含鉤子函數(shù)的Our DLL的句柄；第四個參數(shù)DWORD dwThreadId是與鉤子函數(shù)相關(guān)聯(lián)的線程ID，如果這個參數(shù)設(shè)為0，那么鉤子函數(shù)將與本桌面上的所有線程關(guān)聯(lián)。
假設(shè)鉤子DLL的句柄為g_hinstDll，需要鉤住的線程ID為dwThread，鉤子回調(diào)函數(shù)為GetMsgProc()，那么通過下面的代碼，就可以為目標進程加載一個MESSAGE鉤子，也就是說，向目標進程嵌入了包含鉤子函數(shù)的DLL

通過上述代碼，就可將包含GetMsgProc函數(shù)的DLL嵌入任何目標進程(只要權(quán)限允許)，但如果鉤子安裝進程退出，那么系統(tǒng)也會自動卸載所有的鉤子DLL，因為已經(jīng)不再需要鉤子函數(shù)了。針對這個問題，一個簡單的解決方法就是多使用一個DLL文件，在鉤子安裝進程的Our DLL之間增加一個鉤子DLL，鉤子安裝進程加載鉤子DLL，再從鉤子DLL中加載信息密取DLL，鉤子安裝進程退出時鉤子DLL會隨之退出，但是信息密取DLL并不會退出，這樣就實現(xiàn)了進程內(nèi)信息密取DLL的常駐。假設(shè)鉤子安裝進程為Internat32.exe，鉤子DLL為HookDll.dll，Our DLL為our.dll，目標進程為Explorer.exe，那么信息密取DLL常駐目標進程的過程如下(1)隨著操作系統(tǒng)啟動，系統(tǒng)必須的程序Internat32.exe開始運行；(2)Internat32.exe加載HookDll.dll，HookDll.dll被植入程序Explorer.exe；(3)HookDll.dll加載our.dll，our.dll被植入Explorer.exe；(4)操作系統(tǒng)啟動完畢，Internat32.exe退出；(5)Explorer.exe退出，同時HookDll.dll被卸載；(6)our.dll繼續(xù)駐留在系統(tǒng)中。
通過這項技術(shù)，就能將完成信息密取功能的DLL函數(shù)成功插入到任何一個目標進程中去，再結(jié)合反彈端口的數(shù)據(jù)傳輸方式就能實現(xiàn)躲避防火墻的功能了。
2.屏幕實時圖像編碼本發(fā)明所用的屏幕實時圖像編碼技術(shù)——LZW的壓縮算法，優(yōu)點是在傳輸時可以選擇不同的色深，而且具有很好的隱蔽性。
根據(jù)本發(fā)明的需求，需要實現(xiàn)教師機發(fā)送指令獲取遠程學生機當前窗口或整個屏幕靜態(tài)圖像的功能?？紤]到實際傳輸中帶寬對于性能的影響，在傳輸時可以選擇不同的色深(包括1、4、8、16和32位等)對應不同大小的數(shù)據(jù)量。
屏幕捕獲時先獲得窗口句柄截取位圖，然后轉(zhuǎn)換成設(shè)備無關(guān)位圖(DIB)格式存入一段內(nèi)存空間，最后對這段內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)進行壓縮。獲取位圖，轉(zhuǎn)換格式等基本操作都用的是windows的API函數(shù)，整個截取分為三個模塊獲取信息模塊、轉(zhuǎn)換格式模塊和壓縮并存儲信息模塊。
為了保證數(shù)據(jù)壓縮的高效性和保密性，本發(fā)明采用LZW的壓縮算法。該算法對于連續(xù)出現(xiàn)的重復數(shù)據(jù)壓縮率很高，因此對于大面積內(nèi)容相同的圖像數(shù)據(jù)壓縮效果很顯著，且還原后對數(shù)據(jù)沒有很大的損失。測試結(jié)果顯示一幅全屏幕的圖像在壓縮后最小只有10K左右，且還原后也很清晰。
LZW編碼是圍繞稱為詞典的轉(zhuǎn)換表來完成的。這張轉(zhuǎn)換表用來存放稱為前綴(Prefix)的字符序列，并且為每個表項分配一個碼字(Code word)，或者叫做序號。這張轉(zhuǎn)換表實際上是把8位ASCII字符集進行擴充，增加的符號用來表示在文本或圖象中出現(xiàn)的可變長度ASCII字符串。擴充后的代碼可用9位、10位、11位、12位甚至更多的位來表示。LZW編碼器(軟件編碼器或硬件編碼器)就是通過管理這個詞典完成輸入與輸出之間的轉(zhuǎn)換。LZW編碼器的輸入是字符流(Charstream)，字符流可以是用8位ASCII字符組成的字符串，而輸出是用n位(例如12位)表示的碼字流(Codestream)，碼字代表單個字符或多個字符組成的字符串。LZW編碼器使用貪婪分析算法，在貪婪分析算法中，每一次分析都要串行地檢查來自字符流的字符串，從中分解出已經(jīng)識別的最長的字符串，也就是已經(jīng)在詞典中出現(xiàn)的最長的前綴Prefix。用已知的前綴Prefix加上下一個輸入字符C也就是當前字符作為該前綴的擴展字符，形成新的擴展字符串——綴-符串StringPrefix.C。這個新的綴-符串String是否要加到詞典中，還要看詞典中是否存有和它相同的綴-符串String。如果有，那么這個綴-符串String就變成前綴Prefix，繼續(xù)輸入新的字符，否則就把這個綴-符串String寫到詞典中生成一個新的前綴Prefix，并給一個代碼。
3.文件壓縮本發(fā)明使用了基于LZ77算法的自適應滑動窗口壓縮算法，可以由教師機主動獲取學生機上的文件，整個過程是隱秘和安全的。該算法將一個虛擬的、可跟隨壓縮進程滑動的窗口作為術(shù)語字典，要壓縮的字符串如果在該窗口中出現(xiàn)，則輸出其出現(xiàn)位置和長度。使用固定大小窗口進行術(shù)語匹配，而不是在所有已經(jīng)編碼的信息中匹配，是因為匹配算法的時間消耗往往很多，必須限制字典的大小才能保證算法的效率；隨著壓縮的進程滑動字典窗口，使其中總包含最近編碼過的信息，要編碼的字符串在最近的上下文中能找到匹配串。
該算法的實現(xiàn)流程是，設(shè)定窗口的大小為10個字符，剛編碼過的10個字符是abcdbbccaa，即將編碼的字符為abaeaaabaee。首先發(fā)現(xiàn)，可以和要編碼字符匹配的最長串為ab(off＝0，len＝2)，ab的下一個字符為a，輸出三元組(0，2，a)?，F(xiàn)在窗口向后滑動3個字符，窗口中的內(nèi)容為dbbccaaaba。下一個字符e在窗口中沒有匹配，輸出三元組(0，0，e)。窗口向后滑動1個字符，其中內(nèi)容變?yōu)閎bccaaabae。馬上發(fā)現(xiàn)，要編碼的aaabae在窗口中存在(off＝4，len＝6)，其后的字符為e，可以輸出(4，6，e)。這樣，將可以匹配的字符串都變成了指向窗口內(nèi)的指針，并由此完成了對上述數(shù)據(jù)的壓縮。
解壓縮的過程只要向壓縮時那樣維護好滑動的窗口，隨著三元組的不斷輸入，在窗口中找到相應的匹配串，綴上后繼字符c輸出(如果off和len都為0，則只輸出后繼字符c)即可還原出原始數(shù)據(jù)。
在壓縮功能模塊的具體實現(xiàn)中，使用對匹配串和單個字符分類輸出的模型，輸出匹配串時，off采用定長編碼，len采用γ編碼。索引結(jié)構(gòu)采用2字節(jié)長字符串的索引，使用256*256大小的靜態(tài)數(shù)組存儲索引點，每個索引點指向一個位置鏈表。鏈表節(jié)點考慮了對aaaaa...之類的重復串的優(yōu)化。
本發(fā)明使用了64k大小的固定長度窗口，窗口不做滑動(因此不需要環(huán)形偏移系統(tǒng)，也節(jié)省了刪除索引點的時間)。壓縮函數(shù)每次只對最多64k長的數(shù)據(jù)進行壓縮，主函數(shù)將原始文件分成64k大小的塊逐個壓縮存儲。使用這種方法可增大匹配的概率，字符串可在64k空間內(nèi)任意尋找最大匹配串，以此提高壓縮效率；此方法分塊壓縮的數(shù)據(jù)，很容易從原始文件中間的任何一個位置開始解壓縮。
4.Socks5協(xié)議代理Socks5代理的開發(fā)分為兩個部分，遠程受控端部分向Socks5服務(wù)器發(fā)送連接請求提交認證信息，代理服務(wù)器接收到連接請求后驗證如果通過就向本地控制端發(fā)送連接請求，當與遠程受控端的連接建立后就在這兩條連接之間轉(zhuǎn)發(fā)消息，此時的遠程受控端和本地控制端與直接連接時工作模式完全一樣?？紤]到傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求代理服務(wù)器對于持續(xù)的信息轉(zhuǎn)發(fā)要保持不高于5％的丟包率。
采用的Socks5代理是基于RFC1928中關(guān)于TCP協(xié)議下Socks5的描述實現(xiàn)的。當一個基于TCP協(xié)議的客戶端希望通過Socks5代理建立與其他機器的連接時，必須首先建立一個與Socks5服務(wù)器上socks端口的TCP連接。通常這個TCP端口是1080。當連接建立后，客戶端進入?yún)f(xié)議的“握手(negotiation)”過程認證方式的選擇，根據(jù)選中的方式進行認證，然后發(fā)送轉(zhuǎn)發(fā)的要求。Socks5服務(wù)器檢查這個要求，根據(jù)結(jié)果或建立合適的連接或拒絕。
客戶端連到Socks服務(wù)器后，發(fā)送請求來協(xié)商版本和認證方法。
這個版本的Socks協(xié)議中，VER字段被設(shè)置成X05。NMETHODS字段包含了在METHODS字段中出現(xiàn)的方法標示的數(shù)目(以字節(jié)為單位)。服務(wù)器從這些給定的方法中選擇一個并發(fā)送一個方法選中的消息回客戶端。
如果選中的消息是XFF，這表示客戶端所列出的方法列表中沒有一個方法被選中，客戶端必須關(guān)閉連接。
然后客戶和服務(wù)器進入由選定認證方法所決定的子協(xié)商過程(sub-negotiation)。一旦子協(xié)商過程結(jié)束后，客戶端就發(fā)送詳細的請求信息。如果協(xié)商的方法中有以完整性檢查和/或安全性為目的的封裝，這些請求必須按照該方法所定義的方式進行封裝。
socks代理服務(wù)器會根據(jù)源地址和目的地址來分析請求，然后根據(jù)請求類型返回一個或多個應答。如果選中的方法中有以完整性檢查和/或安全性為目的的封裝，這些應答必須按照該方法所定義的方式進行封裝。在收到應答之后，遠程受控端就可以傳送數(shù)據(jù)了。
5.內(nèi)存映射本發(fā)明采用內(nèi)存映射技術(shù)來實現(xiàn)對于鍵盤和鼠標的記錄全程監(jiān)控，配合其它技術(shù)實現(xiàn)主動上傳和各種配置。該技術(shù)使硬件的監(jiān)控獲取與記錄信息的軟讀取完全地脫離開來，從而使獲取、記錄、傳輸三者完全獨立，達到全程監(jiān)控，隨時獲取甚至是自動獲取的功能。在保證記錄的完整性和工作的自動化方面實現(xiàn)了較好的效果。
內(nèi)存映射文件是一種文件緩沖算法，與虛擬內(nèi)存一樣，內(nèi)存映射文件可以用來保留一個地址空間的區(qū)域，并將物理存儲器提交給該區(qū)域。使用內(nèi)存映射文件，使同一臺計算機上運行的多個進程能夠相互之間共享數(shù)據(jù)。內(nèi)存映射文件是單個計算機上的多個進程互相進行通信的最有效的方法。
通過內(nèi)存映射文件，可以將磁盤上文件的全部和部分映射為一個視圖到進程虛擬地址空間的某個位置。一旦完成了映射視圖，對文件內(nèi)容的訪問就如同在該地址區(qū)域內(nèi)直接對指針取值一樣簡單。這樣，向文件中寫入數(shù)據(jù)就可以直接對指針進行賦值。同時大量的文件I/O通過緩沖處理來提高系統(tǒng)的整體性能。當然，也可以通過調(diào)用內(nèi)存映射文件函數(shù)Flush View Of File強制立即執(zhí)行磁盤事務(wù)處理以重載這種緩沖處理方式。
6.遠程命令遠程命令是一個大類，都是在遠程執(zhí)行一個指令給操作系統(tǒng)。遠程命令這個大功能下又有遠程命令這個小類，這個小類主要是發(fā)送執(zhí)行、打開某個程序的功能，不包括遠程重啟、遠程關(guān)機等命令。
這一功能可以通過用Socket建立TCP/IP連接來實現(xiàn)。具體地說先用Socket建立連接TCP/IP連接，然后由教師機向?qū)W生機發(fā)送控制數(shù)據(jù)，學生機接收到數(shù)據(jù)后，先進行判斷是否為有效命令，再執(zhí)行相應的程序。遠程開機和遠程重啟、遠程關(guān)機原理上有較大的區(qū)別。
遠程開機時，機器的操作系統(tǒng)還沒啟動，所以不是靠發(fā)指令給操作系統(tǒng)，而是調(diào)用網(wǎng)卡上的指令。這是需要主板和網(wǎng)卡支持，主板中的BIOS要選中對應選項。網(wǎng)卡和主板有一個單獨的接線，這樣網(wǎng)卡接收啟動指令后能傳給主板。而在背景技術(shù)中并不具備遠程開機和遠程重啟這兩個功能。
由于本發(fā)明使用的進程隱藏技術(shù)，具有與操作系統(tǒng)綁定，隨系統(tǒng)進程開始而開始的優(yōu)點，所以對學生機來說是不可抗拒的，所以教師機可以維持教學實驗環(huán)境；使用屏幕實時圖像編碼技術(shù)來實現(xiàn)學生機屏幕錄制，具有傳輸數(shù)據(jù)量小的優(yōu)點，可以達到在教學實驗過程中實時監(jiān)控學生機屏幕和傳輸其屏幕數(shù)據(jù)的效果；使用文件壓縮技術(shù)，可以在隱蔽的從學生機獲取文件；使用內(nèi)存映射技術(shù)可以對學生機的全部操作進行監(jiān)控，使得在學生機整個教學過程不能用結(jié)束進程的方法來破壞教學。


圖1本發(fā)明各項技術(shù)、功能間的層次關(guān)系圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明方法的基礎(chǔ)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)攻防、音視頻處理，具體使用的是由基礎(chǔ)技術(shù)拓展出來的TCP/IP、UDP/IP協(xié)議技術(shù)，SOCKET5通信技術(shù)，進程隱藏、端口隱藏技術(shù)，信息獲取、數(shù)據(jù)截獲技術(shù)，屏幕實時圖像編碼技術(shù)，文件壓縮技術(shù)，音視頻數(shù)據(jù)壓縮、傳輸、同步、解壓、播放技術(shù)，內(nèi)存映射技術(shù)和遠程命令技術(shù)。使用網(wǎng)絡(luò)攻防中的進程隱藏來維持正常的學生機教學環(huán)境；使用屏幕實時圖像編碼實現(xiàn)廣播的質(zhì)量和速率的提高；使用文件壓縮來主動獲取學生機上的文件；使用Socks5協(xié)議代理保證傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；使用內(nèi)存映射來監(jiān)控學生機的操作情況；使用遠程命令來控制學生機。這樣就可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法。本發(fā)明在實施后，人機交互的界面上會有“實驗導航”、“實驗內(nèi)容介紹”、“實驗素材共享”、“實驗工具”、“實驗結(jié)果查看”、“實驗評分”、“生成成績表單”、“文件分發(fā)”、“網(wǎng)絡(luò)影院”、“黑屏肅靜”、“廣播教學”、“語音教學”、“學生演示”、“監(jiān)控轉(zhuǎn)播”、“屏幕錄制”、“屏幕回放”、“遠程命令”選項，供學生和教師選擇。
本發(fā)明給出了這一基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法。而在這一教學實驗方法中，本發(fā)明又給學生提供了許多有關(guān)以上這些具體技術(shù)的學習資料、操作實驗、研究性試驗。
下面結(jié)合本發(fā)明中學生進行具體實驗操作來說明本發(fā)明的
具體實施例方式1)教師機通過遠程命令中的遠程開機功能打開學生機；2)學生先在“實驗內(nèi)容介紹”里了解該實驗的具體內(nèi)容，操作步驟，注意事項，這里教師機通過和學生機通過用Socket建立TCP/IP連接來實現(xiàn)。具體地說先用Socket建立連接TCP/IP連接，教師機確認學生機所需要了解的是哪項實驗，然后由教師機向?qū)W生機發(fā)送文件數(shù)據(jù)，學生機接收到數(shù)據(jù)后，通過網(wǎng)頁瀏覽的方式直接在屏幕上進行學習；3)學生然后可以在“實驗素材共享”和“實驗工具”中仔細學習作該實驗所應該了解的知識點，應該掌握的工具，可能還有現(xiàn)有的實驗過程可供參考，這也是用2)中的方法來實現(xiàn)；4)學生選擇學生演示來觀看現(xiàn)有的實驗過程以做參考，教師節(jié)通過2)中建立的網(wǎng)絡(luò)連接收到請求后，就可以調(diào)用本地的相應視頻文件，以符合UDP/IP協(xié)議的方式在局域網(wǎng)上向該學生機發(fā)送多媒體節(jié)目首先，讀取視頻文件中的扇區(qū)結(jié)構(gòu)把每一扇區(qū)的數(shù)據(jù)封裝到單獨的一個UDP報文中，并利用端口地址來標識發(fā)送的通道。然后把包含視頻數(shù)據(jù)的UDP報文分片封裝到IP報文中。最后交付給驅(qū)動軟件把報文從以太網(wǎng)卡中發(fā)送出去。對視頻信息的發(fā)送這里采用單播的形式發(fā)送。教師端發(fā)送的視頻文件采用普通的文件格式(MPEG-1，MPEG-4標準)，優(yōu)點是節(jié)目來源豐富、成本低。例如VCD光盤中存儲的視頻文件通常以后綴為DAT的文件保存，其格式是按照光盤的邏輯扇區(qū)存儲格式來安排的。由于DAT文件本身就已經(jīng)按照MPEG視頻存儲要求對MPEG-1數(shù)據(jù)進行了兩層打包處理，并包一個MPEG數(shù)據(jù)封裝在一個CD邏輯扇區(qū)當中，每個扇區(qū)均自帶有12Byte的同步碼和4Byte的校驗碼。利用扇區(qū)同步碼可以迅速實現(xiàn)視頻碼流的同步；
5)學生這時候就可以進行具體實驗了，在選擇具體實驗進行操作后，可以在本地寫出一份實驗報告，并且通過2)中建立的連接，通知教師機自己已完成實驗，請求評分；6)教師機收到請求后，通過文件分發(fā)的逆向操作，用基于LZ77的自適應滑動窗口壓縮算法從學生機上獲取實驗報告，進行評分；7)評分過程中教師可用黑屏肅靜功能來維持教學秩序，這里是通過2)建立的連接傳送一命令給學生機，使其顯示全黑的圖片，這既是遠程控制的一部分；8)評分結(jié)束后用分發(fā)文件功能將結(jié)果和批注發(fā)放給學生；9)在學生做實驗的過程中教師可以通過屏幕錄制功能，抓取學生的實驗過程，存為視頻文件，并且可以進行網(wǎng)上廣播；或者抓取重要的圖片，用文件分發(fā)功能傳給其他學生，這時要進行數(shù)據(jù)壓縮，教師機將截獲的屏幕數(shù)據(jù)按照一定的壓縮算法進行壓縮。這樣就能保證在網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)量小，傳輸速度快。數(shù)據(jù)發(fā)送。按照符合UDP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進行網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳輸。包括網(wǎng)絡(luò)糾錯、網(wǎng)絡(luò)丟失數(shù)據(jù)的補償?shù)鹊?。教師機還能使用內(nèi)存映射技術(shù)來記錄學生機的鼠標、鍵盤操作，更完整的記錄學生的實驗過程；10)實驗結(jié)束后，教師可以通過遠程關(guān)機命令關(guān)閉學生機。
下面這個表格是本實施例實現(xiàn)的主要功能和各項技術(shù)的對應關(guān)系

這樣一來學生在整個實驗過程中，從準備到最后完成都是通過網(wǎng)絡(luò)來進行的，其間學生可以主動選擇自己感興趣的實驗，如果學生本身水平有差異的話還可以根據(jù)自身情況來選擇不同水平的實驗來操作，在學習相關(guān)資料時，學生也可以有選擇的來進行，這就實現(xiàn)了交互性網(wǎng)絡(luò)教學實驗。教師可以觀察到學生進行實驗的每一個步驟，有利于及時、詳細的掌握學生的實驗情況，對整個過程有絕對的控制權(quán)。而且整個方法的實施不受空間限制。
由于本方法的基礎(chǔ)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)攻防、音視頻處理技術(shù)，而實驗又都是有關(guān)這幾個方面的動手操作或設(shè)計性實驗，學生在操作過程中能有更深刻的感受。
權(quán)利要求
1.一種基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征在于，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議搭建一個基礎(chǔ)框架，即用TCP/IP協(xié)議族將網(wǎng)絡(luò)中的教師機和學生機連接起來，組成一個能互相傳輸數(shù)據(jù)進行通信的框架，在傳輸中若發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、傳輸失真，則TCP會自動要求數(shù)據(jù)重新傳輸，在此框架上，(1)使用網(wǎng)絡(luò)攻防中的進程隱藏來維持正常的學生機教學環(huán)境；(2)使用屏幕實時圖像編碼實現(xiàn)廣播的質(zhì)量和速率的提高；(3)使用文件壓縮來主動獲取學生機上的文件；(4)使用Socks5協(xié)議代理保證傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；(5)使用內(nèi)存映射來監(jiān)控學生機的操作情況；(6)使用遠程命令來控制學生機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，所述的進程隱藏，具體如下采用了鉤子技術(shù)來實現(xiàn)進程的隱藏，鉤子函數(shù)是通過Set Window Hook函數(shù)或者它的增強版本SetWindowHookEx來安裝的，被安裝的鉤子函數(shù)都屬于一個DLL，只要為目標進程安裝一個屬于某DLL的鉤子函數(shù)，就能強迫目標進程加載這個DLL；同時，因為一旦鉤子安裝進程退出，系統(tǒng)也會自動卸載所有的鉤子DLL，因此必須多使用一個DLL文件，在鉤子安裝進程的Our DLL之間增加一個鉤子DLL，鉤子安裝進程加載鉤子DLL，再從鉤子DLL中加載信息密取DLL，鉤子安裝進程退出時鉤子DLL會隨之退出，但信息密取DLL還繼續(xù)運行，實現(xiàn)了信息密取DLL常駐目標進程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，假設(shè)鉤子安裝進程為Internat32.exe，鉤子DLL為HookDll.dll，Our DLL為our.dll，目標進程為Explorer.exe，信息密取DLL常駐目標進程的過程如下(1)隨著操作系統(tǒng)啟動，系統(tǒng)必須的程序Internat32.exe開始運行；(2)Internat32.exe加載HookDll.dll，HookDll.dll被植入程序Explorer.exe；(3)HookDll.dll加載our.dll，our.dll被植入Explorer.exe；(4)操作系統(tǒng)啟動完畢，Internat32.exe退出；(5)Explorer.exe退出，同時HookDll.dll被卸載；(6)our.dll繼續(xù)駐留在系統(tǒng)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，所述的屏幕實時圖像編碼，具體如下屏幕實時圖像編碼在傳輸時能選擇色深，屏幕捕獲時先獲得窗口句柄截取位圖，然后轉(zhuǎn)換成設(shè)備無關(guān)位圖格式存入一段內(nèi)存空間，最后對這段內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)進行壓縮，獲取位圖、轉(zhuǎn)換格式都用windows的API函數(shù)，整個截取分為三個模塊獲取信息模塊、轉(zhuǎn)換格式模塊和壓縮并存儲信息模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，采用了LZW的壓縮算法保證數(shù)據(jù)壓縮的高效性和保密性，LZW編碼是圍繞稱為詞典的轉(zhuǎn)換表來完成的，LZW編碼器通過管理這個詞典完成輸入與輸出之間的轉(zhuǎn)換，LZW編碼器的輸入是字符流，輸出是用碼字流，碼字代表單個字符或多個字符組成的字符串，LZW編碼器使用貪婪分析算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，所述的文件壓縮，具體如下使用基于LZ77算法的自適應滑動窗口壓縮算法來實現(xiàn)文件壓縮，該算法將一個虛擬的、能跟隨壓縮進程滑動的窗口作為術(shù)語字典，要壓縮的字符串如果在該窗口中出現(xiàn)，則輸出其出現(xiàn)位置和長度，使用固定大小窗口進行術(shù)語匹配，取代了在所有已經(jīng)編碼信息中匹配的方法，隨著壓縮的進程滑動字典窗口，使其中總包含最近編碼過的信息，要編碼的字符串在最近的上下文中能找到匹配串。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，使用64k大小的固定長度窗口，窗口固定，壓縮函數(shù)每次只對最多64k長的數(shù)據(jù)進行壓縮，主函數(shù)將原始文件分成64k的塊逐個壓縮存儲。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，所述的內(nèi)存映射，具體如下通過內(nèi)存映射實現(xiàn)記錄鍵盤、鼠標操作和文件獲取，內(nèi)存映射文件是一種文件緩沖算法，與虛擬內(nèi)存一樣，內(nèi)存映射文件能用來保留一個地址空間的區(qū)域，并將物理存儲器提交給該區(qū)域，使用內(nèi)存映射文件，使同一臺計算機上運行的多個進程能夠相互之間共享數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，所述的Socks5協(xié)議代理，是基于RFC1928中關(guān)于TCP協(xié)議下Socks5的描述實現(xiàn)的，當一個基于TCP協(xié)議的客戶端希望通過Socks5代理建立與其他機器的連接時，必須首先建立一個與Socks5服務(wù)器上socks端口的TCP連接，當連接建立后，客戶端進入?yún)f(xié)議的“握手”過程，根據(jù)選中的方式進行認證，然后發(fā)送轉(zhuǎn)發(fā)的要求，Socks5服務(wù)器檢查這個要求，根據(jù)結(jié)果或建立合適的連接或拒絕。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，其特征是，所述的遠程命令，是通過用Socket建立TCP/IP連接來實現(xiàn)，遠程開機時，學生機還處于關(guān)閉狀態(tài)，是調(diào)用網(wǎng)卡上的指令，主板中的BIOS要選中對應選項，網(wǎng)卡和主板有一個單獨的接線，這樣網(wǎng)卡接收啟動指令后能傳給主板。
全文摘要
一種基于攻防和視頻組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化交互式教學實驗方法，用于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議搭建一個基礎(chǔ)框架，即用TCP/IP協(xié)議族將網(wǎng)絡(luò)中的教師機和學生機連接起來，組成一個能互相傳輸數(shù)據(jù)進行通信的框架，在此框架上，使用網(wǎng)絡(luò)攻防中的進程隱藏來維持正常的學生機教學環(huán)境；使用屏幕實時圖像編碼實現(xiàn)廣播的質(zhì)量和速率的提高；使用文件壓縮來主動獲取學生機上的文件；使用Socks5協(xié)議代理保證傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；使用內(nèi)存映射來監(jiān)控學生機的操作情況；使用遠程命令來控制學生機。本發(fā)明更有效地利用現(xiàn)有技術(shù)和軟硬件環(huán)境，結(jié)合傳統(tǒng)教學手段和計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，開展大規(guī)模的教學實驗活動，并對結(jié)果進行評估。本發(fā)明重點強調(diào)學生的參與性。
文檔編號H04L29/06GK1564536SQ20041001702
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者楊樹堂, 李建華, 陸松年, 朱靖宇, 李鋒, 陳俊文 申請人:上海交通大學