基于ENSP軟件的“無線組網技術”課程教學研究

楊懷德

摘要：“無線組網技術”課程是計算機網絡專業的必修課程之一。文章分析了國內“無線組網技術”實驗課程的教學現狀，針對實驗室建設成本高、設備管理困難、實驗場所不靈活等弊端，利用網絡行業最新的科技成果，提出了基于ENSP軟件的實驗課程的教學設計方案，并取得了良好的教學效果。

關鍵詞：無線組網技術；實驗教學；ENSP軟件

網絡技術的快速發展，特別是Internet的迅猛發展，人們的需求不斷提高，網絡用戶希望許多用戶對于網絡的需求不再局限于某個固定的地點、某個固定的時間，而是希望構建無處不在的網絡環境。在此背景下，無線組網技術便成為計算機網絡技術中的一顆耀眼的新星。為適應社會對于無線網絡技術高技能型人才的需求，國內各院校也紛紛開設了“無線組網技術”課程。在大學的課程體系結構中，“無線組網技術”課程是網絡專業的基礎核心課程，具有很重要的教學地位。從“無線組網技術”課程的教學內容來看，這門課程的知識點較多，相對比較抽象，難以理解，因此，必須更多地依靠通過實驗的方式來幫助學生理解無線組網的相關知識。因此，“無線組網技術”課程的實驗環節在很大程度上決定了這門課程教學效果的好壞，對后續的相關專業課也有著深遠的影響。

1 “無線組網技術”實驗教學環節存在的問題

目前，“無線組網技術”課程的教學都分為理論教學和實驗教學2個部分。理論教學部分的教學內容，很多院校都進行了深入的探索，已經有較成熟和系統的教學方法和手段。而實驗教學部分，相對理論教學顯得很薄弱‘2]。通過對廣東省已經開設“無線組網技術”課程的院校的調研發現，“無線組網技術”課程的實驗環節教學中存在以下幾個問題。

（l）由于無線網絡設備價格昂貴，經濟相對落后的地區的院校常常難以開展行之有效的網絡實驗，相關的教學僅僅是理論上的有效傳遞。

（2）實驗設備的管理工作效率低下，由于無線網絡本身的移動性的特點，無線組網實驗設備不能像有線網絡設備那樣被固定到某個位置，在實驗課中經常會因為實驗的需要由學生管理和使用，由于學生客觀或主觀的因素，在實驗完成后常出現設備損壞和丟失的現象；而且試驗設備的配發和回收也容易造成正常教學時間縮水。

（3）實驗場所固定，學生實驗受限。因為學生個體存在差異性，部分學生在規定的時間內不能完成老師布置的實驗任務，因此，學習積極性強的學生很希望能在課余其他時間來繼續實驗。但是，因為實驗場所固定的原因，這些學生最終不得不選擇了放棄，導致跟不上老師的教學進度，漸漸失去了學習的主動性。

（4）仿真的實驗資源少。目前應用最廣泛的網絡組建仿真實驗軟件是思科公司推出的Packet tracer，但是Packettracer對于無線組網的實驗支持性比較差，只能完成數量有限的幾個簡單的無線組網實驗。

針對“無線組網技術”課程的實驗環節存在的問題，本文將研究基于虛擬現實的技術應用到“無線組網技術”課程實驗教學環節中。近年來，國內各院校都在積極探索實踐教學改革，特別是隨著虛擬現實技術的發展，許多院校已經將虛擬現實技術應用于實踐教學，對提高學生的職業技能、創新能力和就業創業能力貢獻了巨大的價值[3-4]。本文針對“無線組網技術”課程，采用華為公司于2013年推出的網絡仿真軟件ENSP。

2 ENSP實驗平臺介紹

2.1 ENSP介紹

ENSP是一款由華為提供的免費的、可擴展的、圖形化操作的網絡仿真工具平臺，主要對企業網絡路由器、交換機進行軟件仿真，完美呈現真實設備實景，支持大型網絡模擬，讓廣大用戶有機會在沒有真實設備的情況下能夠模擬演練，學習網絡技術，軟件自帶了豐富的使用教程，軟件運行界面如圖l所示。相對于思科公司的Packet tracer， ENSP對于無線組網實驗的支持力度顯得更強大，配套的實驗例子也更貼近于現實的無線組網環境，比如在Packet tracer環境中，射頻資源管理、漫游管理和無線定位這3個環節的實驗是不能進行的。而且Packet tracer的試驗設備組件里面并沒有無線組網實驗所需要的專業的AC設備，而是通過添加無線模塊來模擬AC設備。在2014年華為發布的ENSP vl.2 .00.320版本中，支持的無線設備有AC6005、AC6605和AP6010，這3款設備足以滿足無線組網實驗的要求。

2.2 ENSP特點

2.2.1高度仿真，幫助老師采用教練結合的教學方式

可模擬華為AR路由器、x7系列交換機的大部分特性；可模擬無線AC和AP、PC終端、Hub、云、幀中繼交換機等。因此，所有的實驗都可以在電腦上完成，老師可以采用講練結合等教學方式，實現理論教學和實驗的完美結合；學生在學過程中的任何問題都可以及時向老師反映，不會因為問題得不到及時的幫助而降低學習興趣。

2.2.2圖形化操作，幫助學生理解知識點

支持拓撲創建、修改、刪除、保存等操作。模擬接口抓包，直觀展示協議交互過程；支持設備拖拽、接口連線操作；通過不同顏色，直觀反映設備與接口的運行狀態。形象化的特點，使學生能直觀地感受到知識應用的效果。比如，對AP配置成功之后，軟件能在AP信號覆蓋的區域以某個明顯的顏色顯示出來，學生對于之前配置AP的操作能有更深入的理解。

2.2.3支持分布式大規模部署，解決設備管理困難問題

支持單機版本和多機版本，支撐無線組網培訓場景，多機組網場景最大可模擬200臺設備組網規模。因此可以無需真實硬件設備，即可以完成各種特定規模的無線組網的實驗。特別是針對AP漫游實驗，如果采用真實設備來操作，實現起來會很困難：學生需要攜帶著AP去離教室幾十米遠之外的地方進行實驗，導致設備很難管理。因此，引入ENSP之后大大改善了設備管理的問題。

2.3 ENSP平臺的無線組網實驗環境搭建

運行環境支持單機版和多機版，對于“無線組網技術”課程教學來說單機版就可以夠用，運行所需配置如表1所示。

完整的實驗環境需要安裝Oracle VM VirtuaIBox.Wireshark，ENSP 3款軟件，在最新版的ENSP發行版本中，一般都集成了另外兩款軟件。因此，安裝軟件的時候，按照默認的方式來安裝即可完成。需要注意的是，在安裝完成之后，可能會因為系統兼容性、VirtuaIBox的設置等問題，導致軟件運行異常。一般可以通過檢查VirtuaIBox網絡的DHCP是否關閉、計算機防火墻是否開啟等方法來排除故障。

3 基于ENSP的“無線組網技術”實驗課程設計

“無線組網技術”課程教學內容分為無線網絡概述、無線網絡工作原理、無線網絡典型組網結構、無線網絡射頻資源管理、漫游管理、無線網絡定位技術、無線網絡安全7個方面。因此“無線組網技術”課程的實驗也應該圍繞著這7個部分展開‘5-8]。ENSP軟件自帶了一個無線組網的綜合應用實驗，可以將這個綜合的無線組網的實驗按照功能分解成若干個小的實驗。以總課時為24學時的實驗課程為例，實驗課程的設計如表2所示。在實驗安排中，基礎實驗是整個實驗課程的核心和關鍵，例如無線網絡基礎實驗，雖然是學生熟悉網絡命令的實驗，但是經過長期的教學我們發現，雖然學生都知道這些命令，但是在網絡出現故障的時候，學生無法靈活有效地使用這些網絡命令，同時無法根據命令的反饋結果對網絡故障進行分析。因此，在設置實驗的時候，我們不僅要求學生會使用命令，同時我們會設置不同的場景幫助學生進行分析，深刻理解命令的功能。在直連式的三層組網的實驗中，我們會要求學生在設置默認網關和不設置默認網關的情況下，分別測試局域網的IP地址和外網IP地址，以及有效的IP地址和無效IP地址的情況下所得到的不同的反饋結果，這樣才能和具體的實際情況有效地結合起來，讓學生不僅感覺實用，同時也能夠解決實際問題。

4 “無線組網技術”實驗在ENSP上的實踐

采用ENSP軟件v1.2.00.320版本提供的無線網絡終端設備、無線接入點和AC等無線網絡設備，能夠實現小型無線局域網的互聯通信。實驗拓撲結構如圖2所示。通過該實驗幫助學生理解AP上線的過程和STA接入的過程以及CAPWAP協議原理，特別是CAPWAP協議工作機制。無線接入點控制與供應協議（Control And Provisioning ofWireless Access Points，英文簡寫為CAPWAP），定義了AP與AC之間如何通信；為實現AP和AC之間的互通性提供一個通用封裝和傳輸機制。這個標準和通用的協議使AC可以無障礙地控制一系列AP，且CAPWAP對二層協議來說是完全透明的。

實驗步驟如下：

（l）配置AP、AC和上層網絡設備之間實現二層互通。

（2）在AC上配置基于接口的DHCP服務器為STA和AP分配IP地址。

（3）配置AC的系統參數，包括國家碼，AC，ID，運營商標識和AC與AP之間通信的源接口。

（4）配置AP上線的認證方式，并把AP加入AP域中，實現AP正常工作。

（5）配置VAP，下發WLAN業務，實現STA訪問WLAN網絡功能。

配置AP對應的WMM模板、射頻模板，使用WMM模板和射頻模板的默認配置，并在射頻模板下綁定WMM模板，實現STA與AP之間的無線通信參數配置。

（6）配置WLAN-ESS接口，實現報文到達AC后能夠送至WLAN業務處理模塊處理。

（7）配置AP對應的安全模板、流量模板，使用安全模板和流量模板的缺省配置，配置服務集并在服務集下綁定WLAN-ESS接口、安全模板、流量模板，實現STA接入網絡安全策略及QoS控制。

（8）配置VAP并下發，實現STA能夠通過WLAN網絡訪問Internet。

5結語

通過分析高職院校“無線組網技術”課程實驗環節中存在的問題，針對性地提出了基于ENSP軟件的實驗方案，建立了無線組網模擬實驗環境，開展了無線網絡技術課程的實驗教學。通過無線網卡、無線AP和無線AC構成無線網絡，分析了仿真實驗過程，一方面解決了因缺乏實驗設備無法開展無線網絡技術課程實驗教學的問題；另一方面通過各種類型的無線網絡仿真設備組建和配置無線網絡的仿真實驗過程，加深了學生對無線網絡理論知識的掌握和理解，培養和提高了學生組建、使用和管理無線網絡的技能，也解決了實驗設備管理困難的問題。

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