基于eNSP的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)考核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭文普，康凱，楊百龍

（火箭軍工程大學(xué) 作戰(zhàn)保障學(xué)院，陜西 西安）

一 引言

信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用非常普及。網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到社會(huì)生活的各個(gè)方面，迫切需要既精通網(wǎng)絡(luò)原理，又具有實(shí)際工程實(shí)踐能力，并掌握一定的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)人才。眾多高校計(jì)算機(jī)或通信相關(guān)專業(yè)都開設(shè)有如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核是這些課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)教、學(xué)兩方面具有“導(dǎo)向”作用，是影響教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的積極性和主動(dòng)性的重要因素之一。

二 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核面臨的問題

很多學(xué)校的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課程教學(xué)普遍采用了“理論+實(shí)驗(yàn)”兩段式組織方式及考核評(píng)價(jià)，即大部分學(xué)時(shí)用于課堂理論教學(xué)，少量學(xué)時(shí)開設(shè)課程實(shí)驗(yàn)，考核采用理論閉卷與實(shí)驗(yàn)考核相結(jié)合的方式。這種兩段式教學(xué)存在以下問題：一是理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合不緊，學(xué)員為了完成實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，不利于對(duì)綜合知識(shí)的掌握；二是實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)難以規(guī)范量化，不足以體現(xiàn)學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握程度。另外，如果采用真實(shí)的硬件設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)考核還存在以下問題：

一是課程實(shí)驗(yàn)環(huán)境每名學(xué)生至少需要路由器、交換機(jī)各兩臺(tái)，這樣學(xué)生人數(shù)較多時(shí)需要大規(guī)模的購置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)踐考核環(huán)境投資較大，建設(shè)和維護(hù)成本高；二是每名學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)考核后，教師需要對(duì)每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行正確性檢查，教師對(duì)考核設(shè)備的調(diào)試和檢查只能一對(duì)一進(jìn)行，工作量大且繁瑣；三是存在設(shè)備故障、端口或網(wǎng)線接觸不良等突發(fā)因素造成考核失敗且不易排查。

三 基于eNSP的實(shí)驗(yàn)考核設(shè)計(jì)

針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)與考核中的上述問題，邱菡[1]針對(duì)《網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)的考核模式進(jìn)行了改革，提出了全過程跟蹤的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)考核平臺(tái)，從出勤率、提交報(bào)告是否準(zhǔn)時(shí)、實(shí)驗(yàn)理論、基本技能、獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新性思維多方面進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，但實(shí)施起來增加了考核的復(fù)雜性。徐巧枝[2]、馮世斌[3]等基于思科 Packet Tracer 軟件的 Activity Wizard 平臺(tái)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)考核實(shí)施過程中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化閱卷，大大減少了教師的工作量，但隨著國家安全政策的調(diào)整，思科設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景大大減少，許多高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)而采用華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。吳輝宇[4]提出了基于虛擬化的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，構(gòu)建的虛擬化平臺(tái)通過實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)給出考核評(píng)判。

我校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在分析現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨問題的基礎(chǔ)上，確立了與行業(yè)接軌的課程實(shí)踐教學(xué)改革思路，對(duì)照華為行業(yè)認(rèn)證考核要求，重新規(guī)劃設(shè)計(jì)了課程的實(shí)踐教學(xué)體系[5]，并對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了全新的考核方式。實(shí)驗(yàn)考核基于eNSP平臺(tái)，學(xué)生在完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后，基本具備了分析網(wǎng)絡(luò)需求、完成設(shè)備配置的能力，通過綜合性實(shí)驗(yàn)可精準(zhǔn)量化的考核學(xué)員對(duì)各個(gè)知識(shí)的掌握情況，并激勵(lì)學(xué)員重視基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的知識(shí)積累。

eNSP[6]全 稱 是enterprise network simulation platform，即企業(yè)網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，是華為公司研發(fā)的一款圖形化網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)。eNSP可以仿真華為路由器、交換機(jī)、防火墻、無線AP等多種設(shè)備，仿真網(wǎng)絡(luò)可與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。eNSP在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用[7-8]。并且，eNSP具備較強(qiáng)的考試功能便于教師組織實(shí)驗(yàn)考試。

基于eNSP進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核，基本過程如下：

首先，教師針對(duì)要考核的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)考核的綜合性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證無誤后保存實(shí)驗(yàn)拓?fù)洌?/p>

其次，教師基于eNSP的考試功能，在eNSP下完成試卷設(shè)計(jì)，編寫試卷說明，配置標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，保存試卷；

第三，需要考試時(shí)，教師發(fā)布試卷，學(xué)生在eNSP下進(jìn)行考試，自主完成各虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置后，保存答案。為便于自動(dòng)化處理，可以要求每名學(xué)生將答案以“學(xué)號(hào)+考卷名”為文件名保存到指定路徑下；

第四，考試完成后，教師將所有學(xué)生提交的答案匯總到一個(gè)文件夾下，利用eNSP的閱卷功能自動(dòng)完成成績(jī)?cè)u(píng)定。

四 實(shí)驗(yàn)考核案例

本文以一個(gè)綜合性網(wǎng)絡(luò)配置為例介紹如何基于eNSP進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核。

（1）某實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)需求及考核的知識(shí)點(diǎn)

某實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)需求：

①某公司的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示，公司的經(jīng)理部、財(cái)務(wù)部門和銷售部門分屬不同的3個(gè)網(wǎng)段，其中銷售部和經(jīng)理部均連接在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)S1上，需要通過劃分VLAN實(shí)現(xiàn)隔離廣播域[9]，并且S1上的兩個(gè)VLAN間通過路由器R1的單臂路由聯(lián)通；

圖1 某公司的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

②財(cái)務(wù)部連接到路由器R2上，要求經(jīng)理部、銷售部和財(cái)務(wù)部三個(gè)不同網(wǎng)段間通過靜態(tài)路由聯(lián)通；

③為了安全起見，公司領(lǐng)導(dǎo)要求銷售部門不能對(duì)財(cái)務(wù)部門進(jìn)行訪問，但經(jīng)理部可以對(duì)財(cái)務(wù)部門進(jìn)行訪問。

本實(shí)驗(yàn)考核學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)包括：①交換機(jī)、路由器的名字配置、接口地址配置等基本配置；②VLAN劃分的配置；③VLAN間路由的配置；④靜態(tài)路由的配置；⑤基本ACL的配置。

（2）教師設(shè)計(jì)試卷

①在eNSP下，教師點(diǎn)擊“新建試卷工程”，彈出圖2所示對(duì)話框，輸入工程名稱和保存的位置，點(diǎn)擊確定即可打開一個(gè)新的空白工程。

圖2 新建試卷工程

②如圖3中所示，完成試卷設(shè)計(jì)需要經(jīng)過“1.設(shè)計(jì)考題拓?fù)洹?＞“編寫考試說明”-＞“生成試卷&答案”-＞“完成”四個(gè)步驟。在圖3中，可以設(shè)計(jì)新的拓?fù)洌部梢渣c(diǎn)擊圖中“導(dǎo)入拓?fù)洹卑粹o導(dǎo)入事先設(shè)計(jì)好的拓?fù)洹１景咐校瑢D1所示設(shè)計(jì)好的拓?fù)鋵?dǎo)入進(jìn)來，并完成所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正確配置，此配置即為標(biāo)準(zhǔn)答案。

圖3 設(shè)計(jì)試卷-導(dǎo)入拓?fù)?/p>

③如圖4所示，編寫考試說明。

圖4 設(shè)計(jì)試卷-編寫考試說明

在考試說明中，主要是闡述本拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)需求，提出明確的配置要求，明確各個(gè)知識(shí)點(diǎn)配置的對(duì)應(yīng)分值。本示例中，試卷總分值為50分，各分值分配如下：

1.按拓?fù)錁?biāo)識(shí)更改所有設(shè)備名稱（5分）；

2.按拓?fù)錁?biāo)識(shí)為圖中接口配置IP地址（5分）；

3.完成交換機(jī)VLAN劃分，將對(duì)應(yīng)接口劃入對(duì)應(yīng)VLAN（10分）；

4.在R1上完成單臂路由配置(10分）；

5.在R1、R2上配置靜態(tài)路由，使三個(gè)網(wǎng)絡(luò)互通（10分）；

6.在R2上配置ACL，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪問要求（10分）。

④如圖5所示，將上述知識(shí)點(diǎn)分值指定到每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備各個(gè)具體的配置命令上，本案例中共有R1、R2、S1三臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，配置命令分值分別為20、17、13分，每臺(tái)設(shè)備的每項(xiàng)配置命令都有具體分值，如R1的“sysname R1”配置命令分值為1分。在圖5中，設(shè)置好考試計(jì)時(shí)時(shí)間及標(biāo)準(zhǔn)答案和試卷的保存路徑。

⑤將計(jì)時(shí)方式、考試時(shí)長等在圖5中配置完成后，點(diǎn)擊“4．完成”即完成試卷的設(shè)計(jì)，試卷和標(biāo)準(zhǔn)答案分別保存。在試卷工程目錄下將生成同名字的.proj、.model、.paper三個(gè)文件，以及paper、instruction兩個(gè)文件夾，其中.paper文件與paper、instruction兩個(gè)文件夾共同構(gòu)成考試試卷，可以放到一個(gè)文件夾下作為試卷下發(fā)，.model文件為標(biāo)準(zhǔn)答案。

圖5 設(shè)計(jì)試卷-指定分值及考試設(shè)置

（3）組織實(shí)驗(yàn)考核

教師組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核時(shí)，將生成的試卷下發(fā)到考試計(jì)算機(jī)上，學(xué)員運(yùn)行eNSP，打開試卷文件夾內(nèi)的.paper文件即可考試，如圖6所示。

圖6 學(xué)員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核

學(xué)生完成配置后，點(diǎn)擊圖6中的“交卷”，在保存答案的提示框上，按教師要求的路徑格式和文件名保存答案即可。

（4）教師自動(dòng)化閱卷

將學(xué)生提交的考試答案拷貝到一個(gè)文件夾內(nèi)，在eNSP的主界面中選擇“菜單-＞考試-＞閱卷”，彈出圖8所示界面，選擇考題答案保存路徑及學(xué)生答案保存路徑，點(diǎn)擊“閱卷”即可完成對(duì)所有學(xué)生的成績(jī)判讀并生成一個(gè)考試報(bào)告文件。該報(bào)告文件可以將學(xué)生最終成績(jī)及排名以列表形式呈現(xiàn)，而且可以要查看每名學(xué)生的得分點(diǎn)、失分點(diǎn)，便于教師分析學(xué)員知識(shí)點(diǎn)掌握情況。

圖7 自動(dòng)化閱卷

五 結(jié)語

采用上述考核方法，引入了虛擬化技術(shù)而不再依賴于真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而降低了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)考核對(duì)真實(shí)環(huán)境的要求；引入了自動(dòng)化閱卷，大大減輕了老師工作負(fù)擔(dān)；設(shè)計(jì)的分值與知識(shí)點(diǎn)的配置命令相對(duì)應(yīng)，評(píng)分細(xì)則更加明確，實(shí)驗(yàn)考核更加科學(xué)規(guī)范；考核內(nèi)容均有真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)需求背景，每名學(xué)生只能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成考核，從而激勵(lì)學(xué)生在平時(shí)實(shí)驗(yàn)中不斷增強(qiáng)操作能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。上述考核方法，總體上減少了教師評(píng)判學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的工作量，教師可以集中精力設(shè)計(jì)更多綜合性實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)更多考核試卷，從而拓展考核知識(shí)點(diǎn)的覆蓋面，進(jìn)一步提高考核效果。