“項目實訓”自動評分系統的設計與開發

姚正　魯兵

摘要：為解決路由與交換技術課程的項目實訓考核存在的困難：如設備不足、纜線或接口故障、設備連接耗時長、項目結果保存難、現場評分耗時長等，設計項目實訓自動評分系統的開發流程，按照開發流程，使用Cisco Packet Tracer仿真軟件，進行項目需求文件編制與修訂、項目實訓評分點、項目實訓時長、完成進度等項目設置，實現了路由與交換技術課程的項目實訓自動評分功能。自動評分系統為項目實訓課程考核提供了極大便利，解決了實際困難，且系統具備可移植、可復用、高可靠性。

關鍵詞：仿真；項目；配置；流程；自動評分

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0166-04 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

網絡仿真軟件通過仿真方式提供網絡拓撲設計、設備配置、故障排查等功能的網絡環境。用戶可以在仿真軟件的圖形用戶界面上直接使用拖曳方式構建網絡拓撲，可提供數據包在網絡中轉發的詳細過程，模擬網絡實時運行情況[1]。目前常見的網絡仿真軟件有GNS3、eNSP、Cisco Packet Tracer、HCL、EVE-NG、PNETLab等，從操作的便捷性、功能性、用戶體驗角度分析，Cisco Packet Tracer仿真軟件具有很強的優勢。Packet Tracer可為網絡維護及管理人員提供設計及配置的初步方案，方便網絡協議的模擬及故障的跟蹤，為從事網絡研究的人員提供了一個良好的仿真平臺[2]。

很多高校的相關專業（如網絡工程、計算機網絡技術、信息安全等）都開設了路由與交換技術、網絡集成等相關課程[3]。這些課程都需要進行網絡設備的配置與調試，項目實訓課程考核和成績評定存在很多困難：一是實驗室很難滿足40人同時開展項目實訓所需要大量設備的環境[4]；二是大量設備互聯、開機耗時大，且存在纜線故障、接口老化等不可控因素[5]；三是項目結果保存復雜度大、耗時多、追溯性差；四是對40 人的實訓項目完成結果進行評分耗時巨大、容易漏判和誤判。

為解決上述困難，以路由與交換技術相關課程的項目實訓考核為研究對象，基于Cisco Packet Tracer仿真軟件構建網絡拓撲，進行設備配置和網絡連通性測試，設計與開發具備自動評分功能的網絡項目實訓系統，驗證項目實訓完成的得分率、時長、失分點等，有效解決了項目實訓課程考試存在的困難。

1 Cisco Packet Tracer 仿真軟件

Cisco Packet Tracer是一款由Cisco公司開發的仿真軟件，目前最新版本8.2版本，軟件功能強大且操作方便，可提供多種Cisco網絡通信設備的模擬環境，如路由器、交換機、無線設備、各種連接纜線、終端（PC、服務器）、廣域網仿真設備、可插拔模塊、網絡控制器等。可以對ARP、BGP、CDP、DHCP、DNS、EIGRP、FTP、HSRP、HTTP、ICMP、LACP、NTP、OSPF、RADIUS、RIP、SMTP、SNMP、STP、TCP、TFTP、TELNET、UDP 等協議的進行仿真模擬和實現。

Cisco Packet Tracer的Extensions提供的“Activity Wizard”可以實現網絡項目實訓配置要點成功與否i動校對功能[6]。為研究人員和高校師生提供了網絡拓撲搭建、設備連接、設備配置等項目實訓的自動校驗方式。

2“ 項目實訓”自動評分系統的開發流程

為解決路由與交換技術相關課程的項目實訓考核存在的困難，設計與開發一套可移植、可復用、高可靠性、具有自動評分功能系統的意義重大，開發流程見圖1。

開發流程說明：

Step1：制作項目需求文件。簡要介紹項目需求，使用TXT文件即可，如需要使用表格，則需要在Word 中編輯需求文件，項目需求文件要簡明、易懂。

Step2：導入項目需求文件。如果項目需求文件只是簡要文字說明，可以忽略第一步，在第二步中直接編輯項目需求文件。

Step3：構建網絡拓撲。按照項目需求文件，在Cisco Packet Tracer 中構建網絡拓撲，保存為項目初始源文件PKT。

Step4：導入項目初始源文件PKT，初始源文件PKT是學生考試的試卷。

Step5：目標文件制作。按照項目需求進行必要的網絡構建和設備配置，測試完成項目需求后，另存為目標文件PKT。

Step6：導入目標文件PKT，目標文件PKT是試卷的答案庫。

Step7：評分項目設置。設置評分項目就是設置考核內容，本步驟是制作PKA項目實訓文件的核心。

Step8：項目實訓文件PKA的保存。PKA文件包含試卷、試卷答案、自動評分項目（考核內容）、考試時長等內容。

Step9：測試PKA文件。完成項目需求和考核要點后，完成進度會顯示100%。

注意：如果項目需求文件需要修改，可以返回第一步或第二步重新編輯或導入；如果項目初始源文件修改，也可以重新導入；在不改變考核要點的情況下，目標文件無須重新導入和重新設置得分點。

如果重新導入目標文件，則必須重新設置得分點。

3“ 項目實訓”自動評分系統的準備工作

3.1 編制項目需求文件

項目實訓要求（案例）

Step1：設置PC1、PC2、PC3、PC4 的IP 地址、子網掩碼和網關。

Step2：設置交換機的名字為SW1，在交換機SW1 上創建VLAN10，設置端口1-8 為接入模式，劃入VLAN 10中；創建VLAN 20，設置端口9-16為接入模式，劃入VLAN20中；設置24號端口為trunk模式。

Step3：設置交換機的名字為SW2，在交換機SW2 上創建VLAN30，設置端口1-8 為接入模式，劃入VLAN30 中；創建VLAN40，設置端口9-16 為接入模式，劃入VLAN40中；設置24號端口為trunk模式。

Step4：設置路由器的名字為R1，R2，R3，設置路由器R1、R2、R3的接口IP地址，路由器之間配置RIP V2協議，并宣告直連網絡。

Step5：設置R1的f0/0子接口10和20的IP地址，分別作為VLAN 10和VLAN 20的網關；設置R3的f0/0 子接口30 和40 的IP 地址，分別作為VLAN30 和VLAN40的網關。

Step6：測試網絡連通性，保存項目文件。

3.2 制作初始源文件

按照案例的項目實訓要求，在Cisco Packet Tracer 中構建網絡拓撲，網絡拓撲見圖2。

3.3 制作目標文件

將項目初始源文件復制一份，將副本重命名為目標文件名。按照需求文件的要求在目標文件中對設備進行配置、驗證和測試。

1） 交換機SW1的主要配置

Switch#enable //進入特權配置模式

Switch#configure terminal //進入全局配置模式

Switch（config）#hostname SW1 //設置交換機的主機名

SW1（config）#vlan 10 // 創建Vlan 10

SW1（config）#int range f0/1-8

SW1（config-if-range）#switchport mode access //將端口設為接入模式

SW1（config-if-range）#switchport access?vlan 10 //將端口劃入到vlan 10

SW1（config）#vlan 20 //創建vlan 20

SW1（config）#in range f0/9-16

SW1（config-if-range）#switchport mode access //將端口設為接入模式

SW1（config-if-range）#switchport access vlan 20 //將端口劃入到vlan 20

SW1（config）#int f0/24

SW1（config-if）#swithcport mode truk //將端口設為中繼模式

驗證Vlan配置，Vlan配置見圖3。（其他驗證配置圖本文省略）

2） 路由器R1的主要配置

Router>enable //進入特權配置模式

Router#configure terminal //進入全局配置模式

Router（config）#hostname R1 //設置路由器的主機名

R1（config）#int f0/0

R1（config-if）#no shutdown //將端口f0/0開啟

R1（config-if）#int f0/0.10 //進入子接口10

R1（config-subif）#encapsulation dot 1Q10 //封裝協議，并關聯Vlan

R1（config-subif）#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 //設置IP地址和掩碼

R1（config-if）#int f0/0.20 //配置同子接口10

R1（config-subif）#encapsulation dot 1Q 20 //

R1（config-subif）#ip address 192.168.20.1 255.255.255.0

…

R1（config）#int s0/0/0 //進入串行端口s0/0/0

R1（config-if）#clock rate 128000 //設置市中頻率

R1（config-if）#no shutdown //將端口s0/0/0開啟

R1（config-if）#ip address 192.168.12.1 255.255.255.252 //設置IP地址和掩碼

…

R1（config）#router rip //配置RIP路由協議

R1（config-router）#version 2 //使用版本2，支持CIDR和VLSM

R1（config-router）#network 192.168.10.0

R1（config-router）#network 192.168.20.1

R1（config-router）#network 192.168.12.0 //宣告直連的網絡ID

…

其他路由器的配置命令本文省略。

3） 路由表驗證與分析

查看R1路由器的路由表，R1路由表見圖4（其他配置驗證圖本文省略）。

R1路由表分析：如圖2所示，R1有3個直連網絡，3個非直連網絡，完成上述命令配置后，R1路由表中顯示有3 個直連網絡（標志 C） 192.168.10.0/24、192.168.12.0/30、192.168.20.0/24；3個非直連網絡（標志 R） 192.168.23.0/24、192.168.30.0/24、192.168.40.0/ 24，非直連網絡是通過RIP路由協議學習得到的路由條目，驗證成功。

4“ 項目實訓”自動評分系統的PKA設置

統的PKA設置按照“開發流程”進行實施。

4.1 Instructions 選項設置（項目需求設置）

在 Packet Tracer 中 ，點 擊 Extensions→Activity tWioinzsar選d，項進中入設A置ct項ivi目ty 需W求iza，rIdn的stru配ct置ion界s設面置，見在圖In5st。

4.2 Answer Network 設置

1）?項目的目標文件導入與得分點設置。Answer Network設置見圖6。點擊Import File to Answer Net? work”進行目標文件導入。在完成目標文件導入后，在“在Assessment Items”中設置評分點。項目實訓考試的相關設置點擊“Settings”標簽。

學生對設備的配置必須和評分點保持完全一致才能得分。其他評分點參照圖6進行勾選設置，本文省略。

2） 項目實訓的環境設置。主要是時間設置和反饋設置，時間設置有3種方式：項目實訓已用時長、設定總計時情況下倒計時和不計時。本文以勾選“Countdown”設定總計時為例，反饋信息有5種設置方式，本文以勾選“Show Item Count Percentatge”為例。項目實訓環境設置見圖7。

4.3 項目實訓的相關設置

項目初始源文件導入。在Initial Network選項，進行項目初始源文件的導入，該文件是項目實訓考試的學生考卷。

Password選項。通過設置密碼來阻止未授權的用戶對自動評分系統參數的改變，只有輸入正確的密碼才能訪問“Activity Wizard”。

其他設置省略，最后保存項目實訓文件PKA。

5“ 項目實訓”自動評分系統的測試

使用Cisco Packet Tracer打開項目實訓文件PKA，會出現兩個窗口，項目配置窗口和“PT Activity”窗口，項目配置窗口是用戶進行網絡設備配置的環境；“PT Activity”窗口顯示“Instructions”文檔、項目倒計時、完成百分比、“Check Results”等信息。用戶按照“In? structions”文檔要求在項目配置窗口中進行設備配置，系統根據考生的操作動態調整項目倒計時、完成百分比，“Check Results”是反饋給用戶的信息，用于顯示已完成配置要點和未配置要點。當用戶完成評分點要求的配置后顯示“Completion 100%”，同時“Check Results”的得分點顯示全部完成。項目實訓自動評分系統的測試見圖8。

從圖8可見，本項目實訓設置得分點85項，已完成100%，項目計時方式使用總時長倒計時方式。

6 結束語

基于Cisco Packet Tracer 仿真軟件設計“項目實訓”自動評分系統的開發流程，按照開發流程編制項目需求文件、項目實訓初始源文件，實施設備配置和網絡測試，進行初始源文件、目標文件導入和項目實訓得分點設置等操作。“項目實訓”的自動評分系統實現功能如下：

1） 節約設備購置費用，無須硬件維護。

2） 突破時空的限制。研究人員和學生可以隨時隨地進行網絡項目實訓，利用文件保存的功能可以實現多次疊加方式來完成任務。

3） 無紙化的應用。為實施線上教學、線上考試提供了一種有效途徑。

4） 自動評分功能。解決了網絡項目實訓設備多、纜線多、配置文件不易保存、準確評分耗時大的問題。

5） 可定制、可移植、可復用。開發人員可以按照開發流程進行項目實訓自動評分系統的設計與開發，具備“定制化”功能；可在任何操作系統上使用，具備“可移植”性；可以對項目實訓自動評分系統進行二次開發和修訂，具備“可復用”性。

參考文獻：

[1] 李智. 基于PacKetTracer虛擬仿真軟件的網絡設計實踐[J]. 信息通信，2018，31（10）：59-61.

[2] 孫光懿，楊媛，劉云月. 基于GNS3的生成樹協議仿真[J]. 首都師范大學學報（自然科學版），2018，39（6）：17-23.

[3] 李雙梅，黃承寧. 基于Packet Tracer的交換機轉發原理實驗設計[J]. 電子測試，2020（19）：72-74.

[4] 曹園青. 基于網絡仿真平臺的《計算機網絡技術》實驗課程教學改革研究[J]. 中國教育信息化，2021（12）：43-46.

[5] 劉佰明. 基于Packet tracer技術的VLAN間通信的設計與開發[J]. 計算機與數字工程，2014，42（7）：1303-1305，1310.

[6] 薛董敏. Cisco Packet Tracer軟件在計算機組網實驗教學中的應用[J]. 軟件，2021，42（4）：181-183.

【通聯編輯：王力】

基金項目：安徽省高等學校省級質量工程項目《馬鞍山師范高等專科學校馬鞍山軟件園實踐教育基地》（項目編號：2020sjjd126） ；安徽省高等學校省級質量工程軟件技術特色專業教學資源庫項目（項目編號：2020zyk41）