基于ENSP软件的“无线组网技术”课程教学研究

杨怀德

摘要：“无线组网技术”课程是计算机网络专业的必修课程之一。文章分析了国内“无线组网技术”实验课程的教学现状，针对实验室建设成本高、设备管理困难、实验场所不灵活等弊端，利用网络行业最新的科技成果，提出了基于ENSP软件的实验课程的教学设计方案，并取得了良好的教学效果。

关键词：无线组网技术；实验教学；ENSP软件

网络技术的快速发展，特别是Internet的迅猛发展，人们的需求不断提高，网络用户希望许多用户对于网络的需求不再局限于某个固定的地点、某个固定的时间，而是希望构建无处不在的网络环境。在此背景下，无线组网技术便成为计算机网络技术中的一颗耀眼的新星。为适应社会对于无线网络技术高技能型人才的需求，国内各院校也纷纷开设了“无线组网技术”课程。在大学的课程体系结构中，“无线组网技术”课程是网络专业的基础核心课程，具有很重要的教学地位。从“无线组网技术”课程的教学内容来看，这门课程的知识点较多，相对比较抽象，难以理解，因此，必须更多地依靠通过实验的方式来帮助学生理解无线组网的相关知识。因此，“无线组网技术”课程的实验环节在很大程度上决定了这门课程教学效果的好坏，对后续的相关专业课也有着深远的影响。

1 “无线组网技术”实验教学环节存在的问题

目前，“无线组网技术”课程的教学都分为理论教学和实验教学2个部分。理论教学部分的教学内容，很多院校都进行了深入的探索，已经有较成熟和系统的教学方法和手段。而实验教学部分，相对理论教学显得很薄弱‘2]。通过对广东省已经开设“无线组网技术”课程的院校的调研发现，“无线组网技术”课程的实验环节教学中存在以下几个问题。

（l）由于无线网络设备价格昂贵，经济相对落后的地区的院校常常难以开展行之有效的网络实验，相关的教学仅仅是理论上的有效传递。

（2）实验设备的管理工作效率低下，由于无线网络本身的移动性的特点，无线组网实验设备不能像有线网络设备那样被固定到某个位置，在实验课中经常会因为实验的需要由学生管理和使用，由于学生客观或主观的因素，在实验完成后常出现设备损坏和丢失的现象；而且试验设备的配发和回收也容易造成正常教学时间缩水。

（3）实验场所固定，学生实验受限。因为学生個体存在差异性，部分学生在规定的时间内不能完成老师布置的实验任务，因此，学习积极性强的学生很希望能在课余其他时间来继续实验。但是，因为实验场所固定的原因，这些学生最终不得不选择了放弃，导致跟不上老师的教学进度，渐渐失去了学习的主动性。

（4）仿真的实验资源少。目前应用最广泛的网络组建仿真实验软件是思科公司推出的Packet tracer，但是Packettracer对于无线组网的实验支持性比较差，只能完成数量有限的几个简单的无线组网实验。

针对“无线组网技术”课程的实验环节存在的问题，本文将研究基于虚拟现实的技术应用到“无线组网技术”课程实验教学环节中。近年来，国内各院校都在积极探索实践教学改革，特别是随着虚拟现实技术的发展，许多院校已经将虚拟现实技术应用于实践教学，对提高学生的职业技能、创新能力和就业创业能力贡献了巨大的价值[3-4]。本文针对“无线组网技术”课程，采用华为公司于2013年推出的网络仿真软件ENSP。

2 ENSP实验平台介绍

2.1 ENSP介绍

ENSP是一款由华为提供的免费的、可扩展的、图形化操作的网络仿真工具平台，主要对企业网络路由器、交换机进行软件仿真，完美呈现真实设备实景，支持大型网络模拟，让广大用户有机会在没有真实设备的情况下能够模拟演练，学习网络技术，软件自带了丰富的使用教程，软件运行界面如图l所示。相对于思科公司的Packet tracer， ENSP对于无线组网实验的支持力度显得更强大，配套的实验例子也更贴近于现实的无线组网环境，比如在Packet tracer环境中，射频资源管理、漫游管理和无线定位这3个环节的实验是不能进行的。而且Packet tracer的试验设备组件里面并没有无线组网实验所需要的专业的AC设备，而是通过添加无线模块来模拟AC设备。在2014年华为发布的ENSP vl.2 .00.320版本中，支持的无线设备有AC6005、AC6605和AP6010，这3款设备足以满足无线组网实验的要求。

2.2 ENSP特点

2.2.1高度仿真，帮助老师采用教练结合的教学方式

可模拟华为AR路由器、x7系列交换机的大部分特性；可模拟无线AC和AP、PC终端、Hub、云、帧中继交换机等。因此，所有的实验都可以在电脑上完成，老师可以采用讲练结合等教学方式，实现理论教学和实验的完美结合；学生在学过程中的任何问题都可以及时向老师反映，不会因为问题得不到及时的帮助而降低学习兴趣。

2.2.2图形化操作，帮助学生理解知识点

支持拓扑创建、修改、删除、保存等操作。模拟接口抓包，直观展示协议交互过程；支持设备拖拽、接口连线操作；通过不同颜色，直观反映设备与接口的运行状态。形象化的特点，使学生能直观地感受到知识应用的效果。比如，对AP配置成功之后，软件能在AP信号覆盖的区域以某个明显的颜色显示出来，学生对于之前配置AP的操作能有更深入的理解。

2.2.3支持分布式大规模部署，解决设备管理困难问题

支持单机版本和多机版本，支撑无线组网培训场景，多机组网场景最大可模拟200台设备组网规模。因此可以无需真实硬件设备，即可以完成各种特定规模的无线组网的实验。特别是针对AP漫游实验，如果采用真实设备来操作，实现起来会很困难：学生需要携带着AP去离教室几十米远之外的地方进行实验，导致设备很难管理。因此，引入ENSP之后大大改善了设备管理的问题。

2.3 ENSP平台的无线组网实验环境搭建

运行环境支持单机版和多机版，对于“无线组网技术”课程教学来说单机版就可以够用，运行所需配置如表1所示。

完整的实验环境需要安装Oracle VM VirtuaIBox.Wireshark，ENSP 3款软件，在最新版的ENSP发行版本中，一般都集成了另外两款软件。因此，安装软件的时候，按照默认的方式来安装即可完成。需要注意的是，在安装完成之后，可能会因为系统兼容性、VirtuaIBox的设置等问题，导致软件运行异常。一般可以通过检查VirtuaIBox网络的DHCP是否关闭、计算机防火墙是否开启等方法来排除故障。

3 基于ENSP的“无线组网技术”实验课程设计

“无线组网技术”课程教学内容分为无线网络概述、无线网络工作原理、无线网络典型组网结构、无线网络射频资源管理、漫游管理、无线网络定位技术、无线网络安全7个方面。因此“无线组网技术”课程的实验也应该围绕着这7个部分展开‘5-8]。ENSP软件自带了一个无线组网的综合应用实验，可以将这个综合的无线组网的实验按照功能分解成若干个小的实验。以总课时为24学时的实验课程为例，实验课程的设计如表2所示。在实验安排中，基础实验是整个实验课程的核心和关键，例如无线网络基础实验，虽然是学生熟悉网络命令的实验，但是经过长期的教学我们发现，虽然学生都知道这些命令，但是在网络出现故障的时候，学生无法灵活有效地使用这些网络命令，同时无法根据命令的反馈结果对网络故障进行分析。因此，在设置实验的时候，我们不仅要求学生会使用命令，同时我们会设置不同的场景帮助学生进行分析，深刻理解命令的功能。在直连式的三层组网的实验中，我们会要求学生在设置默认网关和不设置默认网关的情况下，分别测试局域网的IP地址和外网IP地址，以及有效的IP地址和无效IP地址的情况下所得到的不同的反馈结果，这样才能和具体的实际情况有效地结合起来，让学生不仅感觉实用，同时也能够解决实际问题。

4 “无线组网技术”实验在ENSP上的实践

采用ENSP软件v1.2.00.320版本提供的无线网络终端设备、无线接入点和AC等无线网络设备，能够实现小型无线局域网的互联通信。实验拓扑结构如图2所示。通过该实验帮助学生理解AP上线的过程和STA接入的过程以及CAPWAP协议原理，特别是CAPWAP协议工作机制。无线接入点控制与供应协议（Control And Provisioning ofWireless Access Points，英文简写为CAPWAP），定义了AP与AC之间如何通信；为实现AP和AC之间的互通性提供一个通用封装和传输机制。这个标准和通用的协议使AC可以无障碍地控制一系列AP，且CAPWAP对二层协议来说是完全透明的。

实验步骤如下：

（l）配置AP、AC和上层网络设备之间实现二层互通。

（2）在AC上配置基于接口的DHCP服务器为STA和AP分配IP地址。

（3）配置AC的系统参数，包括国家码，AC，ID，运营商标识和AC与AP之间通信的源接口。

（4）配置AP上线的认证方式，并把AP加入AP域中，实现AP正常工作。

（5）配置VAP，下发WLAN业务，实现STA访问WLAN网络功能。

配置AP对应的WMM模板、射频模板，使用WMM模板和射频模板的默认配置，并在射频模板下绑定WMM模板，实现STA与AP之间的无线通信参数配置。

（6）配置WLAN-ESS接口，实现报文到达AC后能够送至WLAN业务处理模块處理。

（7）配置AP对应的安全模板、流量模板，使用安全模板和流量模板的缺省配置，配置服务集并在服务集下绑定WLAN-ESS接口、安全模板、流量模板，实现STA接入网络安全策略及QoS控制。

（8）配置VAP并下发，实现STA能够通过WLAN网络访问Internet。

5结语

通过分析高职院校“无线组网技术”课程实验环节中存在的问题，针对性地提出了基于ENSP软件的实验方案，建立了无线组网模拟实验环境，开展了无线网络技术课程的实验教学。通过无线网卡、无线AP和无线AC构成无线网络，分析了仿真实验过程，一方面解决了因缺乏实验设备无法开展无线网络技术课程实验教学的问题；另一方面通过各种类型的无线网络仿真设备组建和配置无线网络的仿真实验过程，加深了学生对无线网络理论知识的掌握和理解，培养和提高了学生组建、使用和管理无线网络的技能，也解决了实验设备管理困难的问题。

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