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摘要：计算机网络课程是计算机专业核心课程，要求学生不仅具有扎实的理论基础，更要有较强的动手能力和解决实际问题的能力。通过对计算机网络课程实践需求的分析，对通用虚拟化仿真平台EVE-NG进行个性化定制开发，将配置灵活、兼容性好、贴近真实组网环境的计算机网络实践教学平台引入到计算机网络课程实践教学环节中，以troubleshooting为目标，培养学生综合应用能力。
关键词：计算机网络课程；教学改革；EVE-NG
本文引用格式：李大伟.基于EVE-NG的计算机网络实践教学改革与实践[J].教育现代化，2019，6（19）：64-67.
Design and Implementation of Computer Network Practice Training System Based on EVE-NG
LI Da-wei
（School of computer engineering,Nanjing Institute of Technology,Nanjing,Jiangsu,China）
Abstract:Computer network course is the core course of computer specialty.Students are required not only to have solid theoretical basis,but also to have strong practical ability and ability to solve practical problems.Through the analysis of the practical needs of computer network courses,the general virtual simulation platform EVE-NG is developed with personalized customization.The computer network practical teaching platform with flexible configuration,good compatibility and close to the real networking environment is introduced into the practical teaching of computer network courses,aiming at troubleshooting,so as to cultivate students'comprehensive application ability.
Keywords:computer network course;teaching reform;EVE-NG
随着互联网的迅速发展和“互联网＋”战略的实施，各行各业对具有扎实计算机网络知识的科技人才需求量增加，计算机网络课程作为计算机专业一门核心课程越来越受到重视，如何借助云计算、虚拟化等新兴技术手段，提高教学质量成为教学改革的热点[1-3]。
计算机网络课程是一门实践性很强的课程，对数据交换原理、组网协议和网络配置的掌握需要大量的实践课时。由于课程涉及的组网设备成本高、配置复杂、对实验场地和电力供给等要求多，大多数高校的计算机网络实践课程教学采用模拟软件开展仿真实验的教学方法。
模拟软件是一种可模拟物理网络设备功能的软件系统，具有跟真实设备一样的配置界面。使用模拟软件的优势在于环境可控、安装操作方便、系统运行稳定、成本低。目前常见的网络实验模拟软件有华为公司的eNSP网络模拟器[4]、思科公司Packet Tracer模拟器[5]等。
然而，采用上述厂商开发的模拟软件，其设备型号和操作方式仅仅适用于某一厂商的型号和单一组网功能的模拟，而实际上规模较大的网络往往采用多个厂商的设备，因此，采用此类模拟软件在真实性和灵活性方面存在欠缺。此外，这种模拟软件需要在每台学生机上安装软件，运维成本大，难以二次开发，无法满足有针对性的教学需求。因此如何将一种更贴近实际、功能开放、配置灵活的云实验平台引入到计算机网络实践课程教学中，提高学生解决实际问题的能力，成为计算机网络实践教学改革的关键所在[6-8]。
一 计算机网络实践教学需求
有效的实践教学可以使学生在掌握计算机网络课程基本理论基础上，通过实际操作，进一步理解计算机网络的基本理论，将理论知识和实践结合起来，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力，同时提高网络应用能力，为后续课程的学习和将来的网络管理运维和网络集成等工作打好基础。
为达到上述目的，计算机网络实践教学对实践环境的需求可归纳为如下几个方面。
（一）实验场景方便生成和重构
可以针对实践教学知识点和单元目标灵活设置拓扑结构、AS划分、组网设备、链路特征、路由参数、组网要求等实验场景，通过预设的配置文件可迅速初始化环境，达到可开展实验的状态。同时，实验场景可快速保存和重构，便于老师批改评阅和重启实验。
（二）操作环境与真实环境一致
为达到良好的实验效果，实验环境的操作界面和操作步骤要与真实组网配置环境保持一致。实验拓扑跟真实物理设备可以通过桥接网络接口实现互通，可方便插入探针连接网络分析设备。避免出现实验成绩好但实际操作技能差的情况出现。
（三）便于考核和评估
实验结果应便于考核、评估及存档。为达到这个目的，一是要求平台能将学生操作日志进行记录，并有接口与标准操作步骤进行比对，根据得分点命中情况进行评分；二是可以通过实验结果比对学生配置是否正确，这需要在环境中预设测试节点和测试用例；三是具有接口连接福禄克、思博伦等测试设备，对实验结果和网络性能进行深度验证。
二 EVE-NG简介
虚拟化实验平台是通过虚拟化和云计算技术，模拟物理场景中不同厂商、不同型号、不同功能的组网设备，通过虚拟交换机将虚拟设备连接形成所需的网络拓扑，通过统一配制界面对设备进行配置。采用虚拟化技术的优势是可以对网络设备进行一体化管理，方便数据采集和功能性能评估。
EVE-NG全称为Emulated Virtual Environment–Next Generation，是Unified Networking Lab统一网络实验室的2.0新版本，是一种基于云计算的虚拟化网络仿真实验平台。由于其功能全面、界面友好、性能可靠，在各种研究和教育培训机构已得到越来越广泛的应用。由于使用了虚拟化技术，该平台不仅可以模拟各大厂商不同型号的网络设备，还可以运行一切虚拟磁盘格式为qcow2（QEMU模拟器支持的一种磁盘镜像）的虚拟机，因此具有非常好的扩展性[9-10]。
在系统部署上，EVE-NG融合了dynamips，IOL，KVM等平台优点，通过深度定制Ubuntu操作系统，可以直接部署在x86架构的物理服务器上，也可通过ova版本导入到VMware等虚拟机平台中运行。
在仿真功能上，EVE-NG是云计算架构，只要服务端正常运行，用户端可以通过浏览器访问所有功能，因此其交互模式比GNS3等常见仿真器更具有优势。支持思科、华为、juniper、CheckPoint、PaloAlto、F5等主流厂商的设备，对真实设备的操作命名和功能完美支持。系统模拟的设备支持wireshark抓包分析和第三方客户端登陆，具有良好的可操作性。同时，可对实验过程以配置文件的形式自动保存，方便老师差错和批改。
EVE-NG仿真环境界面如图1所示：
三 基于EVE-NG的虚拟化实验平台
（一）系统架构
EVE-NG是一个用于计算机组网设计、实验、测试的通用平台，为了更好的作为计算机网络课程实践教学使用，需要进行二次开发和集成。在教学实践过程中，结合计算机网络课程实践需求，我们设计开发了基于EVE-NG的计算机网络课程虚拟化实验平台。系统架构如图2所示。
个模块。教师可据教学大纲对实验场景和实验拓扑进行设计和部署，也可以对选课班级、学生、实验课程和成绩进行增删改查等操作。用户界面由一组学生用计算机终端组成，进行实验的学生通过浏览器访问服务器，用自己的学号登录后即可开始实验操作。
（二）系统设计和实现
基于EVE-NG的计算机网络实践教学平台主要有教师、实验室管理员和学生三类用户，系统功能结构如图3所示。
其中教师具有实验科目设置、实验拓扑环境设计管理配置和维护等功能。实验室管理员主要负责机房管理和底层云平台硬件设备以及网络设备的配置、管理、维护和监控，保障平台正常运行。学生用户的功能主要有选课、实际操作、保存和提交实验结果、撰写生成实验报告等功能。
系统分为核心组件、用户界面和管理界面三部分组成。其中，核心组件包含部署了EVE-NG和实验支撑引擎的云服务器以及数据库组成。实验支撑引擎通过一组API调用EVE-NG的功能，包含lab的创建、配置文件的操作、选课班级科目以及实验成绩等信息的存储等。管理界面为教师和实验室管理员进行实验科目设置和系统管理运维提供支撑，包含实验设计、实验配置、实验管理和效果评估四学生登陆后的界面如图4所示。左侧为系统导航栏，其中点击实验信息可以列出教师设置的当前课程开放的实验题目，学生可以通过点击进入定制的EVE-NG仿真拓扑界面，根据要求进行实验操作。
四 效果分析
通过在本科二年级推广使用实践教学平台，学生的实际操作能力和网络知识应用能力得到了大幅度提升。主要表现在以下几方面：
（1）期末理论考试和课程设计考核成绩都有显著提高。从2017-2018学年下学期考试分析结果来看，不仅不及格率降低到了5%以内，平均成绩也较以往有所提升。我们选取了两个30人的班级作对比分析，在课程学习中使用实验系统和不使用实验系统的试验成绩分布如图5所示。可以看出，使用了系统的班级成绩较未使用实验系统的班级成绩有显著提升。
（2）多人次参加了计算机网络相关竞赛并获奖。例如，在2018中国高校计算机大赛网络技术挑战赛中，我院有8个参赛团队均取得了不错的成绩。
（3）计算机等级考试的通过率显著提高，学生动手能力和解决实际问题的能力得到了提高，出现多个网络运维和技术服务社团。
五 结束语
计算机网络是一门对实践要求非常高的课程，高效合理的上机实验可以加强学生对基本理论的理解，提高学以致用解决实际问题的能力。EVE-NG作为一个高度可定制和高兼容性的计算机网络模拟云平台，可以快速的在可控环境中部署实验场景，而无需触及真实网络设备，通过构建虚拟化的网络拓扑，验证操作技能的熟练程度和组网方案的合理性。本文通过分析计算机网络实践课程需求，将定制化的EVE-NG实验平台引入计算机网络课程教学中，提高了学生的实际动手能力和综合解决问题能力，具有良好的示范效果。
参考文献
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[4]廖浩霖.利用eNSP构建虚拟的网络技术实验室[J].电脑知识与技术,2014,10(32):7772-7774.
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[6]李旻,陈志国,杜海顺,侯彦娥.计算机网络专业课程教学改革[J].计算机教育,2010(17):44-49.
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[8]张宁.计算机网络课程实验教学的研究和实现[D].新疆师范大学,2014.
[9]张殷.基于eve-ng的企业园区网络仿真设计与实现[J].电子商务,2017(12):58-59.
[10]唐灯平,凌兴宏.基于EVE-NG模拟器搭建网络互联技术实验仿真平台[J].实验室研究与探索,2018(05):145-148.
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