（计算机应用技术专业论文）基于web的在线考试系统的设计与实现.pdf

中文摘要 随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，教育信息化建设中的教学信息化已 逐步成为现代教育技术的重要研究课题。因此，开发出基于网络的远程在线考试 的系统，既可以增强学校考试工作的规范性，提高考试管理的质量，又能够提高 学校管理的工作效率，节省入力物力资源，同时也有利于学校现代化教学信息化 水平的提高。 本文论述了在线考试系统的设计及实现过程的全过程。系统基于b s 体系结 构，以w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 为操作平台，使用了m i c r o s o f ts o ls e r v e r 2 0 0 0 数据库。结合学校考试的实际需要，确定系统的功能模块包括：登录模块、信息 管理模块、考试模块和留言板模块。使用用例图描述系统三类参与者的角色功能 及各用例间的关系；运用类图描述系统整体结构设计；采用活动图描述系统各模 块中主要工作流程；使用时序图描述用户登录模块、增加科目模块、学生考试模 块及留言板模块的时间交互顺序。最后设计了系统各模块的主要算法及实现界 面，并针对系统中存在的数据库安全、操作权限控制等系统安全问题提出专门的 解决方案。 关键词：a s p 在线考试面向对象b s 模式 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , t e a c h i n g i n f o r m a t i o no ft h ee d u c a t i o ni n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o nh a sb e c o m et h ei m p o r t a n t r e s e a r c ht o p i co ft h em o d e me d u c t i o nt e c h n o l o g y t h e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n to f l o n g d i s t a n c eo n 1 i n et e s tb a s e d o nn e t w o r kt e c h n o l o g yc a ns t r e n g t h e nt h es t a n d a r do f e x a m i n a t i o n s ，i m p r o v et h eq u a l i t yo fe x a m i n a t i o na d m i n i s t r a t i o na n de n h a n c et h e s c h o o la d m i n i s t r a t i o ne f f i c i e n c y ，s a v em a n p o w e ra n dr e s o u r c e s ，s i m u l t a n e o u s l yi ti s a l s ob e n e f i c i a lt os c h o o l st e a c h i n gi n f o r m a t i o nm o d e r n i z a t i o nl e v e l s t h i sp a p e rh a sd e m o n s t r a t e dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h eo n l i n et e s t s y s t e m t h es y s t e mw h i c hb a s e d o nb sa r c h i t e c t u r ei sd e v e l o p e do nw i n d o w s2 0 0 0 s e r v e ro p e r a t i n gp l a t f o r ma n du s e sm i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e a c c o r d i n g t h ea c t u a lr e q u i r e m e n to fs c h o o le x a m i n a t i o n ，f o u rf u n c t i o nm o d u l e sa r em e n t i o n e d ： l o g i nm o d u l e ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ，t e s tm o d u l ea n dt h em e s s a g eb o a r d m o d u l e t h eu s ec a s ed i a g r a m sa r eu s e dt oa n a l y s i st h ef u n c t i o n so fv a r i o u sa c t o r sa n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef u n c t i o nm o d u l e s ；t h ec l a s sd i a g r a m sa r ea p p l i e dt o d e s c r i b et h eo v e r a l ld e s i g no ft h es y s t e m ；t h ea c t i v i t yd i a g r a m sa r eu s e dt od e s c r i b e t h ew o r k f l o wo ft h em a i nm o d u l e ；t h es e q u e n c ed i a g r a m sa r ea p p l i e dt od e s c r i b et h e i n t e r a c t i v es e q u e n c eo fu s e r sl o g i nm o d u l e ，a d d i n gs u b j e c t sm o d u l e ，s t u d e n t s e x a m i n a t i o n sm o d u l ea n dt h em e s s a g eb o a r dm o d u l e a tl a s t ，t h em a i na l g o r i t h mo f t h es y s t e mm o d u l e sa n ds o m eu s e ri n t e r f a c e sa r ei m p l e m e n t e d i na d d i t i o n ，s o m e s o l u t i o n sa r eb r o u g h tu pa i m i n gf o rk i n d so fs e c u r i t yp r o b l e m s ，e s p e c i a l l yf o r d a t a b a s es e c u r i t ya n da c c e s sc o n t r o la u t h o r i t y k e yw o r d s ：a s p ，o n l i n et e s t ，o b j e c t - o r i e n t e d ，b sp a n e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：历夏系圣， 签字日期：p 呻年月旷e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：乒及藁冬， 导师签名： 签字日期：v 呻年( 月f ，日 鼻， 勿勃秒 答字日期：1 引月一。 第+ 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 第一章绪论 考试作为信息化社会中用来评价受试者知识水平的一种方式，是目前使用最 为广泛的测试形式之一【l j 。通常多数考试都要经过教师出题、学生考试、教师阅 卷、登记成绩和试卷分析等基本过程，也正是在这种传统的人工组织、实施的考 试方式之下，存在很多问题。 第一，不同老师出题的侧重点有差别，难易程度也有所不同，考察的范围有 局限；第二，批卷过程繁杂冗长，不能及时了解学生对知识的掌握情况；第三， 针对同样的考试，不同批次的学生，老师往往要重复性的书写、印刷，加大了无 意义的工作量，也造成了不必要的浪费；第四，在组卷、考试、阅卷直到发布成 绩的全过程中，存在较多可能影响到考试结果的因素，无法充分体现受试者适应 考试的能力；第五，随着市场化经济的不断深入，从业资格考试的种类在不断增 加，对考试评判的公正性要求更待提高，这将使判卷变得更加烦琐和容易出错。 可以说传统的考试方式已经不能适应现代考试的需要。 白山职业大学是一所集专科教学、函授、社会培训为一体的高等职业类学校， 学生资源类型繁多。其中一部分是正常本校学生，在临近毕业阶段每每有单位招 聘，有些学生就无法正常参加毕业考试；而另一部分是函授学习，大部分学员都 已参加工作，参加考试也有困难。同时，针对社会需要的培训工作，培训内容多 样，考核的方法和程度都比较统一，多为实践水平的考核，多次考试要重复出题， 重复工作。因此，建立资源高度共享、适合学校特色的网上考试系统更有必要。 一方面，考试系统可以动态地管理考试资源，根据教学的需要自动或手动生成试 卷；另一方面，考试系统的时间灵活，减轻了已就业学员的考试压力，使他们可 以随时参加考试；同时降低了教师的工作量，缩减了组织安排考试场地、监考人 员和批阅试卷工作等环节；更重要的是考试系统可以在考试结束后可以直接看到 考试成绩，减少了干扰考试成绩的人为因素，增强了考试的公平性。 第一章绪沦 1 2 考试系统的发展与现状 1 2 1 考试系统的发展 目前的中国是考试的大国，现在每年仅参加高考、会考和自考的人数就以数 百万计。面对这样一种形势，如果我们仍然延用老祖宗创下的方法实施考试，则 不仅落后于时代，而且要耗费大量的人力、物力、财力和时间【2 】。随着信息技术 的高速发展，现今的考试己逐渐摆脱了传统概念的束缚，成为了利用计算机的硬 件、软件、各类决策模型以及数据库提供信息，并支持考试运作、管理和决策的 系统。近年来，国内外许多行政部门和企业都将“高速信息网 构筑的环球信息 网的信息引入企业内部，使之为决策服务。而在线考试系统与高速信息网又有着 内在的必然联系，因此，高速信息网的发展，为在线考试系统的发展带来了不可 估量的影响，这大大地促进在线考试系统的发展，使传统的考试手段发生质的飞 跃。 考试系统的发展主要经历了两个阶段：一是单机版考试系统；二是网络版考 试系统1 3 j 。单机版考试系统仅仅实现了文档的计算机管理，属于“半手工半机器” 的阶段，因而操作麻烦，系统效率不高，信息容易丢失。继而随着学校校园网的 建立和新的面向对象的软件产品的出现，网络在线考试系统的各方面技术都相对 成熟。目前的网络考试系统主要有两类：一是基于局域网的网络考试系统，另一 种是基于w 曲的在线考试系统 4 】。 基于局域网的考试系统通常在服务器上装有数据库服务软件，并把题库和试 卷均保存在服务器上，在客户机上必须安装客户端访问软件。考试时，考生在客 户机上由客户端程序访问网络服务器上的题库，生成考试试卷，在考试结束之后， 又由客户端软件将答卷通过网络保存在服务器的数据库中。如基于局域网络的考 试系统、计算机等级考试系统等。 基于w e b 的在线考试系统大多采用的b s 模式。同样将题库和试卷保存在 i n t e m e t j 艮务器上，而在客户机上只需要安装浏览器就可以。考生通过浏览器访问 远程服务器上的网页，并通过服务器向数据库调用题库产生试卷。考生答完试卷 后，向远程服务器提交答卷，经服务器处理后将结果保存在数据库服务器上p j 。 目前来说，基于w e b 的在线考试系统己成为考试系统发展的主流方向。 1 2 2 国内外的发展现状 使用计算机辅助完成考试任务6 0 年代初起源于美国，经过4 0 多年的发展， 己经在国内外得到了广泛应用。国外有许多专门的考试机构采用这种方式对考试 第一章绪论 对象进行考核，比较著名的有美国s y l v a nl e a r n i n gs y s t e mi n c ，它在全世界一百 多个国家和地区有数千个考试中心，提供近百个不同类型，一千多种考试1 5 1 。在 美国，各大考试公司分别针对从幼儿园到1 2 年级等不同年龄阶段的学生都设计 了相应的在线考试系统。如c t b 公司的“我会”在线测评( i - k n o wo n l i n e a s s e s s m e n t ) 、霍顿一美孚林的a s s e s s 2 l e a m 、西北评价协会的( n o a h w e s t e v a l u a t i o na s s o c i a t i o n ，n w e a ) m a p 和h a r c o u r t 澳1 评公司的斯坦福学习优先系统 ( s t a n f o r dl e a r n i n gf i r s t ，s l f ) 等【6 】o 在我国，计算机考试系统和题库的理论研究和实践应用起步比较晚，但发展 也比较迅速，研究和开发活动比较活跃。北京师范大学、华东师范大学等高等院 校都有教师在进行教育测量理论应用于题库建设方面的研究。清华大学、上海交 通大学、北京师范大学等高校，也有教师在组织力量致力于实用考试系统的研究 和开发工作 7 1 。国内也有许多考试，如：计算机应用能力考试、微软授权组织的 c i s c o 认证、驾驶员理论考试和全国计算机等级考试等都采用了计算机考试系统。 1 3 在线考试系统目前存在的问题 1 3 1 在线考试系统的优点 ( 1 ) 考试流程使用便捷，界面美观，具有较强的操作性和交互性。 ( 2 ) 题库的建设及试卷的自动生成，实现了考试信息的动态数字化管理，为教 育评价和研究提供客观依据【7 j 。 ( 3 ) 学生参加考试的时间、地点灵活，充分体现资源共享。 ( 4 ) 考试成绩获取及时、准确，降低教师阅卷的工作量。 ( 5 ) 能减少重复性工作，加强考试工作规范性，提高高校现代化教学管理水平。 ( 6 ) 网络考试有利于学校应试教育和素质教育的完美结合。 1 - 3 2 在线考试系统的不足 ( 1 ) 考试系统对硬件配置要求较高。系统的硬件配置和网络情况影响了系统运 行的速度、效果、规模以及数据的储存能力和数据的安全程度。 ( 2 ) 题库的建设有局限性。通常系统实现的是客观题测试，对主观题的考察在 技术上还不够成熟；同时对特殊题型的录入技术需要更多的硬件设备支持；而对 于类似计算机、英语等更新速度较快的学科在题库数量的积累和维护不容易；同 时对试题的选择应该依据一定的教育测量理论，而每一道试题每一个参数的确定 都应该经过预测和公式计算，但而实际操作中由于条件限制，往往只能根据教师 第一章绪论 经验估计。所以在实际工作中，由于题库建设任务过于繁重，往往在数量和质量 上达不到要求，使考试系统整体的测试性能受到影响i ，j 。 ( 3 ) 随机试题出现的机率问题还没能完全解决。部分试题存在着没机会被抽中 的问题。 ( 4 ) 为了方便计算机批改，操作比较死板，批卷的智能化水平有待提高1 5 j 。 ( 5 ) 缺乏专业计算机人员的维护，影响了系统实用功能的发挥，使得数据的安 全仍是在线考试的重要难题。常常越高安全性的考试系统伴随着的是高成本的代 价。 1 4 论文主要工作和章节安排 本论文设计实现的基于w e b 的在线考试系统基本上可以满足白山职业大学 在信息化教学管理方面的需求，能够实现考试工作高效、客观、公正的工作目标。 首先，系统采用了a s p 动态技术开发w e b 页面，结合b s 三层软件体系结 构，并且为了确保数据的安全性采用了m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 实现对海量数 据的存储。其次，根据学校现有学科，确定了考试科目，针对学校学生考试实际 情况，建立了以客观题( 单选题、多选题、判断题) 为主要内容的题库，同时， 考试新闻、考试试卷的分析都是系统的特色。因此，本系统在确保考试过程正常 进行的前提下，采用界面简单、易操作，避免了为完成设计任务而设计需求。 本论文共分为六章： 第一章绪论，主要介绍在线考试系统研究的背景、发展现状及特点。 第二章相关技术的研究，研究了开发系统时所需的相关技术，如a s p 相关 技术、b s 技术、u m l 语言等。 第三章系统需求分析。对网络在线考试系统分别从系统的功能需求、性能 需求和环境需求等角度进行分析，并结合u m l 语言的角色、用例及其关系对功 能需求进行详细介绍。 第四章系统设计。包括系统设计思想和原则、系统的整体结构设计，并采 用了u m l 语言中类图、时序图和活动图对系统的主要模块设计做了详细介绍。 第五章系统实现。介绍了系统的软硬件配置，并对系统的四个大模块及各 个模块中的主要子系统都进行了详细地阐述。包括系统实现的界面，并列出了部 分关键代码。 第六章总结与展望。总结作者在系统实现中所做工作。 第二章相关技术综述 2 1 开发工具的选择 2 1 1w e b 简介 第二章相关技术综述 一、什么是w e b w e b 是www ( w o r l dw i d ew e b ) 的简称，又称万维网。简单的说，w e b 是建 立在客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 模型之上，以h t m l 和h t l l p 协议为基础，能够 提供面向各种i n t e m e t 服务的、一致的用户界面的一种信息服务系统1 8 1 。 目前w e b 已成为i n t e r n e t 上最为流行的信息查询手段，w e b 上的信息量正在以每 年几万倍的速度迅速增长。w e b 是i n t e r n e t 上以超文本方式提供分布式、多平台超 媒体信息服务的系统【9 】。 w e b 使用超文本传输协议h t t p ( h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 在w e b 服务器 和浏览器之间传输w e b 文档，而h t t p 是个无连接、无状态的协议。一个完整 的h t t p 事务由以下4 个阶段组成：客户与服务器建立t c p 连接；客户向服务器 发送请求；服务器响应请求，发送应答，在发送中包含状态码和请求的h t m l 文 档；客户与服务器关闭连接【1 0 1 。 二、w e b 服务器工具 w 曲服务器是b s 结构中的关键部分，它负责接受h t t p 查询、修改等请求， 然后根据请求条件到数据库服务器获取相关数据，再将结果翻译成h t m l 和各种 页面描述语言，传送回提出请求的浏览器。主流的服务器端软件有a p a c h e 和 l i s t l l 】。 1 a p a c h e t l 2 】 a p a c h e 是根据n c s a 的服务器发展而来的，n c s a 是最早出现的w e b 服务 器程序之一，由伊利诺斯大学u r b a n a - c h a m p a i g n 分校的美国国家超级计算应用 中心开发。在发展初期，a p a c h e 主要是一个基于u n i x 系统的服务器，它的宗 旨就是建成一个基于u n i x 系统的、功能更强、效率更高并且速度更快的w w w 服务器，这就决定了它是从其他的服务器演变而来的，并且添加了大量补丁来增 强它在某一方面的性能，所以它就被命名为“a p a t c h ys e r v e “一个补丁组成的 服务器) 。发展到今天，a p a c h e 已经被移植到很多平台上了，包括u n i x 、w i n d o w s 、 m a c o s 等。 第二章相关技术综述 2 i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 随同m i c r o s o f tw i n d o w s 产品家族一并提供给用户的i n t e m e t 信息服务( 1 j s ) 同 样是应用广泛的w 曲服务器工具。它可在i n t r a n e t ，、i n t e r n e t 或e x t r a n e t 上提供可靠、 可伸缩和易管理的集成化w e b 服务器功能。i i s 是一个可为动态网络应用创建强大 通讯平台的工具。各种规模大小的组织机构都可以使用i i s 在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 上 托管和管理w e b 页面及f t p 站点，或者使用网络新闻传输协议( n e t w o r kn e w s t r a n s p o r tp r o t o c o l ，n n t p ) 和简单邮件传输协议( s i m p l e m a i lt r a n s f e rp r o t o c o l ， s m t p ) 传送新闻或邮件l l 。本系统所采用即为此服务器软件。 2 1 2a s p 技术概述 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 是m i c r o s o f t 公司开发的w 曲服务器端脚本开发环 境，利用它可以生成动态、高效的w e b 应用程序l l3 1 。它是一种类似h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e 超文本标识语言) 、s c r i p t ( 脚本) 与c g i ( c o m m o n g a t e w a yi n t e r f a c e 通用网关接口) 的结合体，它没有提供自己专门的编程语言， 而是允许用户使用包括v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t 等在内许多已有的脚本语言编写a s p 的应用程序。a s p 的程序编制比h 卟仉更方便且更有灵活性。它是在、e b 服务器 端运行，运行后再将运行结果以h t m l 格式传送至客户端的浏览器。因此a s p 与 一般的脚本语言相比，要安全的多”训。w 曲服务器处理模式如图2 1 所示。 图2 1w e b 服务器处理模式 对于广大网页技术爱好者来说，a s p 最大的好处是可以包含h t m l 标签， 也可以直接存取数据库及使用无限扩充的a c t i v e x 控件，因此在程序编制上要比 h t m l 方便而且更富有灵活性。 a s p 吸收了当今许多流行的技术，如i i s ，a c t i v e x ，v b s c r i p t ，o d b c 等，是一种发展较为成熟的网络应用程序开发技术；其核心技术是对组件和对象 第f _ 章相关技术综述 技术的充分支持。通过使用a s p 的组件和对象技术，用户可以直接使用a c t i v e x 控件，调用对象方法和属性，以简单的方式实现强大的功能。 a s p 动态页面的的处理过程：如图2 2 所示。 ( 1 ) 用户向w e b 服务器传送一个a s p 页面请求。 ( 2 ) 服务器在接到请求后根据其a s p 的扩展名判断出用户要浏览的是一个 a s p 文件。 ( 3 ) 服务器从内存或硬盘上读取相应的a s p 文件。 ( 4 ) 这个a s p 程序被传送给服务器上的a s p d l l 并被编译运行，产生标准h t m l 文件。 ( 5 ) 产生的h t m l 文件作为用户请求的响应传回给用户端浏览并由浏览器解 释运行。 7 rh 1j j n ，j j 用户w 曲服务嚣 溯览器 i r i d 通信瞒殴。 ( i i $ 1 p w $ ) ，2 ：t 。= 。= i ：j 文件下栽。 0 ，|一- +|。j 图2 2a s p 动态页面的处理过程 总之，a s p 是开发基于i n t e m e t 应用的一种有效方法，使用其脚本语言可以 很容易加入组件来扩展i n t e m e t 应用。 2 1 3u m l 建模 统一建模语言u m l ( u n i f i e dm o d e ll a n g u a g e ) 是一种通用的可视化建模语 言，是运用统一的、标准化的标记和定义来实现面向对象的软件分析和设计的一 种方法，是用于对软件进行描述、可视化处理、构造和建立软件系统制品的文档。 它记录了对必须构造的系统的决定和理解，可用于对系统的理解、设计、浏览、 配置、维护和信息控制。 u m l 是为支持大部分现存的面向对象开发过程而设计的，支持从需求分析 开始的软件开发的全过程。适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、 各种应用领域以及各种开发工具。u m l 标准并没有定义一种标准的开发过程， 它总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成果的标准建模方法。u m l 包括 概念的语义，表示法和说明，提供了静态、动态、系统环境及组织结构的模型。 它可被交互的可视化建模工具所支持，这些工具提供了代码生成器和报表生成 第二章相关技术综述 器。u m l 通过三类图形建立系统模型：用例( u s ec a s e ) 图、静态结构图( 对象 类图、对象图、组件图、配置图) 和动态行为图( 顺序图、协同图、状态图、活 动图) ，这些图可以从不同的抽象角度实现系统的可视化l j 5 。 u m l 具有以下特点： ( 1 ) 面向对象。u m l 支持面向对象技术的主要概念，提供了一批基本的模型 元素的表示图形和方法，能简洁明了地表达面向对象的各种概念。 ( 2 ) 可视化，表示能力强。通过u m l 的模型图能清晰地表示系统的逻辑模型 和实现模型。可用于各种复杂系统的建模。 ( 3 ) 独立于过程。u m l 是系统建模语言，独立于开发过程。 ( 4 ) 独立于程序设计语言。用u m l 建立的软件系统模型可以用j a v a 、v c + + 、 s m a l l t a l k 等任何一种面向对象的程序设计来实现。 ( 5 ) 易于掌握使用。u m l 图形结构清晰，建模简洁明了，容易掌握使用 1 6 1 。 使用u m l 进行系统分析和设计，可以加速开发进程，提高代码质量，支持 动态的业务需求，适用于各种规模的系统开发，能促进软件复用，方便地集成已 有的系统，并能有效处理开发中的各种风险。因此可以认为，u m l 是一种先进 实用的标准建模语言。 2 2 系统体系结构的设计 2 2 1 客户机1 1 t 务器模式 客户朋艮务器( c l i e n t s e r v e r ，简称c s ) 计算技术在信息产业中占有重要的地位。 这种体系结构是基于资源不对等，且为实现共享而提出来的，是2 0 世纪9 0 年代 成熟起来的c s 体系结构定义了工作站如何与服务器相连，以实现数据和应用分 布到多个处理机上。c s 体系结构有三个主要组成部分：数据库服务器、客户应 用程序和网络。c s 体系结构的优点主要在于系统的的客户应用程序和服务器构 件分别运行在不同的计算机上，系统中每台服务都可以适合各构件的要求，这对 于硬件和软件的变化显示出极大的适应性和灵活性，而且易于对系统进行扩充和 缩小。但随着企业规模的日益扩大，软件的复杂程序不断提高，c s 体系结构逐 渐暴露了一点缺点： 1 、二层c s 体系结构是单一服务器且以局域网为中心的，所以难以扩展至 大型企业广域网或i n t e m e t 。 2 、软、硬件的组合及集成能力有限。 3 、客户机的负荷太重，难以管理大量的客户机，系统的性能容易变坏。 第_ 章相关技术综述 4 、数据安全性不好。除了客户端程序之外的其他程序也可想办法访问数据 库服务器，从而使数据库的安全性受到威胁1 7 1 。 2 2 2 浏览器d i l l 务器模式 浏览器服务器模式( b r o w s e r s e r v e r ，简称b s ) b s 模式将系统分为三层： 表示层( p r e s e n t a t i o nl a y e r ，也称用户接口层) ，应用层( a p p l i c a t i o nl a y e r ，也 称业务逻辑层) 和数据层( d a t as t o r el a y e r ，也称数据管理层) 1 1 8 1 。 第一层表示层：是w e b 浏览器，在表示层中包含系统的显示逻辑，它的任 务是由w e b 浏览器向网络上的某一w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器对用 户身份进行验证后用h t t p ( h y p e rt e x tt r a n s f e rp r o t o c o l ，超文本传输协议) 协议 把所需的主页传递给客户端，客户端接收传来的数据，并把它显示在w 曲浏览 器上。 第二层功能层：具有应用程序扩展功能的w e b 服务器，相当于应用的本体， 它是将具体的业务逻辑编入程序中。通常包含有确认用户对应用和数据库存取权 限的功能，以及记录系统处理日志的功能。功能层的程序大多是用可视化编程工 具开发的。 在功能层中包含系统的事务处理逻辑，位于w e b 服务器端。它的任务是用 户的请求，首先需要执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接。通过s q l 等 方式向数据库服务器提出数据处理申请，等数据库将数据处理的结果提交给w e b 服务器后，再由w e b 服务器传送回客户端。 第三层数据层：数据库服务器。在数据层中包含系统的数据处理逻辑，它的 任务是接受w 曲服务器对数据库操纵的请求，实现对数据库查询、修改、更新等 功能并把运行结果提交给w 曲服务裂嵋j 。 在b s 体系结构系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出 请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。b s 结 构简化了客户机的工作，客户机上只需配置少量的客户端软件。服务器将担负更 多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。浏览器发出请 求，而其余如数据请求、加工、结果这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断 对其提高的性能的要求中解放出来，也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中 解脱出来。由于客户机把事务处理逻辑部分分给了功能服务器，使客户机一下子 “苗条”了许多，不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事务，只负责显示部 分，所以维护人员不再为程序的维护工作奔波于每个客户机之间，而把主要精力 放在功能服务器上程序的更新工作。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何 一层的改变不会影响其它层的功能1 1 9 】。b s - - - 层模式如下图2 3 所示。 第二章相关技术综述 圃 卜接口卜_ 三谩务逻辑授块卜一 一敏锻管理模块l b 2 3s q l 数据库简介 图2 - 3b s 三层模式 m i c r o s o f ts o ls e r v e r 是一种客户i r 务器模式的关系型数据库管理系统， t r a n s a c t - s o l 语句在服务器和客户端之间传送资料请求。其资料关系模式如下 图2 - 4 所示。 客户数据请求 服务器 客户机 dbms 数据库系统 返回数据信息 图2 4s q l 资料关系模式 由上图所示，客户端实现对服务器端资料的操作，实际上是通过客户端传送 资料请求，服务器端d b m s 数据库管理系统经过资料的统一整理返回给客户端所需 要的信息【2 0 】。 2 4 数据加密技术m d 5 算法 本系统为了保证网络数据的安全，对教师和系统管理员资料库中的密码数据 第二章相关技术综述 进行了数据完整性验证，主要采用m d 5 算法进行加密。 2 4 1 什么是m d 5 算法 m d 5 的全称是m e s s a g e d i g e s ta l g o r i t h m5 ( 信息一摘要算法) ，在9 0 年代 初由m i tl a b o r a t o r yf o rc o m p u t e rs c i e n c e 和r s ad a t as e c u r i t yi n c 的r o n a l dl r i v e s t 开发出来，经m d 2 、m d 3 和m d 4 发展而来。它的作用是让大容量信息 在用数字签名软件签署私人密匙前被“压缩”成一种保密的格式( 就是把一个任 意长度的字节串变换成一定长的大整数) 。 2 4 2 算法描述 对m d 5 算法简要的叙述可以为：m d 5 以5 1 2 位分组来处理输入的信息，且 每一分组又被划分为1 6 个3 2 位子分组，经过了一系列的处理后，算法的输出由 四个3 2 位分组组成，将这四个3 2 位分组级联后将生成一个1 2 8 位散列值。首先 填充消息使用其长度恰好为一个比5 1 2 的倍数仅小6 4 b i t 的数。填充办法是在消 息后面附一个1 ，然后填充上所需要的位数0 ，然后在最后的6 4 位上附上填充前 消息的长度值。这样填充后，可使消息的长度恰好为5 1 2 的整数倍，且保证不同 消息在填充后不相同。 2 4 3 算法的应用 m d 5 的典型应用是对一段信息( m e s s a g e ) 产生信息摘要( m e s s a g e d i g e s t ) ， 以防止被篡改。比如，在u n i x 下有很多软件在下载的时候都有一个文件名相同， 文件扩展名为m d 5 的文件，在这个文件中通常只有一行文本，大致结构如： m d 5 ( t a n a j i y a t a r g ) = o c a l7 5 b 9 c o f 7 2 6 a 8 3 ld 8 9 5 e 2 6 9 3 3 2 4 61 这就是t a n a j i y a t a r g z 文件的数字签名。m d 5 将整个文件当作一个大文本信 息，通过其不可逆的字符串变换算法，产生了这个唯一的m d 5 信息摘要。如果 在以后传播这个文件的过程中，无论文件的内容发生了任何形式的改变( 包括人 为修改或者下载过程中线路不稳定引起的传输错误等) ，只要你对这个文件重新 计算m d 5 时就会发现信息摘要不相同，由此可以确定你得到的只是一个不正确 的文件。如果再有一个第三方的认证机构，用m d 5 还可以防止文件作者的“抵 赖”，这就是所谓的数字签名应用。 m d 5 还广泛用于加密和解密技术上。比如在u n i x 系统中用户的密码就是 以m d 5 ( 或其它类似的算法) 经加密后存储在文件系统中。当用户登录的时候， 系统把用户输入的密码计算成m d 5 值，然后再去和保存在文件系统中的m d 5 第二章相关技术综述 值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道 用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。这不但可以避免用 户的密码被具有系统管理员权限的用户知道，而且还在一定程度上增加了密码被 破解的难度。 正是因为这个原因，现在被黑客使用最多的一种破译密码的方法就是一种被 称为”跑字典”的方法。有两种方法得到字典，一种是日常搜集的用做密码的字符 串表，另一种是用排列组合方法生成的，先用m d 5 程序计算出这些字典项的m d 5 值，然后再用目标的m d 5 值在这个字典中检索。我们假设密码的最大长度为8 位字节( 8b y t e s ) ，同时密码只能是字母和数字，共2 6 + 2 6 + 1 0 = 6 2 个字符，排列 组合出的字典的项数则是p ( 6 2 ，1 ) + p ( 6 2 ，2 ) + p ( 6 2 ，8 ) ，那也已经是一个很天 文的数字了，存储这个字典就需要t b 级的磁盘阵列，而且这种方法还有一个前 提，就是能获得目标账户的密码m d 5 值的情况下才可以。这种加密技术被广泛 的应用于u n i x 系统中，这也是为什么u n i x 系统比一般操作系统更为坚固一个重 要原剐2 l j 。 第三章系统需求分析 3 1 功能需求分析 第三章系统需求与分析 随着计算机技术在我们生活的日益普及和网络技术的不断发展，现代化的高 新技术逐渐深入到社会生活的各个层面，作为最先接触新事物、新技术的前沿阵 地学校，它的管理工作也正朝着自动化、网络化的方向发展，建设数字化的 校园管理也将成为每一所高校未来的发展目标。我国学校目前正处于办公自动化 系统的建设、发展时期，如何加强其在高新技术条件下的建设，是摆在学校面前 的一项现实而紧迫的任务。学校的工作通常以教学管理为核心，集教务管理、学 籍管理、教师学生管理等于一体，而其中的考试管理更是涉及面广、影响因素复 杂的非常重要的环节，也是最难实现自动化管理的环节之一。 传统的考试方式简单的运用纸笔，单一的考查学习内容中一个侧面，限制了 校园办公自动化水平的发展，因此，基于网络的考试系统将是校园管理中一个颇 有前景的发展方向，也是现阶段的一项研究热点。借助于遍布全球的i n t e m e t ， 使得考试既可以在本地进行，也可以在异地进行，解决了考试人员地域分散性的 问题，大大拓展了考试的灵活性；试卷可以根据题库中的内容即时生成，可避免 考试受出题者知识的局限性和主观因素影响；使用计算机阅卷，提高了阅卷速度， 使学生可以即时知道考试成绩，增强了工作效率；考试答案存放在服务器中，减 少了影响考试成绩的人为因素，保证了考试的公平性、答案的安全性。因此，采 用适合本校特点的网络在线考试方式将是以后考试发展的趋势，实现了这个目 标，我们的教师所要做只是精心设计题目、维护题库，而不是组织考试，从而大 大减轻了教师的负担，把老师从繁重的工作中解脱出来。 因此，经过广泛的需求调查、分析，根据白山职业大学的现实情况，我们确 定了本系统的总体功能，划分成四个主要功能模块并确定了各功能的实现方法。 系统以w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 为操作平台，采用a s p 技术开发w e b 页面，结合 b s 软件体系结构，利于信息资源共享，同时确保了数据的安全性。数据库采用 m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 ，使用简单，且提供对海量数据的支持。该系统的界 面简洁、清晰，方便用户使用。 第三章系统需求分析 3 1 1 系统参与者的描述 本系统采用了面向对象的分析方法。参与者代表与系统交互的人、硬件设备 或另一个系统。尽管可以在模型中使用参与者，但参与者并不是软件系统的组成 部分。参与者存在于系统的外部2 2 1 。通过对在线考试系统的分析，确定本系统中 涉及的用户包括三类参与者：系统管理员( s y s t e m ) 、教师( t e a c h e r ) 和学生 ( s t u d e n t ) ，各角色间关系如图3 1 所示。 图3 1 角色关系图 对角色的描述分别如下： ( 1 ) 系统管理员( s y s t e m ) 是系统的主要维护人员，他可以实现如下功能：考试科目的维护：包括科目 的增加、修改、删除和浏览功能；同时还根据教学管理部门的要求进行相关考试 信息的发布，以及时通知学生进行相应考试，并对未参考人员进行统计；还能够 根据教师用户和学生用户的要求对已发布的留言进行删除。用例图如图3 2 所示。 图3 - 2 系统管理员用例图 天 第三章系统需求分析 ( 2 ) 教师( t e a c h e r ) 描述：主要实现对试题库的维护和试卷的生成功能。可以实现对题库的增加、 修改、删除和浏览功能；可以实现试卷的手动生成功能，并对相应考生试卷的答 题情况进行分析；同时可以实现留言的添加功能，并浏览教师留言和学生留言。 具体的用例图如图3 3 所示： 图3 3 教师用例图 ( 3 ) 学生( s t u d e n t ) 描述：是考试系统的主体使用者。能够实现参加考试功能。在系统中登录后， 在学生考试模块中可采用两种方式参与考试，选择现成的试卷或随机抽题生成试 卷；可以针对本次考试即时查询成绩；进行留言的添加，并具有浏览教师留言和 学生留言的功能。具体的用例图如图3 4 所示。 图3 - 4 学生用例图 第三章系统需求分析 3 1 2 系统用例图的描述 在u m l 中，用例规定了系统或部分系统的行为，它描述了系统所执行的动 作序列集，并为执行者产生一个可供观察的结果。用例是从用户( 即参与者) 的 角度来看系统的特定方式。用例为开发者、最终用户和领域专家提供了交流的方 式，为测试系统提供了依据。 通过对需求的分析，确定了系统中包含以下用例，用例图如下图3 - 5 所示。 ( 1 ) s u b j e c t m a i n t a i n ( 科目维护) 实现对考试科目的增加、删除、修改与浏览。 ( 2 ) t e s t d b m a i n t a i n ( 题库维护) 实现对考试试题库的增加、删除、修改与浏览。 ( 3 ) n e w s m a i n t a i n ( 考试信息维护) 实现增加、删除、修改与浏览考试相关的通知。 ( 4 ) c r e a t e t e s t ( 生成试卷) 实现教师手动生成试卷。 ( 5 ) t e s t a n a l y s i s ( 试卷分析) 对相应试卷给出答案及分析。 ( 6 ) t e s t ( 学生考试) 实现通过用户选择考试科目，在规定的时间内完成试卷答题。 ( 7 ) s c o r e b r