構建虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗研究

　　實(shí)驗實(shí)訓是計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的重要一環(huán),在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò )實(shí)訓教學(xué)環(huán)境的基礎上,借助于虛擬技術(shù)構建一個(gè)完善、高性?xún)r(jià)比的虛實(shí)相結合的計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)訓室。下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。

　　摘要:遵循“虛實(shí)結合、能實(shí)不虛、開(kāi)放共享”的原則,構建了LIMP＋CVM＋NTC＋RCMS的虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺.該平臺整合了軟件共享虛擬資源、儀器共享虛擬資源和遠程控制虛擬資源,是一個(gè)多課程、全方位、開(kāi)放共享的虛實(shí)結合的平臺,實(shí)現了實(shí)驗環(huán)境靈活部署、網(wǎng)絡(luò )拓撲虛擬設計、物理設備遠程控制,使虛擬仿真實(shí)驗和傳統實(shí)驗相融合,增強了虛擬拓撲設計的可見(jiàn)性和物理組網(wǎng)的靈活性.

　　關(guān)鍵詞:實(shí)驗平臺;虛擬仿真;虛實(shí)結合;開(kāi)放共享;計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)

　　計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗教學(xué)內容包括系統組網(wǎng)、路由交換、信息安全和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議等[１Ｇ２],具有很強的工程性和實(shí)踐性.但因實(shí)驗設備不足、網(wǎng)絡(luò )結構復雜、實(shí)驗過(guò)程抽象、環(huán)境部署困難,網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗不但時(shí)間和空間受限,而且網(wǎng)絡(luò )攻擊等實(shí)驗也很難在真實(shí)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中進(jìn)行[３Ｇ４].虛擬仿真實(shí)驗通過(guò)構建高度仿真的虛擬環(huán)境和實(shí)驗對象,達到真實(shí)實(shí)驗效果,是網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗很好的解決方案.當前計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)虛擬仿真實(shí)驗主要通過(guò)模擬器(如IOU、GNS３、eNSP２、HCL等)實(shí)現,但存在虛擬實(shí)驗資源不能開(kāi)放共享、元件庫沒(méi)有虛實(shí)結合等不足之處.本文探討虛擬仿真實(shí)驗與傳統實(shí)驗融合(虛實(shí)結合)的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺的解決方案,以促進(jìn)計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗教學(xué)改革.

　　１平臺的系統架構

　　虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺依托銳捷網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室構建.遵循“虛實(shí)結合、能實(shí)不虛、開(kāi)放共享”的原則,整合軟件共享虛擬實(shí)驗、儀器共享虛擬實(shí)驗和遠程控制虛擬實(shí)驗,以實(shí)現多課程、全方位、開(kāi)放共享的虛擬仿真實(shí)驗教學(xué).

　　(１)實(shí)驗室綜合管理平臺(LIMP).LIMP(laboＧratoryintegratedmanagementplatform)是一個(gè)綜合性虛擬實(shí)驗管理平臺,與RCMS、NTC和CVM相結合,實(shí)現實(shí)驗教學(xué)全過(guò)程管理,包括實(shí)驗室管理、實(shí)驗管理、教學(xué)監控、實(shí)驗結果管理、課程表和用戶(hù)管理等６個(gè)主要功能模塊.

　　(２)云虛擬實(shí)驗平臺.CVM是一個(gè)基于云計算的虛擬實(shí)驗平臺,承載多臺虛擬機,內置軟件共享虛擬實(shí)驗教學(xué)資源庫,可根據實(shí)驗項目靈活、快速地部署虛擬仿真實(shí)驗環(huán)境[５Ｇ６].

　　(３)虛擬拓撲連接器.NTC是一個(gè)虛擬組網(wǎng)平臺,承載網(wǎng)絡(luò )拓撲虛擬設計場(chǎng)景,內置儀器共享虛擬實(shí)驗教學(xué)資源庫,可根據實(shí)驗要求選擇虛擬元件、搭建虛擬邏輯機架、構建復雜的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構,實(shí)現可視化、自定義虛擬拓撲連接[７].

　　(４)機架控制管理服務(wù).RCMS是一個(gè)物理映射平臺,承載網(wǎng)絡(luò )設備管理和控制命令[８],內置遠程控制虛擬實(shí)驗教學(xué)資源庫,可根據虛擬網(wǎng)絡(luò )拓撲實(shí)現物理映射,配置物理網(wǎng)絡(luò )拓撲結構,克服了傳統手動(dòng)連接PC和網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行物理組網(wǎng)的缺點(diǎn),可遠程控制和管理網(wǎng)絡(luò )設備.

　　２平臺的關(guān)鍵實(shí)現

　　本虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺以硬件構建為基礎、以資源建設為重點(diǎn),圍繞實(shí)驗資源的開(kāi)放共享、網(wǎng)絡(luò )拓撲的虛擬設計和虛擬拓撲的遠程物理映射,實(shí)現虛擬仿真和傳統實(shí)驗的深度融合.

　�。玻�１硬件構建

　　(１)基于云計算和虛擬化技術(shù)構建云虛擬實(shí)驗平臺.云計算是一種資源使用模式,網(wǎng)絡(luò )、服務(wù)器和存儲等計算資源共享池按需提供服務(wù).虛擬化是一種資源管理技術(shù),實(shí)現計算資源靈活部署,提高其使用效率.云計算和虛擬化密切相關(guān).云計算結合虛擬化技術(shù),能使IT資源部署更靈活;而虛擬化引入云計算的理念,能使虛擬化資源更有效地按需使用.CVM配有１個(gè)Console口、１個(gè)MGT口和８個(gè)實(shí)驗口,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )IP、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)和DNS等相關(guān)配置,生成和管理多個(gè)有獨立操作系統的虛擬機[９],按需提供豐富的虛擬仿真實(shí)驗環(huán)境,支持多用戶(hù)同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗,做到實(shí)驗環(huán)境的自由切換和虛擬實(shí)驗教學(xué)資源的開(kāi)放共享.

　　(２)基于虛擬現實(shí)技術(shù),構建虛擬拓撲連接器.虛擬現實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等多種技術(shù)的融合,所構建的三維動(dòng)態(tài)視景仿真系統可以為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習環(huán)境和虛擬體驗,是實(shí)驗教學(xué)信息化發(fā)展的一個(gè)重要飛躍.NTC配有１個(gè)Console口、２個(gè)１０００BaseＧXSFP口、２個(gè)以太網(wǎng)端口和４８個(gè)以太網(wǎng)連接電口,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )IP、用戶(hù)名和密碼等相關(guān)配置,提供虛擬拓撲設計場(chǎng)景,構建虛擬元件庫和虛擬實(shí)驗邏輯機架,實(shí)現可視化、自定義拓撲連接(見(jiàn)圖２).

　　(３)基于反向telnet技術(shù),構建機架控制管理服務(wù).反向telnet即反遠程登錄,是指從異步串行端口向外建立的連接(與一般外向內連接不同),是網(wǎng)絡(luò )系統集成中常用的管理控制技術(shù).反向telnet支持該功能的網(wǎng)絡(luò )設備配置成終端服務(wù)器,利用其異步串口連接被控設備的Console口,實(shí)現多臺網(wǎng)絡(luò )設備的遠程控制和管理.RCMS是一個(gè)基于反向telnet的智能化平臺,配有１個(gè)Console端口、１個(gè)AUX端口、２個(gè)以太網(wǎng)口和１個(gè)８口異步口接口,通過(guò)水晶頭線(xiàn)纜連接路由器、防火墻等物理網(wǎng)絡(luò )設備,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )IP、用戶(hù)名和密碼等提供基于Web的操作界面.RCMS無(wú)需拔插控制線(xiàn),實(shí)現網(wǎng)絡(luò )設備的虛擬遠程控制和管理

　�。玻�２資源建設

　　(１)開(kāi)放共享,建設軟件共享虛擬實(shí)驗資源庫.不同的網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗需要不同的實(shí)驗環(huán)境,資源建設遵循開(kāi)放共享的原則,分層、分類(lèi)設計依托于CVM的虛擬機,構建軟件共享虛擬實(shí)驗資源庫,構建流程如圖３所示.首先,綜合分析計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗項目,提煉實(shí)驗項目所需的實(shí)驗環(huán)境配置清單,創(chuàng )建操作系統鏡像庫(．iso文件);其次,提煉操作系統和實(shí)驗軟件的公共部分,分類(lèi)建立行業(yè)實(shí)驗應用環(huán)境庫,設計基礎鏡像庫(．base文件);最后,在基礎環(huán)境鏡像基礎上,融合網(wǎng)絡(luò )拓撲和網(wǎng)絡(luò )命令相關(guān)的微課視頻、信息化課件、MOOC資源等信息化資源[１１],配置具有特色的課件實(shí)驗環(huán)境鏡像庫

　　(２)虛實(shí)結合,建設儀器共享虛擬實(shí)驗資源庫.不同品牌、不同型號的網(wǎng)絡(luò )設備增加了計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗的復雜性,資源建設遵循虛實(shí)結合的原則,同化物理網(wǎng)絡(luò )設備,設計虛擬元件庫和虛擬邏輯機架,重點(diǎn)突出拓撲結構的設計和組網(wǎng)原理的理解,構建儀器共享虛擬實(shí)驗資源庫,其流程如圖４所示.首先,歸一化處理各品牌的網(wǎng)絡(luò )設備,通過(guò)系列管理、型號管理和接口管圖４儀器共享虛擬實(shí)驗資源庫構建流程理,設計多廠(chǎng)商命令特征庫,智能識別底層廠(chǎng)商設備和上層主流廠(chǎng)商命令集,構建標準的網(wǎng)絡(luò )設備虛擬元件庫,基于一家廠(chǎng)商設備實(shí)現多廠(chǎng)商命令行配置,做到不同品牌網(wǎng)絡(luò )設備的無(wú)差別化;其次,根據實(shí)驗項目的應用環(huán)境,選擇相應的網(wǎng)絡(luò )設備虛擬元件和實(shí)驗PC虛擬元件,設計邏輯機架模板,配置對應的網(wǎng)絡(luò )命令腳本,增加網(wǎng)絡(luò )設備組網(wǎng)的可能性和便捷性,構建虛擬邏輯機架庫.

　　(３)能實(shí)不虛,建設遠程控制虛擬實(shí)驗資源庫.不同網(wǎng)絡(luò )拓撲需要不同的物理連線(xiàn),單純的虛擬拓撲不能體現工程性.資源建設遵循能實(shí)不虛的原則,實(shí)現反向telnet異步配置和虛擬拓撲物理映射,構建遠程控制虛擬實(shí)驗資源庫.首先,將RCMS與物理網(wǎng)絡(luò )設備的Console口連接,利用反向telnet原理實(shí)現圖形化Web操作平臺,實(shí)現遠程管理和“一鍵清”功能,構建遠程管理和控制命令特征庫;其次,通過(guò)LIMP將NTC接口與真實(shí)網(wǎng)絡(luò )設備接口進(jìn)行一一映射,實(shí)現物理設備在NTC內部的相互連接,使虛擬拓撲真實(shí)映射到物理網(wǎng)絡(luò )設備成為可能,實(shí)現真實(shí)的物理拓撲組網(wǎng),構建拓撲映射配置腳本庫和網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗命令特征庫.

　　３平臺的實(shí)驗教學(xué)

　�。常�１實(shí)驗教學(xué)

　　虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺以虛擬機快速部署實(shí)驗環(huán)境,以虛擬元件庫靈活構建虛擬邏輯機架,以物理映射遠程控制和管理網(wǎng)絡(luò )設備,形成虛擬環(huán)境＋虛擬設計＋物理映射的虛實(shí)結合實(shí)驗模式,切實(shí)提高了實(shí)驗環(huán)境部署的便利性,突出了網(wǎng)絡(luò )拓撲設計的可見(jiàn)性,加強了物理網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)的工程性,提升了實(shí)驗教學(xué)效果和學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力[１２].依托平臺開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗的關(guān)鍵流程如下:

　　(１)通過(guò)LIMP發(fā)布實(shí)驗任務(wù);

　　(２)通過(guò)CVM調用虛擬機,快速部署虛擬實(shí)驗環(huán)境;

　　(３)通過(guò)NTC登錄虛擬設計器,挑選虛擬元件構建虛擬邏輯機架,完成虛擬拓撲設計;

　　(４)通過(guò)RCMS反向登錄虛擬元件對應的網(wǎng)絡(luò )設備,實(shí)現遠程控制和管理,完成物理網(wǎng)絡(luò )映射;

　　(５)通過(guò)LIMP監控實(shí)驗過(guò)程、批改實(shí)驗報告.現在,嘉興學(xué)院虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺已整合了“計算機網(wǎng)絡(luò )”“路由與交換技術(shù)”“網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)”等１１門(mén)計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)課程實(shí)驗和２３個(gè)實(shí)驗室的開(kāi)放項目,形成了網(wǎng)絡(luò )工程、網(wǎng)絡(luò )攻防、信息安全、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議、密碼與信息內容安全５大類(lèi)、共計１８６個(gè)實(shí)驗項目.軟件共享虛擬實(shí)驗資源庫擁有９個(gè)操作系統鏡像、３２個(gè)基礎環(huán)境鏡像和１０８個(gè)課件環(huán)境鏡像;儀器共享虛擬實(shí)驗資源庫擁有４６個(gè)虛擬元件和１３３個(gè)虛擬邏輯機架;遠程控制虛擬實(shí)驗資源庫擁有７組實(shí)驗機柜(實(shí)驗臺)和９１臺物理網(wǎng)絡(luò )設備.虛實(shí)結合實(shí)驗教學(xué)改革已初具成效.

　�。常�２建設意義

　　(１)虛擬仿真實(shí)驗環(huán)境的開(kāi)放共享有利于推廣虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)模式[１３].軟件共享虛擬實(shí)驗教學(xué)資源整合了計算機網(wǎng)絡(luò )課程群的實(shí)驗需求,分層次、分類(lèi)別地構建了不同操作系統的虛擬機,形成了行業(yè)實(shí)驗應用環(huán)境,不僅節省了教師管理和部署虛擬仿真實(shí)驗環(huán)境的時(shí)間,而且擴展了學(xué)生參與網(wǎng)絡(luò )虛擬仿真實(shí)驗的時(shí)間和途徑,有利于提升虛擬仿真實(shí)驗覆蓋面.

　　(２)虛擬元件庫和虛擬實(shí)驗邏輯機架的虛擬設計有利于培養學(xué)生的創(chuàng )新意識.虛擬元件庫屏蔽各型號、各品牌網(wǎng)絡(luò )設備的差異性,實(shí)現物理設備的歸一化處理,提升了實(shí)驗設備的有效利用率.此外,虛擬實(shí)驗邏輯機架的構建改變了傳統網(wǎng)絡(luò )機柜格局一成不變的情況,為學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )拓撲設計提供了廣闊的想象空間,為物理實(shí)驗組網(wǎng)提供了更多的可能,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習積極性和求知欲望,有利于培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和實(shí)踐動(dòng)手能力.

　　(３)網(wǎng)絡(luò )虛擬拓撲的現實(shí)映射有利于拓展虛擬實(shí)驗空間和時(shí)間、提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力.遠程控制虛擬實(shí)驗教學(xué)資源平臺遵循虛實(shí)結合、能實(shí)不虛的原則,實(shí)現了虛擬網(wǎng)絡(luò )拓撲設計、虛擬網(wǎng)絡(luò )命令執行、物理映射拓撲組網(wǎng)的功能,真正能夠遠程控制實(shí)驗設備并突破實(shí)驗空間和時(shí)間的限制,使學(xué)生可以在任何有網(wǎng)絡(luò )的地方隨時(shí)進(jìn)行遠程實(shí)驗,不僅熟悉虛擬仿真實(shí)驗層次,更是通過(guò)反向telnet技術(shù)真實(shí)控制實(shí)驗設備,真正體驗企業(yè)級網(wǎng)絡(luò )工程,提高工程實(shí)踐能力.

　　４結語(yǔ)

　　虛實(shí)結合的計算機網(wǎng)絡(luò )類(lèi)實(shí)驗平臺構建了軟件共享、儀器共享和遠程控制三位一體的虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)資源庫,促進(jìn)了虛擬仿真和傳統實(shí)驗的深度融合,形成了虛擬環(huán)境＋虛擬設計＋物理映射的虛實(shí)結合實(shí)驗模式,推動(dòng)了虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)的改革,實(shí)現了實(shí)驗資源的開(kāi)放共享、網(wǎng)絡(luò )拓撲的虛擬設計和物理設備的遠程控制,有效提升了實(shí)驗教學(xué)效果,提高了學(xué)生的創(chuàng )新意識和工程實(shí)踐能力.

　　參考文獻

　　[１]于斌,余紅珍．獨立學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò )課程虛擬仿真實(shí)驗的探索與實(shí)踐[J]．軟件導刊,２０１３(８):１８７Ｇ１８９．

　　[２]李林林,孫良旭,吳建勝,等．基于GNS３與VirtualBxo構建虛擬網(wǎng)絡(luò )工程實(shí)驗室研究[J]．實(shí)驗技術(shù)與管理,２０１５,３２(９):１４４Ｇ１４８．

　　[３]底曉強,張宇昕,趙建平．基于云計算和虛擬化的計算機網(wǎng)絡(luò )攻防實(shí)驗教學(xué)平臺建設探索[J]．實(shí)驗技術(shù)與管理,２０１５,３２(４):１４７Ｇ１５１．

　　[４]彭正明,黃建忠．網(wǎng)絡(luò )安全虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)中心建設[J]．計算機教育,２０１５(１２):１８Ｇ２１．

　　[５]王崇霞．傳統實(shí)驗與虛擬實(shí)驗優(yōu)化整合的計算機網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗教學(xué)設計[J]．現代計算機,２０１６(１０):５６Ｇ５８,６３．

　　[６]黃汝維,陳寧江,何佩聰,等．基于按需云服務(wù)的計算機工程教育虛擬實(shí)驗室建設實(shí)踐[J]．計算機技術(shù)應用,２０１６(５):１６６Ｇ１６７．

　　[７]朱劍林,侯睿．虛擬仿真實(shí)驗在計算機網(wǎng)絡(luò )課程教學(xué)中的應用[J]．教育教學(xué)論壇,２０１６(４):２２４Ｇ２２５．

　　[８]翟宏宇,趙建平,底曉強,等．基于虛擬仿真平臺的計算機網(wǎng)絡(luò )課程實(shí)踐教學(xué)[J]．計算機教育,２０１５(９):６Ｇ９．

　　[９]張乃千,楊海,周麗濤．基于云計算的虛擬實(shí)驗云平臺設計[J]．計算機教育,２０１５(１):３９Ｇ４３.

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