開放式信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室搭建研究＊

呂斌斌，張明樂，徐曉偉

（長興縣供電局，浙江 長興313100）

0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司“SG186”工程的實(shí)施，各類信息系統(tǒng)開始在總部和網(wǎng)省公司統(tǒng)一部署，并向各個(gè)地市和縣公司推廣使用.系統(tǒng)的大規(guī)模集中式部署，使信息網(wǎng)絡(luò)的重要性日益凸顯，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員也提出了更高的要求，因此如何提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員的技能水平，也成為電網(wǎng)公司信息化工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容.

1 現(xiàn)有信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員的培訓(xùn)模式

針對目前信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員技能水平參差不齊的現(xiàn)狀，有必要對運(yùn)維人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，以提高其技能水平，保障網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行.由于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，運(yùn)維人員除了需要學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)理論外，還需要做大量的實(shí)驗(yàn)來理解這些理論.因此，如何方便靈活的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，成了技能培訓(xùn)中面臨的首要問題.

現(xiàn)有的信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員培訓(xùn)模式主要是通過集中式的授課完成.這種方式實(shí)行起來簡單、直接，但對師資及培訓(xùn)條件要求較高，需要占用大量的人力、物力，而且要求培訓(xùn)人員有固定的學(xué)習(xí)時(shí)間，效率較低.隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，很多運(yùn)維人員開始使用模擬器來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)練習(xí).現(xiàn)有模擬器有多個(gè)版本，并且使用簡單方便，其隨時(shí)使用的特點(diǎn)給運(yùn)維人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)提供了很大的便利性，但同樣存在如下缺點(diǎn)：

（1）對一些實(shí)驗(yàn)支持不夠好.由于模擬器是進(jìn)行軟件模擬的，而交換機(jī)對數(shù)據(jù)包的處理更依賴于專用集成電路（ASIC），因此對一些復(fù)雜的交換實(shí)驗(yàn)軟件不能模擬.同樣對語音、安全等一些專題實(shí)驗(yàn)，模擬器更是無能為力.

（2）對計(jì)算機(jī)要求較高，穩(wěn)定性不夠好.隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜和龐大，因此模擬器需要較高性能的計(jì)算機(jī)，而且現(xiàn)在的模擬器還存在很多缺陷，如穩(wěn)定性較差，經(jīng)常造成死機(jī)、無響應(yīng)等情況.

（3）現(xiàn)在的模擬器只能對部分廠商設(shè)備進(jìn)行模擬，不能正確模擬更多廠商的設(shè)備.

鑒于以上模擬器存在的問題，我們提出建設(shè)一個(gè)實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，通過實(shí)驗(yàn)室輕松解決模擬器存在的缺陷，并具有如下特點(diǎn)：

（1）根據(jù)實(shí)際需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行專門的課程開發(fā)設(shè)置，給培訓(xùn)人員提供更有針對性和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技能學(xué)習(xí)，這對于初學(xué)者尤為重要.

（2）對真實(shí)硬件設(shè)備操作，完美實(shí)現(xiàn)各種交換、語音、安全、VPN、防火墻等各類實(shí)驗(yàn).

（3）穩(wěn)定性好，真實(shí)設(shè)備操作，不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象.

（4）擴(kuò)展性好，根據(jù)需要可以隨時(shí)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以支持不同廠家不同類型的設(shè)備，如可以支持主機(jī)、攻防等設(shè)備.

（5）實(shí)體網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室可以作為模擬演練環(huán)境，根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置相應(yīng)的模擬拓?fù)?，進(jìn)行應(yīng)急演練，從而避免在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行演練造成的風(fēng)險(xiǎn).

2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展及建設(shè)原則

實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)在從早期的雛形到現(xiàn)在經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：

第一階段為離散式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室.這類實(shí)驗(yàn)室沒有搭建出實(shí)驗(yàn)室的基本框架，以基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)知識培訓(xùn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備認(rèn)知為主要目的，滿足最初級網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)的需求.該階段的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備單一、功能有限、實(shí)驗(yàn)管理處于離散的狀態(tài).

第二階段為集中式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室.集中式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的解決方案除了為基本教學(xué)服務(wù)外，還可進(jìn)行較復(fù)雜的技術(shù)驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上涵蓋了全部方向，該實(shí)驗(yàn)室的解決方案是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)史上的一大飛躍，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中管理.該階段的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室提出了實(shí)驗(yàn)室組（RACK）的概念，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)架式的管理，推出了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理控制服務(wù)器，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)行為進(jìn)行集中管理.設(shè)備的“一鍵清”初始化可以自動(dòng)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的場景恢復(fù).設(shè)備的操作采用了圖形的界面，使實(shí)驗(yàn)人員的實(shí)驗(yàn)更為直觀和方便.

第三階段為綜合型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室.綜合型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是集中式實(shí)驗(yàn)室的升級，不僅可以實(shí)現(xiàn)絕大部分技術(shù)方向的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，而且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的全面建設(shè)與管理.這一代網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室融合了五大統(tǒng)一，即實(shí)驗(yàn)教學(xué)的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)行為的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)資料的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)用戶的統(tǒng)一管理.將原來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)進(jìn)行細(xì)分，提供更詳細(xì)的專業(yè)課程及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的需求、更為專業(yè)的教學(xué)咨詢.

在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)構(gòu)建中，應(yīng)堅(jiān)持以下原則：

（1）高可靠性.保證網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)提供7＊24小時(shí)的穩(wěn)定可靠的服務(wù).

（2）標(biāo)準(zhǔn)性及開放性.通訊協(xié)議和接口符合國際標(biāo)準(zhǔn).支持國際上通用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如TCP／IP）、國際標(biāo)準(zhǔn)的開放協(xié)議，有利于保證與其他網(wǎng)絡(luò)在之間的平滑連接互通.方便接入不同廠商的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品.要求在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成眾多不同種類的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn).

（3）靈活性及可擴(kuò)展性.根據(jù)未來新的實(shí)驗(yàn)需求和變化，易于增加新設(shè)備，隨系統(tǒng)應(yīng)用的逐步成熟不斷延伸和擴(kuò)充，充分保護(hù)現(xiàn)有投資利益.

（4）先進(jìn)性.應(yīng)跟蹤當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的最新發(fā)展，開設(shè)一些高水平的網(wǎng)絡(luò)和通信實(shí)驗(yàn).

（5）可管理性.對用戶和實(shí)驗(yàn)資源提供良好的用戶界面，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制.

（6）安全性.制訂統(tǒng)一的安全策略，整體考慮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的安全性.

3 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)技術(shù)的原理

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室可以讓使用人員通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過該平臺(tái)使用者可以對各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行任意配置，達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果.典型的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)如圖1所示.

整個(gè)系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備、終端服務(wù)器、遠(yuǎn)程用戶三個(gè)部分，各個(gè)部分具體的實(shí)現(xiàn)原理如下：

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：包括交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備.交換機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行全互聯(lián)，路由器與交換機(jī)之間通過以太網(wǎng)鏈路連接，各路由器之間可以通過串口線相連，路由器各個(gè)接口可以啟用子接口，用802.1q協(xié)議進(jìn)行封裝，與之相連的交換機(jī)接口設(shè)置為trunk工作模式，這樣可以通過適當(dāng)?shù)膙lan設(shè)置方便的實(shí)現(xiàn)各個(gè)路由器之間的以太網(wǎng)鏈路互聯(lián)，從而不需要插拔物理線路即可實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).

（2）終端服務(wù)器：為了實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的帶外管理，需要通過設(shè)備console口登錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如果我們有多臺(tái)路由器用來做實(shí)驗(yàn)的話，按照控制線一臺(tái)一臺(tái)配置的話會(huì)非常麻煩，所以我們需要配置一臺(tái)終端服務(wù)器用于在此登陸其他的機(jī)器，終端服務(wù)器可以利用帶異步網(wǎng)絡(luò)模塊的路由器實(shí)現(xiàn)，如思科2501路由器等，通過反向telnet，登錄到被管理實(shí)驗(yàn)設(shè)備.反向telnet即通過終端服務(wù)器的異步串口線，以帶外管理的方式登陸到實(shí)驗(yàn)設(shè)備上.

（3）遠(yuǎn)程用戶：遠(yuǎn)程用戶即遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)人員，通過網(wǎng)絡(luò)連到終端服務(wù)器，再由終端服務(wù)器通過反向telnet，登錄到被管理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的帶外控制，通過這種方式完成實(shí)驗(yàn)過程.

4 銳捷公司的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

銳捷網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬當(dāng)前最新的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)，不但能滿足目前網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室需要，而且可以進(jìn)行后期平滑升級，通過添加部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和模塊來組建更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)與信息安全實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，為培訓(xùn)人員提供更多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)［1］.

銳捷網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器、機(jī)架控制器、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接器和實(shí)驗(yàn)設(shè)備組成，銳捷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示：

實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器采用B／S的軟件架構(gòu)，基于WEB瀏覽器訪問，可以實(shí)現(xiàn)“Any where、Any PC”的管理和使用.提供了集實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資料、實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果于一體的管理功能.能夠有效控制實(shí)驗(yàn)人員行為、自動(dòng)分配和控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備、方便的分發(fā)實(shí)驗(yàn)資料；幫助管理員合理的安排實(shí)驗(yàn)課程.通過圖形化的界面，實(shí)驗(yàn)人員可以在任何地方通過瀏覽器訪問系統(tǒng).

實(shí)驗(yàn)室機(jī)架控制器是專門針對現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的統(tǒng)一管理控制服務(wù)器，實(shí)驗(yàn)室中使用者可以通過控制器來同時(shí)管理和控制8～16臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不需要進(jìn)行控制線的拔插，采用圖形界面管理，簡單方便，還可以在做完網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)后，利用控制器提供的統(tǒng)一清除配置功能，把連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的配置清除，方便下一次的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn).從原理上來說，機(jī)架控制器就是一臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)的路由器，安裝了16口異步模塊，使其完成終端服務(wù)器的功能.

所有網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的以太網(wǎng)接口連接至拓?fù)溥B接器，拓?fù)溥B接器作為實(shí)驗(yàn)室組網(wǎng)系統(tǒng)的一部分，可以通過實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器提供的配置界面對其進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)連接其上的任意兩根網(wǎng)絡(luò)線間的連接，整個(gè)連接過程對于用戶完全透明.同時(shí)對經(jīng)過拓?fù)溥B接器的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包不會(huì)做任何改變.通過對拓?fù)溥B接器的設(shè)置代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的手動(dòng)接線方式，為網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室?guī)肀憬莸耐負(fù)溥B接管理.從原理上來說，拓?fù)溥B接器實(shí)際上就是一臺(tái)進(jìn)行了適當(dāng)改造的交換機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器下發(fā)的命令來實(shí)現(xiàn)軟件控制的拓?fù)渥兏?，比如，通過命令ntc-group interface FastEthernet 0／6interface FastEthernet 0／4就可以將6號和4號快速以太網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)了邏輯連接.

通過實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器的統(tǒng)一管理調(diào)度、機(jī)架控制器的統(tǒng)一帶外控制、拓?fù)溥B接器的統(tǒng)一拓?fù)涔芾?，銳捷網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室給用戶提供了友好、方便的使用接口.

5 對實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步擴(kuò)展

對以上網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)擴(kuò)展就能提供更多的功能.

（1）在服務(wù)器上安裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬機(jī)軟件（如GNS3），將服務(wù)器與一臺(tái)實(shí)驗(yàn)交換機(jī)相連，將虛擬機(jī)與服務(wù)器網(wǎng)卡進(jìn)行橋接，進(jìn)行同網(wǎng)段地址配置，即可實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的鏈路連通.通過這種方法可以方便的使網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)從實(shí)體設(shè)備無縫延伸到網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)中，可以有效減少實(shí)驗(yàn)室搭建所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量，從而減少實(shí)驗(yàn)室搭建代價(jià).

（2）不同實(shí)驗(yàn)人員對設(shè)備的IOS有不同的需求，為了使實(shí)驗(yàn)者方便更換實(shí)驗(yàn)設(shè)備的IOS軟件，可在服務(wù)器上設(shè)置ftp服務(wù)器，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備支持的常用IOS軟件放置在ftp服務(wù)器中，這樣實(shí)驗(yàn)人員通過簡單設(shè)置就可以遠(yuǎn)程隨意更改實(shí)驗(yàn)設(shè)備IOS軟件.

（3）將兩臺(tái)服務(wù)器接在不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，通過在服務(wù)器上安裝IxChariot流量收發(fā)軟件，即可模擬穿越流經(jīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的不同流量，有利于對各種流量的研究分析.

6 結(jié)語

隨著信息化步伐的不斷加快，企業(yè)對信息網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來越大，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，這對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員提出了更高的要求，這就需要網(wǎng)絡(luò)人員不斷學(xué)習(xí)新知識來充實(shí)自己，而信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，無疑為網(wǎng)絡(luò)人員提供了一個(gè)技能提升的良好環(huán)境，必將得到越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用.

［1］胡建強(qiáng).一個(gè)基于銳捷網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的綜合型網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)案例［J］.電腦知識與技術(shù)，2010，6（17）：4619～4620.