無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計與應(yīng)用

唐子蛟，楊善紅

（四川理工學(xué)院計算機(jī)學(xué)院，四川自貢643000）

無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計與應(yīng)用

唐子蛟，楊善紅

（四川理工學(xué)院計算機(jī)學(xué)院，四川自貢643000）

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室管理和維護(hù)工作主要采用硬件保護(hù)卡或軟件還原管理系統(tǒng)來進(jìn)行，在應(yīng)用中暴露出啟動慢、易中病毒、管理繁瑣等問題，對此設(shè)計了一套無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，通過應(yīng)用測試，能夠高效地完成教學(xué)管理維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)考試任務(wù).

無盤技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室；設(shè)計

隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速地朝縱深發(fā)展，高等學(xué)校計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理也更加方便.實(shí)驗(yàn)室管理是學(xué)校教學(xué)管理的一個重要方面，具有舉足輕重的地位，衡量一個學(xué)校教育管理是否合理，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)維護(hù)管理水平是評判的重要指標(biāo)之一.當(dāng)前，對于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)維護(hù)管理基本上都采用硬件保護(hù)卡或者軟件保護(hù)系統(tǒng)來管理，前者能夠防止病毒入侵，但要更改大量賬戶設(shè)置，較麻煩，后者則相反.網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模不斷擴(kuò)大，承擔(dān)了不同功能的工作，采用保護(hù)卡和軟件保護(hù)系統(tǒng)來管理存在以下弊端：

（1）軟件維護(hù)問題.在對系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級和維護(hù)時，需要對其他工作站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拷貝，采用硬件保護(hù)卡拷貝，完成拷貝后還需逐臺更改計算機(jī)名稱，軟件保護(hù)系統(tǒng)雖然具有增量拷貝功能，但維護(hù)時間不靈活，對于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室存在維護(hù)工作量大的情況.

（2）賬戶設(shè)置問題.對于多功能網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室來說，它不僅要承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，而且還要負(fù)責(zé)無紙化考試和培訓(xùn)工作，系統(tǒng)登陸賬戶在局域網(wǎng)內(nèi)必須具有唯一性，無論是硬件保護(hù)卡還是軟件保護(hù)系統(tǒng)，都不具備這樣的功能，需要逐臺更改登陸賬戶名.

（3）安全性問題.軟件保護(hù)系統(tǒng)功能上要強(qiáng)于硬件保護(hù)卡，但存在安全性問題，比如：容易感染病毒、管理密碼容易被破譯等.

（4）穩(wěn)定性問題.在系統(tǒng)維護(hù)過程中，容易出現(xiàn)藍(lán)屏和進(jìn)不了系統(tǒng)的情況，穩(wěn)定性不高.

（5）老舊機(jī)問題.對于即將淘汰或配置較低的計算機(jī)，其型號和配置相差大，品牌各不相同，使用保護(hù)卡或軟件保護(hù)系統(tǒng)更會增加維護(hù)工作量[1].

1 無盤技術(shù)的工作原理

無盤技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)的具有C/S(客戶/服務(wù))模式的一種網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，客戶機(jī)不掛載硬盤，而是在服務(wù)端掛載一個虛擬硬盤，通過專業(yè)的軟件來維護(hù)和管理客戶機(jī).這種技術(shù)最大的優(yōu)勢在于管理方便，工作效率高，適用于企業(yè)、學(xué)校、網(wǎng)吧等.

1.1 PXE的工作原理

遠(yuǎn)程引導(dǎo)技術(shù)(PXE，Preboot Execute Environment)是由Intel公司開發(fā)，用于計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程啟動.它工作于C/S的網(wǎng)絡(luò)模式，支持工作站通過網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)端服務(wù)器下載映像，并由此支持來自網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的啟動過程[2-3].PXE協(xié)議包含用于查找啟動服務(wù)器的DHCP協(xié)議和用于下載初始化引導(dǎo)程序和附加文件的TFTP協(xié)議，客戶機(jī)首先開始一個自檢測試，然后帶有PXE-ROM的網(wǎng)卡固件會廣播一個請求包（包含本機(jī)MAC地址信息），當(dāng)PXE服務(wù)器收到這個請求包后，發(fā)送一個明確的PXE選項DHCPDISCOVER包（包含IP地址、通訊通道號、鏡像文件）到客戶機(jī)，客戶機(jī)分析返回的數(shù)據(jù)包，再一次向服務(wù)器發(fā)送請求啟動文件數(shù)據(jù)包，經(jīng)過幾次的請求應(yīng)答來決定啟動參數(shù)，并通過TFTP協(xié)議下載鏡像文件到客戶機(jī)內(nèi)存中，最后將控制權(quán)移交給客戶機(jī).

1.2 無盤技術(shù)的功能優(yōu)勢

有盤網(wǎng)絡(luò)考試的維護(hù)管理和安全是一個比較沖突的問題，為了考試過程的安全和穩(wěn)定，每次考試必須要維護(hù)系統(tǒng)及軟件，使用網(wǎng)絡(luò)拷貝方式來維護(hù)不同類型計算機(jī)的工作量也非常繁重[4].對無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的管理，由于不要求客戶機(jī)配置必須統(tǒng)一，可對老舊、配置不同的客戶機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)，提高這些設(shè)備的利用率.組建無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大部分工作在模板機(jī)和服務(wù)器上進(jìn)行.只需要在模板機(jī)上安裝所需要的全部軟件，制作鏡像文件并上傳至服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)磁盤，由服務(wù)器負(fù)責(zé)管理整個實(shí)驗(yàn)室工作站的正常啟動和運(yùn)行.由于操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)都集中存儲于服務(wù)器，整個網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的管理只需要在服務(wù)器上操作，成本較低，易于維護(hù).無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也很適用，可以通過無盤與虛擬機(jī)相結(jié)合的方式來滿足不同課程的需求[5].另外，無盤網(wǎng)絡(luò)平臺管理優(yōu)勢結(jié)合無紙化考試管理系統(tǒng)還能更好地完成考前和考后的任務(wù)，避免以前考試過程中系統(tǒng)維護(hù)量大、資源耗費(fèi)較高、工作效率低的問題[6].

圖1 PXE工作原理圖

2 無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計

2.1 硬件需求

(1)教學(xué)服務(wù)器：選用IBM X3100M4塔式服務(wù)器2582C2C，標(biāo)配4個硬盤,支持軟RAID 0,1,10；帶2個PCIE千兆網(wǎng)卡接口；CPU采用Xeon E3-1230 V2，3.3GHz頻率，8MB緩存；內(nèi)存使用2塊4GBDDR3.

(2)考試服務(wù)器：選用技嘉GA-7PESLX主板；配置4塊DDR3-1600 4GB內(nèi)存；2塊千兆網(wǎng)卡；4塊SATA接口硬盤.

(3)交換機(jī)：接入層采用H3C-S1526和H3C-1024系列組合，具有24個10/100Mbps自適應(yīng)以太網(wǎng)端口和2個10/100/1 000Mbps自適應(yīng)以太網(wǎng)口；核心層交換機(jī)采用H3C-S5024P系列，它具有端口雙向鏡像、端口和MAC地址綁定，以及端口聚合等功能.

(4)工作站：奔騰雙核5200(2.5GHz)CPU，金士頓DDR2 800 MHz 4 GB內(nèi)存，英特爾G33/G31 ExpressChipset Family(256MB顯存).

2.2 軟件需求

服務(wù)器軟件主要采用Windows 2003操作系統(tǒng)、銳起網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、虛擬內(nèi)存盤工具RamDisk 9.0和超級緩存軟件SuperCache.

(1)RamDisk是一種把內(nèi)存模擬為硬盤使用的技術(shù)，能夠提高系統(tǒng)、文件的訪問速度.無盤服務(wù)器使用這種技術(shù)能夠加快對系統(tǒng)訪問的速度.

(2)SuperCache是一個用內(nèi)存來保存讀取過的硬盤數(shù)據(jù)的軟件，它將計算機(jī)由硬盤讀取過的文件保存在指定的內(nèi)存中，若需再讀這些文件，能夠直接在內(nèi)存中讀取，加快了文件的讀取速度.

(3)銳起無盤管理系統(tǒng)是基于PXE的用于遠(yuǎn)程啟動的網(wǎng)絡(luò)平臺軟件系統(tǒng).對系統(tǒng)的安裝使用有以下幾個步驟:安裝服務(wù)器→安裝模板工作站→加入啟動模板工作站→網(wǎng)絡(luò)磁盤分區(qū)→上傳模板鏡像.2.3網(wǎng)絡(luò)配置

由于無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了較多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和無紙化網(wǎng)絡(luò)考試任務(wù)，要求網(wǎng)絡(luò)具有較快的速度和較好的穩(wěn)定性，整個系統(tǒng)如圖2中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所示[7]，接入層交換機(jī)有8臺（圖中只畫出4臺），每2臺一組并進(jìn)行堆疊，可以接入45臺無盤工作站，48個以太網(wǎng)口采用百兆網(wǎng)絡(luò)連接，通過千兆網(wǎng)口向上級聯(lián)到核心層交換機(jī)，接入層和核心層均采用六類千兆網(wǎng)線進(jìn)行連接，考試服務(wù)器和教學(xué)資源服務(wù)器各自2個千兆網(wǎng)口連接到核心交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分流的作用，保障服務(wù)器收發(fā)數(shù)據(jù)流暢穩(wěn)定.

3 無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

圖2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境拓?fù)鋱D

(1)當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)仿真、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，以及VS2010、3DMAX等大型軟件設(shè)計類課程.大型設(shè)計類軟件通過硬盤啟動時存在速度慢和占用系統(tǒng)資源高的問題，使用無盤網(wǎng)絡(luò)結(jié)合超級緩存技術(shù)可以解決這個問題，工作站資源消耗對比見表1.

表1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室資源消耗對比

從表1可以看出，有盤和無盤系統(tǒng)在同樣的配置下啟動，無盤在CPU利用率、內(nèi)存、啟動時間上都占有絕對的優(yōu)勢.對于網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，無盤網(wǎng)絡(luò)具有更多優(yōu)勢，結(jié)合自身的內(nèi)存和CPU，可以使用GNS3軟件來仿真網(wǎng)絡(luò)，如：在一臺工作站中使用3臺路由器和3臺PC機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，無盤和有盤的CPU利用率分別為68%和94%，內(nèi)存利用為1.47GB和1.18GB，同時，無盤運(yùn)行時間和運(yùn)行速度效率都更高，這也說明了使用超級緩存技術(shù)來運(yùn)行大型專業(yè)軟件的效率是非常高的.

(2)無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合無憂網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸客戶端考試信息并在服務(wù)器硬盤進(jìn)行存儲的方式來保存考試信息，可以保證考試的安全性和穩(wěn)定性.服務(wù)器資源消耗對比見表2.

通過對公共基礎(chǔ)課考試進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測試，能夠按每批次200～250人的規(guī)模進(jìn)行考試，考試服務(wù)器穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)安全性高,達(dá)到了預(yù)期的效果.

表2 考試服務(wù)器資源消耗對比

4 測試結(jié)果

通過對實(shí)驗(yàn)室維護(hù)和管理中存在問題的分析，結(jié)合實(shí)際情況，對網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計了一套能滿足教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)考試的無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案，經(jīng)過測試表明：(1)改進(jìn)后的無盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室能夠承擔(dān)更多學(xué)科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理工作，管理方便，操作靈活.(2)通過無盤網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)進(jìn)行考試，是對傳統(tǒng)考試方式的一種改進(jìn)，能夠最大程度節(jié)約考試資源.

[1]張楠.無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用多媒體網(wǎng)絡(luò)教室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,3(32):117-119.

[2]王亞林,張偉民.基于PXE終端無盤網(wǎng)絡(luò)在機(jī)房改造中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012,31(4):207-210.

[3]董延華,李曉佳,李爽,等.基于PXE模式的微機(jī)維護(hù)策略研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報,2012,30(4):441-443.

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[6]彭仁明,李岷.基于PXE的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)清理系統(tǒng)[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報,2012,23(6):59-63.

[7]周明塋,劉翔,唐全旺,等.基于PXE的無盤工作站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].情報探索,2012,2(2):97-100.

【編校：李青】

The Design and Application of Netw ork Laboratory Based on Diskless Technology

TANGZijiao,YANGShanhong
(SchoolofComputerScience,Sichuan University ofScience&Engineering,Zigong,Sichuan 643000,China)

In view of the fact that network laboratorymanagement and maintenance work aremainly dependent on the hardware protection card or restore softwaremanagementsystem,which bear problems such as slowness in start,vulnerability to virusand complicacy ofmanagement in the application,a setof disklessnetwork laboratory system was designed, through the application ofwhich efficient completion of the teachingmanagementwas realized and the network examination task can beaccomplished.

diskless technology;network laboratory;design

TP393.07獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1671-5365(2014)12-0082-03

2014-05-21修回：2014-06-09

四川理工學(xué)院科研資助項目(2012ky10)

唐子蛟(1982-)，男，實(shí)驗(yàn)師，本科，研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、信息處理技術(shù)

時間：2014-09-05 13:40

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20140905.1340.002.html