一種B/S架構(gòu)下基于NEMS的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)

劉捷 LIU Jie；胡倩 HU Qian

（①華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510006；②華南理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，廣州 510006）

（①School of Computer Science&Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China；②School of Economics and Commerce，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China）

0 引言

在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要使用大量的交換機(jī)和路由器。以傳統(tǒng)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，先使用交叉線或直通線連接不同設(shè)備，進(jìn)行物理組網(wǎng)；然后再通過(guò)電腦的串口訪問(wèn)設(shè)備，對(duì)交換機(jī)和/或路由器進(jìn)行參數(shù)配置。這樣的方式有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

①每次實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生都需要花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行組網(wǎng)和配置；每次實(shí)驗(yàn)之后，由需要拆線和恢復(fù)出廠配置，組網(wǎng)方案無(wú)法重用。②頻繁插拔容易造成設(shè)備接口的損壞，增加設(shè)備損耗。③由于設(shè)備有限，實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常需要多人共用設(shè)備或搬動(dòng)設(shè)備，造成管理混亂。④實(shí)驗(yàn)需要物理設(shè)備的支持，使得學(xué)生需要到達(dá)實(shí)驗(yàn)室才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無(wú)法隨時(shí)隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)以上的缺點(diǎn)，本文提出了一種采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的基于NEMS的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，學(xué)生無(wú)需到達(dá)實(shí)驗(yàn)室，即可遠(yuǎn)程訪問(wèn)，在頁(yè)面上進(jìn)行邏輯組網(wǎng)，輸入實(shí)驗(yàn)命令，查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)空間。該系統(tǒng)基于NEMS，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)學(xué)員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備集中統(tǒng)一管理，邏輯組網(wǎng)方案可以保存和加載，實(shí)現(xiàn)了組網(wǎng)方案的重新，提升了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)效率。該系統(tǒng)不需要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的連線進(jìn)行物理上的改變，改善了實(shí)驗(yàn)室的管理。

1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)（NEMS）是一種專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)學(xué)員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備集中統(tǒng)一管理。NEMS針對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)生命周期（實(shí)驗(yàn)定義、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果）提供完整的智能的管理。教師可以通過(guò)NEMS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的定制、實(shí)驗(yàn)環(huán)境部署和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的管理、監(jiān)控，完成實(shí)驗(yàn)環(huán)境的快速部屬、恢復(fù)，以及獲取、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果等工作，學(xué)生可以通過(guò)NEMS系統(tǒng)進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)。

NEMS系統(tǒng)基于SOA的軟件架，教師和學(xué)員通過(guò)WEB瀏覽器就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，不需要部署客戶端，僅僅需要部署服務(wù)器端，極大了減輕了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室管理員的維護(hù)工作。NEMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)通過(guò)與設(shè)備控制臺(tái)設(shè)備（DMC）聯(lián)動(dòng)，提供全面實(shí)驗(yàn)管理方面的功能。

2 硬件組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)的硬件由核心機(jī)柜（Core RACK）和實(shí)驗(yàn)機(jī)柜（RACK01～RACK08）構(gòu)成。核心機(jī)柜中包含了1個(gè)交換機(jī)、1個(gè)路由器和1臺(tái)WEB服務(wù)器。每個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中包含4臺(tái)路由器、2臺(tái)三層交換機(jī)、2臺(tái)二層交換機(jī)和1臺(tái)控制服務(wù)器。完整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)完整拓?fù)鋱D

由于實(shí)際硬件的限制，我們只部署了8個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的拓?fù)鋱D如圖2。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中的控制管理服務(wù)器（CMS）與核心機(jī)柜中的NEMS服務(wù)器部署了兩條線路（線2），確保核心機(jī)柜對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜的狀態(tài)控制，CMS與各實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間使用控制線進(jìn)行連接（線1）。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組有8臺(tái)實(shí)驗(yàn)主機(jī)，網(wǎng)卡1與核心機(jī)柜相連接（線3），可用于正常的網(wǎng)絡(luò)通訊，網(wǎng)卡2與實(shí)驗(yàn)機(jī)柜相連接（線4），可用于實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)卡1的IP地址由實(shí)驗(yàn)室內(nèi)網(wǎng)分配，且與服務(wù)器在同一網(wǎng)段；后者的IP地址由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要自由分配。為了便于管理并減少設(shè)備端口的損耗，實(shí)驗(yàn)主機(jī)的所有網(wǎng)線都匯聚于各自的信息盒，再由綜合布線分配到各自機(jī)柜的配線模塊，然后配線模塊與機(jī)柜的各實(shí)驗(yàn)設(shè)備相連接。

圖2 實(shí)驗(yàn)小組拓?fù)鋱D

3 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)組成

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)分為4個(gè)部分：實(shí)驗(yàn)主機(jī)、WEB服務(wù)器、NEMS服務(wù)器、CMS、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。各部分說(shuō)明如下：

①實(shí)驗(yàn)主機(jī)：安裝雙網(wǎng)卡，網(wǎng)卡1用于正常通訊，可通過(guò)核心路由訪問(wèn)外網(wǎng)，也可訪問(wèn)WEB服務(wù)器并對(duì)NEMS服務(wù)器進(jìn)行操作；網(wǎng)卡2僅供學(xué)生測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用。②WEB服務(wù)器提供友好的操作界面，方便學(xué)生對(duì)NEMS服務(wù)器進(jìn)行各項(xiàng)操作，并提供用戶登陸、學(xué)生管理、實(shí)驗(yàn)管理、組網(wǎng)方案管理、控制命令輸入和實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸出等輔助功能。③NEMS服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)登陸物理設(shè)備、配置物理設(shè)備參數(shù)、下發(fā)實(shí)驗(yàn)命令、遠(yuǎn)程操作CMS等核心功能。④CMS位于NEMS服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間，負(fù)責(zé)匯集設(shè)備并提供遠(yuǎn)程操作的接口。NEMS服務(wù)器下發(fā)的實(shí)驗(yàn)命令以IP數(shù)據(jù)的形式封裝，CMS接收到命令后轉(zhuǎn)為字符數(shù)據(jù)形式，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，同時(shí)在完成實(shí)驗(yàn)后上傳所需網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息。⑤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備是指實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中的其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用于實(shí)驗(yàn)中的邏輯組網(wǎng)及響應(yīng)。

4 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行大量重復(fù)的工作，如物理組網(wǎng)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理、學(xué)生管理、實(shí)驗(yàn)方案管理等，而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的科學(xué)研究又需要靈活的實(shí)驗(yàn)環(huán)境?；诖?，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)，提供以下的功能，可以很好地滿足實(shí)際需求：

①實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。管理員可以對(duì)CMS、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置文件進(jìn)行管理，包括獲取實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息，獲取、查看、編輯、保存、恢復(fù)、比較實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置、設(shè)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺省配置等。②實(shí)驗(yàn)方案管理。教師可以為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)定義所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備間的邏輯組網(wǎng)情況、各實(shí)驗(yàn)設(shè)備的初始配置，保存、加載、查看、編輯實(shí)驗(yàn)方案內(nèi)容，并可以將實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分類，組成不同的實(shí)驗(yàn)課程，便于管理和使用。③實(shí)驗(yàn)課程管理。教師可以定義實(shí)驗(yàn)課程所包含的實(shí)驗(yàn)、所使用的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等資料，并指定參與課程的學(xué)生。④實(shí)驗(yàn)人員管理。教師可以導(dǎo)入學(xué)生信息、指定學(xué)生參與的實(shí)驗(yàn)課程、學(xué)生提交的查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。⑤實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以隨時(shí)將實(shí)驗(yàn)環(huán)境恢復(fù)到初始狀態(tài)。系統(tǒng)自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生輸入的命令及實(shí)驗(yàn)設(shè)備反饋的結(jié)果，并將這部分內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的附件，防止學(xué)生間互相抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告。同時(shí)，教師還可以預(yù)定義所需屏蔽的命令，以達(dá)到所需的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。⑥并發(fā)控制?？刂茖W(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的訪問(wèn)，確保每臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備在同一時(shí)刻只能由一個(gè)用戶訪問(wèn)，避免不可預(yù)料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。⑦邏輯組網(wǎng)代替物理組網(wǎng)。系統(tǒng)部署之后，不需要再頻繁插拔網(wǎng)線和控制線，減少了設(shè)備端口的損耗。學(xué)生只需在圖形界面上拖動(dòng)設(shè)備圖標(biāo)及連接線圖標(biāo)，即可組成可視的邏輯拓?fù)鋱D，然后進(jìn)行命令輸入。系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別所組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并反饋與物理組網(wǎng)相同的操作結(jié)果。⑧遠(yuǎn)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，只需有合法的用戶身份，即可使用瀏覽器隨時(shí)隨地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，突破了時(shí)空的限制，使網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)更加人性化。

5 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)與管理

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)在原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造和升級(jí)，引入了額外的控制設(shè)備和服務(wù)器，其設(shè)備和功能的復(fù)雜性為網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)與管理增加了難度。為此，我們采取實(shí)驗(yàn)室管理與教學(xué)相結(jié)合的辦法，以實(shí)驗(yàn)室管理保障教學(xué)、教學(xué)輔助實(shí)驗(yàn)室管理的工作思路。實(shí)驗(yàn)室管理員與任課教師、助教合作，助教負(fù)責(zé)在課前錄入和管理實(shí)驗(yàn)課程信息、部署實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課后恢復(fù)初始實(shí)驗(yàn)環(huán)境；任課教師負(fù)責(zé)課中的教學(xué)輔導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)室管理員負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的安全和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的完好等工作。

為了有效預(yù)防病毒的破壞，系統(tǒng)中的軟件部分安裝在虛擬機(jī)上，無(wú)論服務(wù)器遇到任何問(wèn)題，如機(jī)械故障、系統(tǒng)崩潰等，都可以方便快捷地使用備份文件快速恢復(fù)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障實(shí)驗(yàn)課的正常開(kāi)展。同時(shí)在各實(shí)驗(yàn)主機(jī)上安裝硬盤保護(hù)卡，指定的分區(qū)在重啟后可以自動(dòng)恢復(fù)原始狀態(tài)。

6 結(jié)論

在實(shí)際部署和運(yùn)行之后，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)輔助系統(tǒng)確實(shí)能夠提供所需的功能，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程訪問(wèn)、邏輯組網(wǎng)、實(shí)驗(yàn)方案重用，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)空間，提升了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)效率，改善了實(shí)驗(yàn)室的管理。

[1]李敏等.基于虛擬原型技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2002(07):151-153.

[2]何建新,曾偉.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2008(07):34-37.

[3]倪林.基于B/S架構(gòu)的NEMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011(04):57-60.

[4]王淖等.基于Internet的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào),2013(02):134-138.

[5]郭志強(qiáng),王云亮.基于B/S模式的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010(02):80-83.

[6]李世收,李婷.網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2002(01):66-69.