基于VMwarevSphere的虛擬化實(shí)訓(xùn)室在一體化教學(xué)中的改進(jìn)

徐務(wù)棠 程勇軍

摘 要：隨著技工教育的飛速發(fā)展，專業(yè)性計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室（后面簡稱“實(shí)訓(xùn)室”）資源短缺。但現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)室資源使用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。為了改變此現(xiàn)狀，提高資源使用率，對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)籌和規(guī)劃，提升數(shù)據(jù)安全性，廣州市輕工技師學(xué)院通過構(gòu)建基于VMware vSphere的服務(wù)器虛擬化實(shí)訓(xùn)室解決了以上傳統(tǒng)問題的同時(shí)，在實(shí)際的一體化教學(xué)中又存在著所有流量使用同一個(gè)網(wǎng)段導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不安全、不能滿足一體化教學(xué)分組的實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：虛擬化；實(shí)訓(xùn)室；一體化教學(xué)；VLAN標(biāo)簽

一、基于VMware vSphere的虛擬化實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)狀及存在的問題

教育信息化是國家信息化的重要組成部分，是在教育領(lǐng)域全面深入利用信息技術(shù)，開發(fā)利用教育資源，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、知識(shí)創(chuàng)新和創(chuàng)新成果的共享，提高教學(xué)質(zhì)量和效益，推動(dòng)教育改革與發(fā)展的歷史進(jìn)程。

傳統(tǒng)的基于VMware vSphere的虛擬化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)解決了以下問題：

一是大量實(shí)訓(xùn)室服務(wù)器資源被浪費(fèi)、實(shí)訓(xùn)室沒有被集中和統(tǒng)一管理、顯得分散和凌亂的問題得到了有效解決；

二是隨著教學(xué)內(nèi)容和形式多樣化，教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)備也越來越復(fù)雜，該問題也得到有效解決；

三是移動(dòng)備課、移動(dòng)教學(xué)的需求也不斷被實(shí)現(xiàn)。

但是，筆者通過近年來教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，基于VMware vSphere的虛擬化實(shí)訓(xùn)室，在一體化教學(xué)中，所有流量使用同一個(gè)網(wǎng)段，各小組之間的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相互的沖突和影響，這樣的設(shè)計(jì)在生產(chǎn)環(huán)境中時(shí)相當(dāng)不妥的。因此，筆者通過對(duì)不同流量進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，既能避免廣播風(fēng)暴、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，還能提高整體網(wǎng)絡(luò)的性能。

二、服務(wù)器虛擬化實(shí)訓(xùn)室的設(shè)計(jì)與一體化教學(xué)環(huán)境的改進(jìn)

（一）虛擬化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的整體架構(gòu)

根據(jù)筆者所在學(xué)校實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的實(shí)際需求情況，采用基于VMware vSphere的云技術(shù)來構(gòu)建服務(wù)器虛擬化實(shí)訓(xùn)室。vSphere，即底層虛擬化管理程序體系結(jié)構(gòu)的名稱，是一種采用尖端技術(shù)的裸機(jī)虛擬化管理程序?；赩Mware vSphere的虛擬化平臺(tái)由虛擬化服務(wù)器、存儲(chǔ)器網(wǎng)絡(luò)和陣列、IP 網(wǎng)絡(luò)、管理服務(wù)器和桌面客戶端等物理結(jié)構(gòu)組成。筆者所在學(xué)校虛擬化實(shí)訓(xùn)室搭建整體架構(gòu)如圖1所示。

通過搭建的服務(wù)器虛擬化實(shí)訓(xùn)室，來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。當(dāng)然，原有服務(wù)器設(shè)備仍可正常運(yùn)行，并與虛擬化服務(wù)器融合在一起。在客戶端方面，延續(xù)原有的訪問模式。

（二）通過網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃與設(shè)計(jì)來改進(jìn)一體化教學(xué)的安全與分組需求

1.通過創(chuàng)建VLAN標(biāo)簽來保障一體化教學(xué)分組的實(shí)際應(yīng)用需求

筆者在廣州市輕工技師學(xué)院北校區(qū)1705的基于VMware vSphere的虛擬化實(shí)訓(xùn)室搭建中，通過物理主機(jī)在安裝VMware ESXi虛擬機(jī)軟件后，在一臺(tái)物理主機(jī)上創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī)來實(shí)現(xiàn)一體化教學(xué)的實(shí)際需求，并且創(chuàng)建的每個(gè)虛擬機(jī)可以像原來的物理一樣對(duì)外提供服務(wù)，這無疑可以充分利用服務(wù)器的資源，達(dá)到節(jié)省電力、節(jié)省空間的目的。但在使用虛擬機(jī)時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，即物理主機(jī)性能已經(jīng)夠高，配置了64GB內(nèi)存、2個(gè)6核心的intel的CPU的主機(jī)，可以創(chuàng)建30～60臺(tái)虛擬機(jī)，物理主機(jī)配置了兩塊網(wǎng)卡，每個(gè)網(wǎng)卡連接一個(gè)網(wǎng)段，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及網(wǎng)絡(luò)管理。而在我們實(shí)際一體化分組教學(xué)中，通常需要將全班四十名學(xué)生分成十個(gè)組，每個(gè)組不同網(wǎng)段才不會(huì)導(dǎo)致小組配置任務(wù)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)地址沖突，此時(shí)需要將網(wǎng)絡(luò)劃分多個(gè)VLAN。筆者通過在vSphere虛擬交換機(jī)中，仿照物理交換機(jī)，為虛擬端口劃分VLAN。即一臺(tái)物理機(jī)上模擬多臺(tái)“虛擬”的計(jì)算機(jī)，虛擬交換機(jī)也與此類似。虛擬交換機(jī)綁定物理網(wǎng)卡，“虛擬計(jì)算機(jī)”通過“虛擬交換機(jī)”的“虛擬機(jī)端口組”連接到“虛擬交換機(jī)”，再通過與虛擬交換機(jī)綁定的物理網(wǎng)卡與主機(jī)上其他網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)、虛擬機(jī)通訊。每個(gè)虛擬交換機(jī)可以綁定一個(gè)或多個(gè)物理網(wǎng)卡（不綁定物理網(wǎng)卡的虛擬交換機(jī)，是不能直接與主機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的）。

2.在三層交換機(jī)上做網(wǎng)關(guān)及策略設(shè)置保障網(wǎng)絡(luò)安全

1）在三層交換機(jī)上配置VLAN網(wǎng)關(guān)的需求。在完成vSphere中虛擬交換機(jī)的VLAN標(biāo)簽后，各小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)備均屬于一個(gè)獨(dú)立的VLAN，各小組之間以及和教師機(jī)、服務(wù)器之間就不能相互進(jìn)行訪問。這樣會(huì)使教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)與監(jiān)控帶來新的問題。因此，為了使各實(shí)驗(yàn)小組中打了VLAN標(biāo)簽的虛擬網(wǎng)卡能與服務(wù)器及教師機(jī)通訊，在三層交換機(jī)中需要進(jìn)行各小組VLAN的網(wǎng)關(guān)并開啟路由功能。2）通過策略設(shè)置實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的訪問控制分析。實(shí)驗(yàn)環(huán)境中與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境不同，當(dāng)學(xué)生需要進(jìn)行服務(wù)器架設(shè)及實(shí)驗(yàn)時(shí)，各個(gè)小組都會(huì)進(jìn)行多臺(tái)相同服務(wù)器的架設(shè)。為了減少各小組間的相互影響，并能讓學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)資料的收集，可以在三層交換機(jī)配置訪問規(guī)則對(duì)各小組的訪問權(quán)限進(jìn)行控制。具體規(guī)劃如表1所示。

三、網(wǎng)絡(luò)安全與一體化分組教學(xué)功能實(shí)現(xiàn)

（一）VLAN標(biāo)簽配置實(shí)現(xiàn)

1.VLAN劃分拓?fù)?/p>

本次配置環(huán)境使用2臺(tái)iSCSI存儲(chǔ)，7臺(tái)ESXi主機(jī)、5臺(tái)RG-S2928G-E全千兆交換機(jī)進(jìn)行，如表2所示。

2.ESXi主機(jī)VLAN配置

1）通過下圖2可以看出ESXi主機(jī)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)交換機(jī)，分別為vSwitch0，vSwitch1。

2）選擇vSwitch1交換機(jī)“屬性”，打開配置窗口，單擊“添加”按鈕，選擇“虛擬機(jī)”，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽為“VLAN100”，配置VLANID（可選）設(shè)置為100，如圖3所示。依次類推，配置VLAN101、VLAN102等。

3）創(chuàng)建VLAN100、VLAN101和VLAN102等結(jié)果如下圖4所示。

（二）三層核心交換機(jī)具體配置實(shí)現(xiàn)

1.在三層交換機(jī)上配置VLAN網(wǎng)關(guān)的具體實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行三層交換機(jī)網(wǎng)關(guān)配置時(shí)，要在vSphere環(huán)境中的實(shí)體網(wǎng)卡配置TRUNK模式，目的是使各小組VLAN與交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此在三層交換機(jī)中需要將ESXi主機(jī)連接的接口配置為TRUNK模式。具體配置如下。

（1）創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)小組及教師機(jī)相應(yīng)VLAN：

四、結(jié)語

通過構(gòu)建基于VMware vSphere服務(wù)器虛擬化實(shí)訓(xùn)室使以下問題得到了改進(jìn)：一是減少了需要維護(hù)和管理的設(shè)備；二是提高了物理服務(wù)器和內(nèi)存的使用率，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器的高可用性；三是減少了對(duì)服務(wù)器硬件資源的依賴；四是縮短了物理主機(jī)維護(hù)期間的停機(jī)時(shí)間；五是更加節(jié)能和節(jié)省空間，讓實(shí)訓(xùn)室的管理更加輕松靈活。本實(shí)訓(xùn)室改進(jìn)方案自實(shí)施以來，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)14級(jí)、15級(jí)虛擬化服務(wù)器構(gòu)建課程中使用，通過對(duì)不同流量進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一體化分組教學(xué)的網(wǎng)段不受影響和增強(qiáng)了整體網(wǎng)絡(luò)安全性。通過實(shí)施前后三個(gè)年級(jí)共275人的使用效果調(diào)查中，共回收有效問卷269份，各項(xiàng)以10分計(jì)算，主要數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D5所示。

通過分析發(fā)現(xiàn)在實(shí)施該改進(jìn)方案后，在設(shè)備故障率降低的基礎(chǔ)上，學(xué)生課堂上完成任務(wù)的數(shù)量明顯增多，解決問題的效率明顯提高，小組成員的團(tuán)隊(duì)協(xié)作性明顯增強(qiáng)；使教師的引導(dǎo)教學(xué)更加便利，滿意度不斷提高。

基于筆者在本校所構(gòu)建的服務(wù)器虛擬化實(shí)訓(xùn)室在一體化教學(xué)中的改進(jìn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推廣到技師學(xué)院的一體化教學(xué)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)顯得非常必要。

作者簡介：

徐務(wù)棠（1983-），男，廣東廣州人，專職教師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、虛擬化、軟件設(shè)計(jì)。