基于VMware Horizon的云機(jī)房在中職教學(xué)中網(wǎng)絡(luò)控制的研究

文/珠海市第一中等職業(yè)學(xué)校 樂 俊 張輝清 盧建雯

本論文以珠海一職的云機(jī)房為例，根據(jù)學(xué)校當(dāng)前云機(jī)房的硬件條件和VMware Horizon云框架環(huán)境，探討教師在上課的過程中如何進(jìn)行課堂網(wǎng)絡(luò)的控制，幫助教師實(shí)時(shí)掌控課堂，有利于加強(qiáng)教師和學(xué)生的互動(dòng)。

本文以珠海第一中等職業(yè)學(xué)校的云機(jī)房硬件為背景，作者作為云機(jī)房的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師，在對(duì)云機(jī)房管理的過程中，研究和實(shí)施了一套適合當(dāng)前教學(xué)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)控制方案，闡述了利用級(jí)域電子教室軟件和愛快軟路由軟件搭建此方案的框架。

一、云機(jī)房介紹

由于學(xué)校信息化需要，珠海一職建立了自己的云機(jī)房數(shù)據(jù)中心，學(xué)校云機(jī)房的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。此數(shù)據(jù)中心包括了強(qiáng)大的主機(jī)服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器，并配備UPS防止數(shù)據(jù)中心的異常斷電。數(shù)據(jù)中心中使用的是基于VMware Horizon虛擬化框架的云桌面技術(shù)，支持五間云教室同時(shí)工作。每間云教室包括50個(gè)瘦客戶端，每間教室可以提供給50名學(xué)生上課，學(xué)生通過瘦客戶端訪問數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面。

圖1 珠海一職云機(jī)房整體結(jié)構(gòu)圖

二、云教室介紹

云教室的主要用戶是上課的教師、學(xué)生和機(jī)房管理員。云教室的核心部分是機(jī)房的數(shù)據(jù)中心。見圖二云教室用戶關(guān)系圖所示，教師、學(xué)生和機(jī)房管理員相互之間需要有效的溝通，同時(shí)都圍繞著數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

圖2 云教室用戶關(guān)系圖

1.數(shù)據(jù)中心是云機(jī)房的心臟，具有支柱地位

云機(jī)房是以數(shù)據(jù)中心為中心的，學(xué)生桌面和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心，只有數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定運(yùn)行才能確保整個(gè)云教室的正常工作。學(xué)校的云機(jī)房數(shù)據(jù)中心是基于VMware Horizon的虛擬桌面產(chǎn)品，VMware云技術(shù)代表著主流云的發(fā)展趨勢(shì)，VMware強(qiáng)大的技術(shù)支撐為云教室的穩(wěn)定運(yùn)行打下基礎(chǔ)。VMware Horizon可為終端用戶提供跨會(huì)話和設(shè)備的個(gè)性化體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PC難以企及的更高桌面服務(wù)可用性和敏捷性。

2.機(jī)房管理員為云教室的運(yùn)行和課堂教學(xué)提供技術(shù)保障

機(jī)房管理員通過基于Web的管理頁(yè)面對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行配置和管理，通過Web頁(yè)面也可以監(jiān)視到每間云教室的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)教師對(duì)云教室的軟件和硬件提出要求時(shí)，管理員可以靈活的調(diào)整數(shù)據(jù)中心中學(xué)生虛擬桌面的軟硬件狀態(tài)，為教師課程的信息化提供底層技術(shù)保障。

3．教師在云教室的使用起到引導(dǎo)作用和支配地位

教師課程的需求是構(gòu)造云教室的方向，教師引導(dǎo)著云教室的建設(shè)和使用，同時(shí)教師在課堂中主導(dǎo)著學(xué)生去使用云教室。教師在云教室中通過主機(jī)訪問數(shù)據(jù)中心中的虛擬桌面和服務(wù)器資源，在教室中，可以通過適配云機(jī)房的級(jí)域電子教室軟件對(duì)學(xué)生的虛擬桌面進(jìn)行控制，教師也可以通過級(jí)域電子教室軟件和學(xué)生進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)。

4.學(xué)生是云教室的使用主體

學(xué)生通過虛擬桌面和教師機(jī)進(jìn)行交互。學(xué)生進(jìn)入教室后，通過瘦客戶端進(jìn)入到數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面，在虛擬桌面中進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。學(xué)生進(jìn)入虛擬桌面后進(jìn)行學(xué)習(xí)，就相當(dāng)于使用了一臺(tái)實(shí)體機(jī)一樣，只是所有的操作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都是在和數(shù)據(jù)中心進(jìn)行交互。

三、教學(xué)過程中網(wǎng)絡(luò)的控制

在教師上課的過程中，會(huì)遇到需要根據(jù)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)控制。當(dāng)同學(xué)們需要進(jìn)行上網(wǎng)查資料、模擬在線考試等與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的任務(wù)時(shí)，需要虛擬桌面能夠訪問網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)老師需要同學(xué)們進(jìn)行本地實(shí)訓(xùn)練習(xí)、認(rèn)真聽課等行為時(shí)，我們需要虛擬桌面禁止訪問網(wǎng)絡(luò)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)和方式多種多樣，網(wǎng)絡(luò)控制功能都需要軟件和硬件的同步配合和支持，跟機(jī)房的具體建設(shè)環(huán)境有關(guān)。根據(jù)作者調(diào)查研究，傳統(tǒng)常用的網(wǎng)絡(luò)控制方式有如下問題，上課時(shí)教師基本依賴于機(jī)房管理員去控制網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)需要開啟和關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通知機(jī)房管理員進(jìn)行操作?？刂凭W(wǎng)絡(luò)的工作依賴于機(jī)房管理員的速度和效率，教師無(wú)法實(shí)時(shí)的掌控課堂教學(xué)。機(jī)房管理員一般會(huì)遠(yuǎn)程配置對(duì)應(yīng)教室的路由器的路由表信息，此方式控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和動(dòng)手能力有一定的要求。

根據(jù)學(xué)校云機(jī)房的特點(diǎn)，提出了一套教師實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的方案。如下圖三所示云機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。云機(jī)房中數(shù)據(jù)中心通過交換機(jī)與瘦客戶端通信，教師和學(xué)生通過瘦客戶機(jī)訪問數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面。教師通過級(jí)域電子教室軟件對(duì)學(xué)生的虛擬桌面進(jìn)行控制，云機(jī)房和外網(wǎng)的交互通過愛快軟路由服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。

云機(jī)房網(wǎng)絡(luò)控制的核心組件是級(jí)域電子教室軟件和愛快軟路由服務(wù)器。

圖3 云機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1.級(jí)域電子教室軟件是一款多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

每臺(tái)學(xué)生虛擬桌面中都安裝了級(jí)域電子教室軟件的客戶端，在每間云教室的教室虛擬桌面中安裝了級(jí)域電子教室軟件的管理端，當(dāng)級(jí)域管理端和客戶端的頻道一致時(shí)，教師可以通過級(jí)域電子教室軟件管理端控制學(xué)生的虛擬桌面。設(shè)置每間云教室的虛擬桌面為獨(dú)立的頻道，每間教室對(duì)應(yīng)不同的頻道，教師就可以管理自己的教室。

在級(jí)域電子教室軟件的管理端中，提供了網(wǎng)絡(luò)控制功能，教師可以通過管理端提供的白名單和黑名單機(jī)制來(lái)控制學(xué)生的上網(wǎng)行為。管理員設(shè)置管理端默認(rèn)配置為白名單，只有在白名單中的網(wǎng)址才能被學(xué)生訪問，學(xué)生默認(rèn)情況下，是無(wú)法訪問其它的網(wǎng)絡(luò)地址。當(dāng)在課堂中，教師需要學(xué)生上網(wǎng)時(shí)，可以修改管理端中的配置為黑名單，只有在黑名單中的網(wǎng)址不能被訪問，其它的網(wǎng)絡(luò)地址都可以訪問。通過管理端配置的修改，教師可以實(shí)時(shí)控制學(xué)生的上網(wǎng)行為。

2.愛快流控軟路由是一款免費(fèi)的軟路由

軟路由軟件可以實(shí)現(xiàn)和正常路由器相似的功能。通過安裝愛快流控軟路由軟件到服務(wù)器中，通過服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)路由功能。

在云機(jī)房中使用愛快軟路由軟件連接校園網(wǎng)和云機(jī)房的局域網(wǎng)，云機(jī)房通過校園網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)交互。通過愛快軟路由軟件提供的Web管理端，管理員可以統(tǒng)一對(duì)整個(gè)云機(jī)房網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行關(guān)閉和打開，愛快軟路由軟件也提供了MAC地址過濾機(jī)制，允許特定的計(jì)算機(jī)或虛擬桌面擁有上網(wǎng)行為。本文的方案中，云機(jī)房中愛快軟路由軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制的開關(guān)是默認(rèn)打開的，把云教室的網(wǎng)絡(luò)控制權(quán)限完全交給課堂教師。當(dāng)云機(jī)房需要進(jìn)行正式脫機(jī)考試時(shí)，通過愛快軟路由軟件來(lái)關(guān)閉整個(gè)云機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)。

四、其它問題

云機(jī)房的使用者包括教師、學(xué)生和機(jī)房管理員，云機(jī)房的正常使用需要三方的共同努力。在本方案實(shí)施的過程中，發(fā)現(xiàn)如下問題。

云教室網(wǎng)絡(luò)的控制依賴于教師機(jī)級(jí)域電子教室軟件的管理端。教師需要學(xué)習(xí)和正常使用管理端的網(wǎng)絡(luò)控制功能，才能更好的控制教室網(wǎng)絡(luò)。由于云機(jī)房上課的教師較多，需要對(duì)教師進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)指導(dǎo)。

級(jí)域電子教室軟件是基于IP協(xié)議的多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)?；赩Mware Horizon的云桌面提供了兩種構(gòu)造虛擬桌面的協(xié)議 （Microsoft RDP和PCoIP協(xié)議）。在云機(jī)房運(yùn)行過程中，出現(xiàn)整個(gè)云教室無(wú)法使用PCoIP工作的問題，修改成Microsoft RDP協(xié)議后學(xué)生瘦客戶端可以正常訪問虛擬桌面。但是在Microsoft RDP協(xié)議下，級(jí)域電子教室軟件無(wú)法正常使用，教師無(wú)法正常進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制。

由于學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)控制依賴于級(jí)域電子教室軟件，出現(xiàn)過學(xué)生對(duì)級(jí)域電子教室軟件學(xué)生端進(jìn)行退出和關(guān)閉的行為。此時(shí)，一方面機(jī)房管理員需要通過技術(shù)手段，對(duì)級(jí)域電子教室軟件學(xué)生端設(shè)置密碼，另一方面，通過規(guī)章制度約束學(xué)生的不正當(dāng)行為，通過教師的教育和引導(dǎo)來(lái)保證課堂的秩序。