基于虛擬化的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的研究與實現(xiàn)

（民航山東空中交通管理分局，濟南 250107）

1 引言

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的建立，可以使人們能夠不受時空的限制，進行計算機項目的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，降低維護成本與系統(tǒng)成本，并能夠快速準確的反饋實驗結(jié)果。計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬平臺，可以將抽象復(fù)雜的理論知識具象化和直觀化，提高人們的理解能力，人們可以實際體驗到存在的網(wǎng)絡(luò)和機器，滿足人們的實驗要求和學(xué)習(xí)需求。

2 計算機虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)具有資源利用率高、安全性能優(yōu)異、可擴展性好、成本低、實用性強等優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的物理機模型相比，虛擬技術(shù)的管理硬件不是主機操作系統(tǒng)而改為虛擬機監(jiān)視器。通過虛擬監(jiān)視器進行硬件的調(diào)度和使用，解決了以往物理機使用的缺點，極大地提高了硬件使用率，而且還能保證虛擬技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性和科學(xué)性，避免信號傳輸中途中斷。虛擬化技術(shù)也可以理解為客戶機的操作系統(tǒng)，將計算機硬件資源比如網(wǎng)絡(luò)資源、中央處理器、存儲器、內(nèi)存等有效整合起來。相對于傳統(tǒng)的方法來說，可以加快資源的交換速度和資源的利用率，不受物理狀態(tài)與地域的限制，并能夠簡化軟件配置過程，提高硬件的容量，實現(xiàn)多個中央處理器的并行，提高物理機的工作效率。

3 虛擬化計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的總體設(shè)計

在進行計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的構(gòu)建的過程中，首先需要明確實驗室平臺購置的目的以及整體的系統(tǒng)架構(gòu)，保證后續(xù)虛擬平臺構(gòu)建工作的順利完成。計算機網(wǎng)絡(luò)課程需要將網(wǎng)絡(luò)劃分成層級結(jié)構(gòu)，明確各層次的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以TCP/IP為中心，明確系統(tǒng)需要解決的問題，從實際需求和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效果出發(fā)設(shè)計功能結(jié)構(gòu)。在虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)之上進行網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的構(gòu)建是當(dāng)前計算機課程教育教學(xué)活動的重要組成部分，人們可以通過已有的系統(tǒng)選擇自行搭建網(wǎng)絡(luò)實驗，訪問遠程資源，提交實驗所需資源，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程管理與不同用戶之間的交互和溝通，網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的系統(tǒng)管理員需要監(jiān)控系統(tǒng)運行的實際狀況，并對各種用戶進行有效的管理活動，計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺的用戶主要包括管理員、教師和學(xué)生三種。

計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗平臺系統(tǒng)的設(shè)計，需要包括課程所涉及到的絕大多數(shù)的實驗，包含協(xié)議數(shù)據(jù)抓取分析實驗、操作配置實驗、網(wǎng)絡(luò)編程實驗以及應(yīng)用層協(xié)議實驗等。操作對象主要包括服務(wù)器和路由器，要求學(xué)生能夠在實驗操作中明確相關(guān)設(shè)備的基本設(shè)置以及工作原理，提高知識的實踐能力和應(yīng)用水平。在網(wǎng)絡(luò)實驗平臺中，可以設(shè)計一臺路由器鏡像和Windows客戶端，通過登錄客戶端進行路由器的訪問并配置。網(wǎng)絡(luò)編程實驗可以使學(xué)生在實驗平臺中通過相關(guān)軟件和系統(tǒng)編寫基本的網(wǎng)絡(luò)程序，明確傳輸層編程方法和網(wǎng)絡(luò)通信的形式，以編寫出簡單的網(wǎng)絡(luò)軟件。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的設(shè)置需要包括一臺服務(wù)器和客戶端，并在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的通信。協(xié)議抓取實驗的目的是讓人們能夠掌握具體網(wǎng)絡(luò)包的引用格式以及現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)包的內(nèi)容和形式，并明確網(wǎng)絡(luò)包的實際應(yīng)用價值以及應(yīng)用方法。實驗平臺可以通過提供一臺連接網(wǎng)絡(luò)的客戶端來完成協(xié)議抓取實驗[1]。

4 非功能性需求

除了上述系統(tǒng)功能性需求之外，還需要保證用戶之間網(wǎng)絡(luò)流量隔離、前后端高效通訊、實驗設(shè)備鏡像設(shè)計以及系統(tǒng)運行的高性能等非功能性需求的設(shè)置與維護。首先，用戶需要利用前后端通信進行拓撲圖的提交和反饋，但傳統(tǒng)網(wǎng)頁的加載形式會使得數(shù)據(jù)提交之后進行刷新而影響用戶的實際操作體驗，造成交互數(shù)據(jù)量的增加，影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和科學(xué)性。因此，實驗網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以設(shè)置異步HTTP請求的方案，增強用戶的通信質(zhì)量。其次，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺一般需要不超過三臺的虛擬機進行實驗數(shù)據(jù)抓取分析試驗，操作配置實驗等，但網(wǎng)絡(luò)層的實驗往往需要六臺以上的虛擬機。硬件配置與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的類型有關(guān)，要根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的工作要求和工作內(nèi)容，合理配置硬件的內(nèi)存以及CPU，結(jié)合用戶人數(shù)以及實驗內(nèi)容合理設(shè)置虛擬機的數(shù)量以及相應(yīng)的硬件配置，保證計算機網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)軌蝽樌行虻耐瓿?，提高資源配置的公平性。另外，網(wǎng)絡(luò)拓撲圖對應(yīng)的后臺資源包括應(yīng)用服務(wù)器、客戶機、路由器、交換機和它們之間的連線，虛擬機的合理有效分配是保證各項后臺資源能夠有效配置的前提，相關(guān)后臺配置的設(shè)置需要在同一個局域網(wǎng)中進行通信，交換機連接的設(shè)置也要在一個局域網(wǎng)中，這樣需要在路由器連接的網(wǎng)絡(luò)過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的有效隔離，提高信號的強度和準確性，避免用戶之間網(wǎng)絡(luò)的相互影響而干擾網(wǎng)絡(luò)平臺的正常運作[2]。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于虛擬化的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺可以為人們提供直觀的教育教學(xué)服務(wù)，提高計算機教育質(zhì)量。本文主要通過對計算機虛擬化技術(shù)的探討，指出虛擬化計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的總體設(shè)計和非功能性需求設(shè)計，希望能夠充分發(fā)揮計算機虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺的作用，保證計算機實驗教學(xué)活動的順利有序開展。