基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問控制的網(wǎng)絡(luò)工程實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)

楊震 馮媛媛 劉萱

摘要：本文通過分析目前高校網(wǎng)絡(luò)工程實驗室現(xiàn)狀與不足，提出了利用互聯(lián)網(wǎng)，讓學(xué)員很容易地與真實的網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備進(jìn)行交互操作；在遠(yuǎn)程訪問控制系統(tǒng)的集中管理下，全球范圍的學(xué)員和教員都可以實時、方便地接入到實驗室，共享昂貴的網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備，完成相應(yīng)的實驗；使網(wǎng)絡(luò)實驗室能以全天候的方式提供開放的實驗服務(wù)，解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實驗室只能在限定時間、限定地點做實驗以及設(shè)備易損耗等客觀問題。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)工程實驗室；互聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)程訪問控制

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）07-0073-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract：Based on the analysis of the current situation and shortcomings of network engineering laboratories in Colleges and universities， this paper puts forward that using the Internet， students can easily interact with real network laboratory equipment； under the centralized management of remote access control system， students and teachers all over the world can access the laboratory in real time and conveniently， share expensive network laboratory equipment， and complete the corresponding. The network laboratory can provide open experimental services in an all-weather manner， and solve the objective problems of traditional network laboratory， such as limited time， limited location and equipment vulnerability.

Key words： network engineering laboratory； internet； remote access control

1 高校網(wǎng)絡(luò)工程實驗室現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的深入應(yīng)用和快速發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已廣泛地應(yīng)用于社會的各行各業(yè)。為了適應(yīng)社會對人才培養(yǎng)的需求，全國許多高校都開設(shè)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程等相關(guān)專業(yè)。該類專業(yè)具有很強(qiáng)的實踐性特點，網(wǎng)絡(luò)工程實驗室的建設(shè)就是專業(yè)建設(shè)的主要內(nèi)容之一，對人才培養(yǎng)發(fā)揮著重要支撐作用。網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)普遍具有以下特點：

1）價格昂貴，功能較全面的網(wǎng)絡(luò)實驗室動輒百萬以上。

2）利用率不高，學(xué)生一般只能在上課期間才能進(jìn)入實驗室對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和配置，無法實現(xiàn)全天候24小時開放機(jī)房，也滿足學(xué)生不同時段需做實驗的要求。

3）教師備課和學(xué)生實驗必須在網(wǎng)絡(luò)實驗室里進(jìn)行，不能通過遠(yuǎn)程在家里、教室、宿舍等異地來完成自己的實驗。

4）大量的設(shè)備沒有缺乏功能先進(jìn)的管理軟件進(jìn)行管理和調(diào)度，如實驗安排、遠(yuǎn)程電源管理等。

5）目前，市場上的網(wǎng)絡(luò)實驗室管理控制系統(tǒng)一般是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商針對自己產(chǎn)品定制開發(fā)，不能有效兼容其他品牌產(chǎn)品。比如：神州數(shù)碼的NETCOLLEGE，銳捷網(wǎng)絡(luò)的RG-LIMP等。

2 基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問控制的網(wǎng)絡(luò)工程實驗室的設(shè)計

基于以上原因，利用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問控制的網(wǎng)絡(luò)工程實驗室的建設(shè)尤為重要。四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程實驗室采用基于網(wǎng)絡(luò)（Internet/intranet）接入的教學(xué)系統(tǒng)OpenLab進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)工程實驗室是由4部分組成：管理服務(wù)器、接入PC（Console Switch）、智能電源和實驗設(shè)備拓?fù)洹?/p>

2.1 實驗設(shè)備拓?fù)?/p>

實驗設(shè)備拓?fù)涫侵笇嶒炈璧?、可以通過Console口（串口）配置的全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括：路由器、交換機(jī)、防火墻、無線AP、語音電話、服務(wù)器等。采用什么廠家設(shè)備、需要多少數(shù)量和何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是由教學(xué)實驗設(shè)計要求和規(guī)模而確定，通常按拓?fù)洌ò?組）為單位，不同的設(shè)備拓?fù)涮峁┎煌膶嶒瀮?nèi)容，如：《路由與交換基礎(chǔ)》實驗包、《無線Wireless LAN》實驗包、《VoIP》實驗包、《防火墻和VPN安全》實驗包等。

2.2 接入PC

接入PC是一臺專用的接入電腦（又稱Console Switch），負(fù)責(zé)將全部網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備的Console口連接起來；可以使用多臺接入PC，只要給每臺接入PC分配一個可到達(dá)IP，連接到實驗設(shè)備接入控制網(wǎng)絡(luò)（LAN / WAN）上。接入PC是由電腦、多串口卡和專用通訊軟件組成，每臺電腦可根據(jù)實際需要選配不同數(shù)量的多串口卡。

2.3 管理服務(wù)器

管理服務(wù)器是安裝了管理軟件的WEB服務(wù)器，服務(wù)器有兩個網(wǎng)絡(luò)端口：一個是對外的服務(wù)端口，接入到開放的LAN/WAN網(wǎng)絡(luò)上；所有用戶都是通過次端口登錄到此服務(wù)器，通過認(rèn)證后，就可以進(jìn)入權(quán)限允許的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實驗操作，客戶端的操作配置工具默認(rèn)是超級終端軟件。另一個是內(nèi)部管理端口，連接到實驗設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)上，管理分布在不同地方的接入PC。

2.4 智能電源管理單元

智能電源是帶程序控制接口的電源開關(guān)插座，管理軟件OpenLab通過對智能電源的控制，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電電源的啟動/停機(jī)進(jìn)行自動控制和遠(yuǎn)程手動控制。自動控制模式分常開、常關(guān)、有流量自動開無流量自動關(guān)，可在不同的時間段設(shè)定不同的電源自動控制模式。

3 基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問控制的網(wǎng)絡(luò)工程實驗室的實現(xiàn)

3.1 根據(jù)課程的要求和具體設(shè)備的型號制定不同的實驗方案和手冊

不同的學(xué)校、不同的專業(yè)方向?qū)φn程有不同的要求，不同的課程內(nèi)容配套不同的實驗內(nèi)容。同一個實驗，使用不同廠家的設(shè)備，設(shè)備連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會有差異，操作步驟和指令有不同，所以實驗指導(dǎo)手冊是根據(jù)設(shè)備的選型情況而定。

3.2 安裝與搭建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以以實驗小組為單位分別安裝在不同的機(jī)柜，放置在實驗教室不同的位置上；也可以集中安裝在統(tǒng)一的機(jī)房里，集中管理與維護(hù)；前種方式特點是學(xué)生能直接接觸到設(shè)備，對設(shè)備有直觀的感受，便于理解，但不利于設(shè)備保養(yǎng)和維護(hù)。后種方式非常方便實驗室管理和設(shè)備維護(hù)，但對于初學(xué)者不太容易理解。

3.3 安裝網(wǎng)絡(luò)實驗室管理系統(tǒng)

安裝接入PC（Console Switch），連接實驗室各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，安裝實驗室管理軟件到相應(yīng)的服務(wù)器內(nèi)。

3.4 配置實驗室管理系統(tǒng)

配置實驗室管理系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，主要包括實驗設(shè)備的基本管理數(shù)據(jù)、智能電源的基本數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、用戶賬號、針對教師賬號的實驗安排等。

3.5 系統(tǒng)運營

實驗具體實施和管理：

l 教師賬號--開設(shè)/修改學(xué)生賬號，分配具體實驗拓?fù)浣o學(xué)生，實時監(jiān)控學(xué)生的實驗過程；

l 學(xué)生賬號—按教師指定的時間段和拓?fù)湓O(shè)備，使用電腦遠(yuǎn)程接入到實驗室做實驗。

3.6 開放實驗室

在設(shè)備空閑的時候，實驗室可以對外遠(yuǎn)程開放，使用普通賬號進(jìn)入，系統(tǒng)帶計費和扣費功能，通過充值卡收費。

4 網(wǎng)絡(luò)工程實驗室建設(shè)的效果

基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問控制的網(wǎng)絡(luò)工程實驗室建設(shè)完成后，經(jīng)過幾年的運行和優(yōu)化，已經(jīng)取得以下的效果：

4.1開放實驗

通過互聯(lián)網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)工程實驗室，學(xué)生和老師可以在任何IP可達(dá)的地方做實驗，如：多媒體教室、教學(xué)辦公室、學(xué)生宿舍和教師家里；實驗室可以7X24全天候開放使用，無須人員值守，提供最大化的實驗時間；還可以將不同校區(qū)，不同學(xué)校的實驗室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一管理和調(diào)配，實驗設(shè)備共享，利用所有的實驗設(shè)備資源隨時隨地提供實驗服務(wù)，增大對實驗安排的彈性，比傳統(tǒng)實驗室增多數(shù)倍的實驗量。

4.2 輕松管理

在實驗過程中，雖然學(xué)生與設(shè)備物理隔離，但由于學(xué)員登錄訪問的仍然是真實設(shè)備，因此實驗操作命令與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ酵耆恢?；這樣能解決傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ较乱蛑苯硬灏闻渚€所導(dǎo)致貴重設(shè)備人為損壞的問題，保證實驗室設(shè)備正常運作，減少維修費用。實驗室管理員可以遠(yuǎn)程管理實驗室，無須值守在實驗室內(nèi)，減輕實驗室管理強(qiáng)度。提供多種在線管理工具：能實時監(jiān)測每一個在線用戶的使用過程、能快速恢復(fù)實驗設(shè)備的初始狀態(tài)、能過濾各種惡意操作、實驗設(shè)備自動開關(guān)管理和遠(yuǎn)程重啟等功能。

4.3 實驗方便

系統(tǒng)能提供預(yù)先編排實驗的功能，使實驗的安排更有序?？梢灶A(yù)約實驗拓?fù)浜蛯嶒灂r間，保證計費用戶在實驗室空閑的前提下能按計劃做實驗。提供老師進(jìn)行實驗示范、學(xué)生上交作業(yè)等教學(xué)輔助工具，方便實驗教學(xué)實施。在線消息發(fā)布系統(tǒng)方便管理員、老師、學(xué)生和計費用戶在線進(jìn)行信息溝通、答疑、交流以及教學(xué)信息發(fā)布等。

4.4 兼容不同設(shè)備

平臺可以管理不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器、交換機(jī)、防火墻、無線AP、語音電話、服務(wù)器等。可以連接不同廠家的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如思科、華為、3COM、D-Link、神州數(shù)碼、星網(wǎng)銳捷等。

5 結(jié)束語

本文提供的基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問控制的網(wǎng)絡(luò)工程實驗室解決方案已經(jīng)通過實踐得到充分驗證。下一步我們將邀請更多院校加入，以期建設(shè)一個在全國范圍內(nèi)，有影響力的、開放的、智能的、節(jié)能的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)實驗室，為我國計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)提供有力的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王建新，張麗媛，盛羽，等.基于組件的計算機(jī)組成原理虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20（9）：2469-2474.

[2] 吳迪，薛政，潘嶸.基于XEN云平臺的網(wǎng)絡(luò)安全實驗教學(xué)[J].實驗室研究與探索，2013，32（7）：62-66.

[3] 柴亞輝，涂春萍，劉覺夫，等.基于云計算的計算機(jī)與軟件實驗資源管理[J].實驗室研究與探索，2010（10）：70.

[4] 張紅，陶然.東華大學(xué)實驗室管理云計算平臺[J].計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012，21（10）：14-17.

【通聯(lián)編輯：光文玲】