計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)研究

袁黎暉

摘? ?要：文章分析了采用虛擬化技術(shù)、綜合布線技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程訪問技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室的措施。文章采用模塊化搭建的方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室多功能化，在保證專業(yè)教學(xué)的同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)室的使用效率，使學(xué)生和教師都能跨越時(shí)空的障礙，隨時(shí)隨地訪問教學(xué)設(shè)備和資源，完成教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室;虛擬化;網(wǎng)絡(luò);多平臺

1? ? 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室簡述

在很多院校中，由于資金的限制，只建設(shè)了一般的、通用的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，用于“大學(xué)信息基礎(chǔ)”等通識類課程的教學(xué)，專業(yè)、專用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室較少。同時(shí)，計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室一般情況下只為特定的某些課程服務(wù)，實(shí)驗(yàn)室所配備的PC、儀器和設(shè)備的使用頻率較低。在保證專業(yè)課程能夠展開正常教學(xué)的前提下，可嘗試將這些功能相近的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室及公共實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合，采用模塊化設(shè)計(jì)的方法建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)室，以提高設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室的使用效率，同時(shí)，也保證投資有效。

本文研究的內(nèi)容是在人數(shù)較少、班級較少的情況下，提出保證教學(xué)、保護(hù)投資的方法，可以有效地建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室[1]。

2? ? 需求分析與可行性分析

2.1? 需求分析

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之前，要確定該實(shí)驗(yàn)室將為哪些課程提供服務(wù)，也就是分析其功能模塊。

首先，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室要能夠作為公共實(shí)驗(yàn)室使用。其次，需要為各門專業(yè)課程提供實(shí)踐場所。可以將這些課程分為以下幾類：網(wǎng)站建設(shè)類、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類、網(wǎng)絡(luò)安全類、操作系統(tǒng)類、布線工程類。

這5類課程正好對應(yīng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，從最底層的物理層一直到最高層的應(yīng)用層，可以將這些課程形成一個(gè)課程組，以此課程組的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為本計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)室的主要建設(shè)目標(biāo)。這些課程的共同特點(diǎn)就是都和網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)都需要在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)上完成，授課內(nèi)容也都和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和高層應(yīng)用等內(nèi)容相關(guān)。因此，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同的課程內(nèi)容設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)體系，再加以有機(jī)的融合，這使得該綜合實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成為可能[2]。

2.2? 可行性分析

根據(jù)以上的需求分析，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：（1）由于性能方面的差異和計(jì)算能力的強(qiáng)弱，學(xué)生電腦需要盡可能配備高性能、高配置的PC，盡量避免采用云桌面的方式。（2）整個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需要多臺服務(wù)器，用于網(wǎng)站設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)及安全服務(wù)。（3）整個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在至少兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，至少需要兩套綜合布線系統(tǒng)。（4）整個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需要多組機(jī)柜，用于放置網(wǎng)絡(luò)及安全硬件設(shè)備以及相應(yīng)的配線架、理線架等。

根據(jù)以上需求，提出如下解決方案：

（1）配置高性能PC。（2）由于此實(shí)驗(yàn)室僅為教學(xué)服務(wù)，而不是應(yīng)用于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，不存在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、應(yīng)用壓力，對安全性也不作過多要求，可在一臺高性能服務(wù)器上配置大容量硬盤，同時(shí)，使用虛擬化技術(shù)模擬出多臺服務(wù)器。如果資金充足，再考慮購置多臺服務(wù)器。（3）為學(xué)生PC配置兩塊網(wǎng)卡，或在學(xué)生桌面上安置兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息插座，同時(shí)，部署兩套綜合布線系統(tǒng)，以接入不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。（4）根據(jù)教室空間面積及學(xué)生機(jī)的擺放，合理設(shè)置機(jī)柜的位置，以便學(xué)生能夠就近接入機(jī)柜，方便實(shí)驗(yàn)。

以上需求都可以通過技術(shù)手段或增加投資的方式得到解決，所以該計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)方案是可行的，學(xué)院的需求可以得到滿足。

3? ? 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1? 學(xué)生及教師機(jī)環(huán)境設(shè)計(jì)

學(xué)生機(jī)和教師機(jī)在經(jīng)費(fèi)許可的情況下均采用高配置硬件，在計(jì)算機(jī)上安裝主流操作系統(tǒng)（如Windows7）、常用軟件（如Office套件、Photoshop，DreamWeaver）、軟件開發(fā)平臺（如Visual Studio）、數(shù)據(jù)庫軟件（如SQL Server），一定要安裝的是虛擬機(jī)軟件（如Vmware Workstation和Oracel VirtualBox），并預(yù)先配置好基本的虛擬服務(wù)器（如Windows Server系列和Linux系列），以便能在計(jì)算機(jī)上利用這些虛擬服務(wù)器搭建不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。正因?yàn)檫@方面的考慮，所購置PC的CPU應(yīng)支持虛擬化功能，包括Intel-VT和AMD-V。

3.2? 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)

由于該實(shí)驗(yàn)室需要為多門課程服務(wù)，因此，需要至少兩種不同的教學(xué)環(huán)境。其中，公共課程、網(wǎng)站建設(shè)類課程所需的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相同，教師機(jī)、學(xué)生機(jī)及所需服務(wù)器都處于一個(gè)局域網(wǎng)中。而在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全課程中，學(xué)生機(jī)、教師機(jī)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備在授課時(shí)需要同時(shí)連入同一個(gè)局域網(wǎng)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)又需要分別接入位于不同的機(jī)柜上、不同的設(shè)備中，形成多個(gè)小型局域網(wǎng)。而且這些小型局域網(wǎng)在開展大型、綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)又需要互聯(lián)起來，成為不同類型的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)[3]。

根據(jù)上述要求，在實(shí)驗(yàn)室需要部署兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、設(shè)置兩套綜合布線系統(tǒng)，為學(xué)生機(jī)提供兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的接入方式。對于公共實(shí)驗(yàn)或教學(xué)環(huán)境，學(xué)生機(jī)接入到公共教學(xué)局域網(wǎng)中。對于專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生機(jī)先后接入到公共教學(xué)局域網(wǎng)和分組實(shí)驗(yàn)局域網(wǎng)中，完成不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對公共教學(xué)局域網(wǎng)和分組實(shí)驗(yàn)局域網(wǎng)設(shè)置不同的VLAN，以便區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[4]。

3.3? 機(jī)柜環(huán)境設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置了兩種類型的機(jī)柜，基本型機(jī)柜為網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜，用于完成網(wǎng)絡(luò)類實(shí)驗(yàn);擴(kuò)展型機(jī)柜在基本型機(jī)柜的基礎(chǔ)上增添了安全設(shè)備，用于完成安全類實(shí)驗(yàn)。兩類機(jī)柜的設(shè)備列表及數(shù)量如表1所示。

3.4? 服務(wù)器環(huán)境設(shè)計(jì)

在該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室中配置了兩臺專用服務(wù)器，為各實(shí)驗(yàn)課程提供相應(yīng)的服務(wù)器系統(tǒng)和應(yīng)用平臺以及資源平臺[5]。

由于只是為了課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，而不是應(yīng)用在實(shí)際場合，所以配置不需要太高，性能穩(wěn)定即可。但因需要實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容眾多，為避免不同應(yīng)用服務(wù)之間產(chǎn)生干擾，利用虛擬機(jī)創(chuàng)建了多個(gè)系統(tǒng)，這就需要較大容量的硬盤和足夠的內(nèi)存以運(yùn)行較多的虛擬機(jī)。

4? ? 結(jié)語

該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室建成后能夠解決多門計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的實(shí)踐環(huán)境問題，給學(xué)生提供了更真實(shí)的實(shí)際應(yīng)用平臺。并且實(shí)驗(yàn)室提供了遠(yuǎn)程訪問功能，即便該實(shí)驗(yàn)室正在被用于授課，其實(shí)驗(yàn)機(jī)柜也能被教師和學(xué)生遠(yuǎn)程使用，給學(xué)生提供了更多的實(shí)踐操作時(shí)間，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升了教學(xué)效果。

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)硬件功能的增強(qiáng)，使得云計(jì)算、云服務(wù)逐漸興起。云服務(wù)是由供應(yīng)商提供相關(guān)硬件、軟件或者服務(wù)，用戶購買、租用云服務(wù)商的產(chǎn)品或服務(wù)。例如現(xiàn)在使用較廣的云存儲(chǔ)、云機(jī)房等，用戶不再需要自己去購買磁盤陣列或服務(wù)器，也不需要去建設(shè)機(jī)房、租用線路，一切由服務(wù)商來提供，用戶只需把自己的需求交給服務(wù)商去滿足即可。

對于高校而言，自行建設(shè)實(shí)驗(yàn)室存在資金占用、使用效率不高、管理困難的問題。那么在未來，是否有可能同樣由云服務(wù)商按照學(xué)院的要求，定制、開發(fā)出相關(guān)的云實(shí)驗(yàn)室，學(xué)院只需要保證高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)能夠到達(dá)云資源即可開展教學(xué)活動(dòng)，學(xué)院可以在上課時(shí)間段固定購買其服務(wù)資源以滿足教學(xué)所需，也可以在課余時(shí)間動(dòng)態(tài)使用其服務(wù)資源以滿足實(shí)驗(yàn)所需，由建改租，也許是未來計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展方向。

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