一種基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)構(gòu)建

許斌

摘要：虛擬平臺技術(shù)是計算機專業(yè)中的新興平臺技術(shù)，可將虛擬軟件平臺中的計算機硬件融合至同一個計算機操作系統(tǒng)中，在此計算機操作系統(tǒng)中可靈活操作虛擬硬件。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，基于虛擬平臺技術(shù)的計算機操作系統(tǒng)已實際應(yīng)用至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的實踐實驗中，同時虛擬平臺技術(shù)的發(fā)展已同步面向計算機專業(yè)實訓(xùn)領(lǐng)域。文章針對計算機實驗室的軟、硬件綜合實訓(xùn)方案設(shè)計的特殊需求，創(chuàng)新實驗了計算機專業(yè)實訓(xùn)中未曾出現(xiàn)的新功能，以期提高計算機實驗室的利用率。

關(guān)鍵詞：多虛擬平臺技術(shù)應(yīng)用;計算機網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng);創(chuàng)建虛擬機

中圖分類號：C642.4;TP393-4

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（ 2020）12-0090-04

0 引言

在計算機專業(yè)的實驗室中，可通過軟、硬件技術(shù)的綜合應(yīng)用將計算機實驗室劃分為四個“母體”實驗機房，并通過前期的總體研究以及規(guī)劃設(shè)計方案支撐平臺設(shè)計方案[1]。該計算機實驗室通過實踐與初步結(jié)果分析對比，發(fā)現(xiàn)在計算機實驗室配合使用計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)時研究出的目標(biāo)可采用中、高配置的計算機系統(tǒng)，并創(chuàng)新建設(shè)出較高性能服務(wù)器（ Server）和高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)平臺（Web Platform），在實際實驗應(yīng)用中取得了符合前期設(shè)想的效果，為計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)的構(gòu)建提供了良好的硬件環(huán)境基礎(chǔ)。

1 多虛擬技術(shù)平臺搭建優(yōu)勢及特點

1.1 多虛擬技術(shù)平臺軟件

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支撐下，應(yīng)用較多的虛擬軟件有QEMU、Virtual PC等專業(yè)的虛擬機軟件[2]。都可在wmdows系統(tǒng)上進行模擬計算。例如Virtual Machine是一種能夠在多系統(tǒng)運行并操作便捷的一種虛擬機，可為計算機網(wǎng)絡(luò)的綜合應(yīng)用提供較為專業(yè)的硬件配備。Vmware軟件則可以通過一臺主計算機模擬操作出多臺子虛擬計算機的效果，將多樣化的操作系統(tǒng)運行至同一個計算機內(nèi)，子虛擬計算機同樣可模仿主計算機的應(yīng)用模式對安裝系統(tǒng)（Installation System）、格式化（Forrnat）、應(yīng)用軟件等進行操作。Vmware在虛擬實驗中可適應(yīng)不滿足實驗條件的計算機單機實驗。

1.2 多虛擬技術(shù)平臺特點

虛擬平臺在計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗中的模擬模型構(gòu)建主要占有以下4點優(yōu)勢

1）虛擬平臺可模擬系統(tǒng)硬盤衍生出多個文件，且可對原系統(tǒng)進行快速修復(fù)以及還原穩(wěn)定狀態(tài)。

2）虛擬平臺可在虛擬機的應(yīng)用過程中實現(xiàn)多系統(tǒng)的聯(lián)動協(xié)同操作，將文件、有線網(wǎng)絡(luò)、周邊電子設(shè)備通過平臺進行共享。如2個Vmware可在wmdows系統(tǒng)中同時運行，進行虛擬環(huán)境中的對話，可設(shè)置為一個虛擬機在前臺，一個虛擬機子在后臺進行呼應(yīng)式運行[3]。

3）虛擬平臺可根據(jù)硬件模板虛擬出多個標(biāo)準(zhǔn)硬件，并且基本類似于主機的硬件構(gòu)造，可在一定時間內(nèi)進行復(fù)制

4）虛擬機可根據(jù)主計算機進行多臺虛擬機的相互并發(fā)運行，且各虛擬機之間可進行客戶服務(wù)方式的運行方法。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)方案設(shè)計

為滿足計算機網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建立需求，創(chuàng)建富有層次性、系統(tǒng)性、整體性、時效性以及空間感的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)是基礎(chǔ)[4]。在搭建實驗方案構(gòu)架時，可從實驗類型、實驗主題、實驗層次3大方面進行糅合分析，以基礎(chǔ)理論作為實驗方案的基底，以明確實驗?zāi)康臑樽罱K實驗?zāi)繕?biāo)，形成由“點”至“面”的科學(xué)實驗方案。計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)實驗的性質(zhì)以及實驗?zāi)康目蓪⒂嬎銠C網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)分為以下3個類型。

1）綜合型實驗?zāi)M系統(tǒng)。包括計算機網(wǎng)絡(luò)攻擊及防范方法測試以及網(wǎng)絡(luò)終端綜合安全策略設(shè)計。

2）驗證型實驗?zāi)M系統(tǒng)。驗證型計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)可分為對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驗證分析、基本網(wǎng)絡(luò)指令設(shè)置等[5]。

3）設(shè)計型實驗?zāi)M系統(tǒng)。主要針對計算機網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的分析、網(wǎng)絡(luò)安全策略實施、以及相關(guān)計算機運行的協(xié)議程序開發(fā)。

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)理論內(nèi)容，可將計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)具體分為以下3個主題。

1）計算機網(wǎng)絡(luò)配置。主要將網(wǎng)絡(luò)細分為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、安全、服務(wù)。

2）計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)模型是計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的骨干，網(wǎng)絡(luò)策略、網(wǎng)絡(luò)連接方式是支脈，最終架構(gòu)出整個計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3）計算機網(wǎng)絡(luò)組織。主要分為網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)。

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)建立的難易程度可將實驗過程分為以下3個層次。

1）研究探索型層次。主要將計算機網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)M系統(tǒng)的研發(fā)過程作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將實驗?zāi)繕?biāo)、實驗設(shè)計方案、實驗結(jié)果分析探究作為計算機綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)中間的層次環(huán)節(jié)，最后在個體團隊的配合下，將實驗的主題性、類型、層次進行統(tǒng)籌設(shè)計，構(gòu)建多樣化且同時具備穩(wěn)定性和安全性的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)[6]。

2）專業(yè)實踐層次。將計算機網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用性、以及計算機安全性能的設(shè)計與實現(xiàn)作為主要的構(gòu)架部分。

3）基本實踐層次。以計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)理論為基礎(chǔ)，設(shè)計者應(yīng)熟悉網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)以及計算機的各類軟件系統(tǒng)以及硬件系統(tǒng)的性能指標(biāo)，將網(wǎng)絡(luò)中各種狀態(tài)的含義進行掌握熟悉。

在滿足計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)構(gòu)建的條件需求下，設(shè)計恰當(dāng)?shù)脑囼炂脚_以及明確實驗?zāi)康暮碗y以程度都是為后期的實驗操作進行的合理鋪設(shè)。

3 計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗平臺的選擇與模擬系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 多虛擬平臺下計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗系統(tǒng)的選擇

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗的設(shè)計方案，可挑選出人機互動性強、平臺成熟度高、操作便捷、成本低廉的虛擬實驗平臺。在確定實驗主體和實驗類型后計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗系統(tǒng)需憑借3種虛擬實驗平臺的技術(shù)手段來支撐整體系統(tǒng)運行的流暢度、穩(wěn)定性、安全性，即搭建虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用、虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)M3大平臺[7]。VMW（VMware Workstation的簡稱）可用于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬，其自身的流暢性在虛擬網(wǎng)絡(luò)方面具有鮮明的使用優(yōu)勢;ubuntu64（簡稱UB）在虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用方面可便捷計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化、設(shè)置系統(tǒng)詳細數(shù)據(jù)等功能的開發(fā)使用，并且支持在多種型號的計算機系統(tǒng)中運行，如圖2所示;在計算機網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)M平臺的設(shè)計開發(fā)過程中，可使用NS2軟件模擬平臺，其拓展性相較其他軟件更具優(yōu)勢，且對計算機下達指令的反應(yīng)速度較為敏感，如圖3所示。

NS2的系統(tǒng)模擬功能僅適用于Unix內(nèi)核的操作系統(tǒng)，本文在局域網(wǎng)的鏈接狀態(tài)下對遠程NS2的操作系統(tǒng)進行了擴充功能的設(shè)置，且基于Java語言編寫的客戶端能夠同時運行于Unix和Windows操作系統(tǒng)[8]。

3.2 基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗系統(tǒng)構(gòu)建

3.2.1 虛擬技術(shù)實現(xiàn)平臺的搭建

在多虛擬平臺的應(yīng)用基礎(chǔ)上搭建計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)是本文研究的主要內(nèi)容，各項目的實現(xiàn)都是依托于虛擬平臺的搭建，4個虛擬計算機實驗室的使用效果都取決于虛擬平臺搭建時的應(yīng)用系統(tǒng)是否合適，由此可知，虛擬平臺技術(shù)的平臺搭建可分為以下2個環(huán)節(jié)。

1）虛擬軟件的選擇。構(gòu)建此計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于虛擬平臺技術(shù)，經(jīng)過反復(fù)的測試和比較，將微軟公司出品的Vmware Workstation做為虛擬平臺軟件，由Windows操作系統(tǒng)提供優(yōu)異的技術(shù)支持，Vmware Workstation的適應(yīng)能力較強，可搭配不同硬件的配置進行應(yīng)用。

2）計算機實際操作平臺的選擇。計算機的實際操作平臺主要受操作系統(tǒng)通用性和虛擬軟件支持平臺的影響，在兼顧“四合一”的的平臺搭建基礎(chǔ)需求上，最終確定使用Windows2000server和Win-dowsXP雙系統(tǒng)進行搭建。WindowsXP可實現(xiàn)數(shù)據(jù)開發(fā)與測試、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)構(gòu)建以及Windows2000serv-er可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺服務(wù)功能以及數(shù)據(jù)開發(fā)測試功能，是本計算機系統(tǒng)與軟件實驗室操作系統(tǒng)最終確定的2大平臺[9]。

3.2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)運行模式

在上文對實驗類型、實驗主題、實驗層次的詳細設(shè)計論述下，通過選擇合適的實驗方案和相應(yīng)的虛擬拓展平臺可構(gòu)建出此綜合實驗系統(tǒng)。詳情如表1所示。

3.3多虛擬平臺技術(shù)使用于計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗的效益與分析

3.3.1 提供完善獨立實訓(xùn)平臺

以往的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺僅僅只能保障一組網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的穩(wěn)定性，對于實驗過程中計算機配備不足的問題可從根本上依靠多虛擬平臺技術(shù)進行問題解決。當(dāng)使用多虛擬平臺技術(shù)后，可將單一的計算機硬件虛擬化為多臺計算機，將網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)實訓(xùn)進行整合處理。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實驗測試平臺可在多部計算機中進行聯(lián)動應(yīng)用。

3.3.2 節(jié)省實驗室資金投入

在傳統(tǒng)模式下搭建4個實驗室需要分別進行計算機硬件創(chuàng)建，但往往也不會達到最理想的效果。IOS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計算機實驗室投資會消耗巨大的資金成本，通過以往的項目資金核算發(fā)現(xiàn)實驗室的建設(shè)大約需要130萬（計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室50萬+軟件開發(fā)實驗室30萬+IOS系統(tǒng)實驗室45萬+Unix系統(tǒng)實驗室10萬）左右的資金支持。但多虛擬平臺技術(shù)的應(yīng)用使得四個實驗室的搭建更加便捷，包括最先進的多媒體設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)控制系統(tǒng)，且費用較低，與傳統(tǒng)模式下相差2倍左右。

3.3.3 優(yōu)化場地及管理模式

傳統(tǒng)的4個實驗室機房占地面積約為420m2，占地面積過大，造成一定的資源浪費，且對后期管理人員來說無疑是一個巨大的維護工程量。而虛擬平臺技術(shù)在新型計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗臺的應(yīng)用從根本上緩解了這一現(xiàn)象，從占地面積的角度來講，只需占用以往四分之一的面積（約120m2）就可將綜合實訓(xùn)完成。從后期人員維護角度來講，從單一的機房硬件管理維護增加了軟件技術(shù)故障輔導(dǎo)等項目，促進了機房管理人員的計算機專業(yè)水平以及管理水平。

4 結(jié)語

計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)M系統(tǒng)的建立需要充足的計算機專業(yè)基礎(chǔ)知識來支撐，同時需要依附于多種虛擬平臺為技術(shù)載體，搭建出系統(tǒng)性、整體性、層次性的計算機綜合實驗?zāi)M平臺[10]。而虛擬實驗平臺的人機交互功能使得開發(fā)者在視聽方面能夠更為直觀的得到實驗內(nèi)容結(jié)果，節(jié)省了后期工作人員管理使用維護硬件的成本，為計算機專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展增添了科技力量。

參考文獻

[1]金可仲，劉軍，陳勝凱，基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的網(wǎng)絡(luò)測試實驗平臺構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（11）：134-136+156.

[2]葉福玲，張棟，林為偉，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的安全攻防虛擬仿真實戰(zhàn)平臺[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（ 11）：125-129.

[3]張麗，瞿國慶，基于虛擬化的移動無線網(wǎng)絡(luò)仿真與實驗平臺[J].實驗室研究與探索，2018，37（10）：123-128.

[4]周敏，基于云計算的虛擬信息安全實訓(xùn)平臺的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（07）：198-201.

[5]李月，姜瑋，季佳華，等，一種基于虛擬化平臺的安全外包技術(shù)研究[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2018（05）：82-88.

[6]鄧博，毛紅宇，王曉鋒，等，云平臺支撐下的虛實網(wǎng)絡(luò)融合仿真方法[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2018，39（03）：478-483.

[7]琚生根，孫界平，陳黎，等，大數(shù)據(jù)下計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗智能分析平臺設(shè)計框架[J].實驗室研究與探索，2017， 36（12）： 113-115+120.

[8]孫界平，琚生根，陳黎，等，計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（08）：115-117+128.

[9]許小東，吳軍強，杜選.構(gòu)建虛實結(jié)合的計算機網(wǎng)絡(luò)類實驗平臺的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（06）：127-130.

[10]史建燾，李秀坤，張宏莉，虛擬仿真云平臺下信息內(nèi)容安全實驗課建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（04）：9-13.