虛擬化技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實踐教學(xué)的應(yīng)用

侯海燕

摘要：職業(yè)類計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計、配置與維護的能力，著重于職業(yè)院校學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)，由此企業(yè)組網(wǎng)實踐教學(xué)項目的實踐教學(xué)尤其重要。計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實踐項目實操性較強，綜合程度高，本文研究了一種基于虛擬化技術(shù)的在線實驗室的可行性方案，搭建學(xué)院私有云，將服務(wù)器集群虛擬化管理，構(gòu)建線上實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)學(xué)生課堂內(nèi)實驗室登錄訪問和課堂外遠程登錄訪問，實時或回看教師教學(xué)視頻，上傳或下載實驗，提高實踐教學(xué)的效率。

關(guān)鍵詞：私有云;虛擬化技術(shù);在線實驗室

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）14-01 85-02

計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計、配置與維護的技能能力。該課程的核心教學(xué)內(nèi)容包括以太網(wǎng)交換技術(shù)、VLAN、IP路由技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等。該課程的職業(yè)定位精確，重在培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)方案規(guī)劃能力、IP地址規(guī)劃能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連線能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和配置能力及網(wǎng)絡(luò)故障排除應(yīng)用能力。

在傳統(tǒng)交換路由機房：

1）路由器設(shè)備、交換機設(shè)備、PC機數(shù)量有限，不能滿足每位同學(xué)獨立完成綜合企業(yè)網(wǎng)絡(luò)項目實施需求。

2）使用實驗室路由器、交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建并完成企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實驗項目耗時較長，無法在正常課堂中及時完成。

3）實驗室教學(xué)缺乏實時視頻指導(dǎo)，且教師無法在課堂外視頻教學(xué)指導(dǎo)。

4）實驗軟件的硬件運行平臺要求較高，實驗軟件也日新月異，學(xué)校不可能對機房及時更新?lián)Q代。

基于以上原因本文提出一種基于虛擬化技術(shù)的在線實驗室的可行性方案，在線實驗室包括裝有仿真軟件的實驗虛擬機和實驗指導(dǎo)視頻網(wǎng)站，可實現(xiàn)學(xué)生課堂內(nèi)本地登錄訪問和課堂外公網(wǎng)遠程登錄訪問。課堂內(nèi)外學(xué)生可通過PC端和手機端實時點播實驗指導(dǎo)視頻，不需要在現(xiàn)有實驗室基礎(chǔ)上額外增加軟硬件環(huán)境。

1虛擬化技術(shù)和私有云

虛擬化技術(shù)是指將服務(wù)器的硬件物理資源如內(nèi)存、CPU、磁盤等進行統(tǒng)一整合，通過虛擬軟件對運行的計算機程序進行按需分配，達到資源利用最大化的解決方案。虛擬化方式包括硬件虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化和應(yīng)用程序虛擬化等。虛擬化技術(shù)也是一種資源管理技術(shù)，是將計算機的各種實體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲等組成集群，虛擬化資源包括計算能力和資料存儲。

私有云是單位或者企業(yè)單獨構(gòu)建的，可提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。私有云是專有資源，職業(yè)學(xué)校可架設(shè)私有云，供學(xué)校用戶訪問。利用學(xué)校私有云資源，在私有云上虛擬化管理，由管理主機統(tǒng)一管理分配虛擬主機。在私有云服務(wù)器上申請資源創(chuàng)建虛擬主機供云用戶訪問。

在線實驗室結(jié)構(gòu)圖如圖1，公有網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由私有網(wǎng)絡(luò)訪問私有云服務(wù)器，私有云服務(wù)器通過虛擬化技術(shù)進行服務(wù)器集群管理，實現(xiàn)如下功能模塊，包括在線實驗室登錄模塊、實驗指導(dǎo)視頻點播模塊、實驗室鏡像系統(tǒng)及克隆虛擬主機。管理主機通過客戶端統(tǒng)一管理云服務(wù)器，云用戶（學(xué)生）可通過公網(wǎng)或私網(wǎng)訪問云服務(wù)器分配的虛擬主機獨立操作實驗內(nèi)容。實驗室環(huán)境可根據(jù)實踐教學(xué)需要適時更改，不需要額外增設(shè)軟硬件設(shè)備和實驗耗材。

教師可提前訪問云服務(wù)器上傳實驗指導(dǎo)視頻到私有云供學(xué)生訪問，也可在課前上傳實踐實驗內(nèi)容和課后下載學(xué)生作業(yè)?？伸`活根據(jù)實踐教學(xué)需要增設(shè)實驗量，可根據(jù)實驗難度設(shè)置整體實驗時間，釋放實驗資源。

學(xué)生可課前提前下載實驗內(nèi)容，點播實驗指導(dǎo)視頻，預(yù)習(xí)實踐實訓(xùn)。課堂上登錄在線實驗室使用分配的虛擬主機進行仿真實驗，若課堂內(nèi)實驗未完成，學(xué)生可課堂外在教師規(guī)定時間內(nèi)使用公網(wǎng)遠程登錄訪問虛擬主機，達到在線實驗的目的。

2方案設(shè)計

2.1虛擬化平臺簡介

本文方案使用了VmwarevSphere可伸縮、可擴展的虛擬化平臺，VMware vSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件分離出來，可通過客戶端看到專有資源，也可用服務(wù)器端將云服務(wù)器作為資源池進行管理。其核心組件是VMware ESXi和VM-waI'e vCenter Servero

VMware vCenter Server是一個可伸縮、可擴展的平臺，可集中管理VMware vSphere環(huán)境，可統(tǒng)一管理私有云上的所有主機和虛擬機，虛擬機數(shù)量可幾百臺甚至幾千臺。圖2是VMwarevCenter Server的安裝界面。

VMware ESXi是一款可以獨立安裝的主機操作系統(tǒng)，可以使用VmwarevSphere Client遠程連接控制。ESXi服務(wù)器上可創(chuàng)建系統(tǒng)模板并克隆多個虛擬機，此類虛擬機可提供普通硬件服務(wù)器的功能。圖3是ESXi主機安裝界面。

2.2整體方案設(shè)計

計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程傳統(tǒng)實驗室教學(xué)的缺陷在于實際路由器、交換機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建配置耗時較長，且沒有足夠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供學(xué)生單人單用，且目前市面上的網(wǎng)絡(luò)模擬器的硬件運行環(huán)境較高，比如H3C公司的HCL模擬器。借助云服務(wù)器和虛擬化平臺的統(tǒng)一管理，可達到可訪問的云主機根據(jù)具體硬件要求來配置，不需要更換實驗機房的PC機。

根據(jù)圖1的在線實驗室的結(jié)構(gòu)圖部署在線實驗室平臺，首先需要保證私有云服務(wù)器所連接的內(nèi)網(wǎng)與學(xué)校實驗室互通，使學(xué)校實驗室用戶可通過校內(nèi)網(wǎng)課內(nèi)訪問私有云。其次私有云需要直連控制臺即管理主機，這樣管理主機方可統(tǒng)一管理私有云上的所有虛擬機。最后公有網(wǎng)絡(luò)的接人為課堂外遠程訪問私有云提供了保障。

私有云是整個在線實驗室的數(shù)據(jù)中心，是整個在線實驗室的資源池，供云用戶申請資源并使用。私有云上安裝VMwareEXSi主機并創(chuàng)建虛擬機。VMware EXSi的虛擬機有以下幾種類型：第一種類型是安裝了VMware vCenterServer的虛擬機，其中安裝VMware vCenter Server的虛擬主機的操作系統(tǒng)必須是Windows server 2012操作系統(tǒng);第二種類型的虛擬機是根據(jù)實驗需求安裝有網(wǎng)絡(luò)類組網(wǎng)模擬軟件的Windows操作系統(tǒng);第三種類型的虛擬機是可架設(shè)實驗視頻點播網(wǎng)站的WEB服務(wù)器;第四種類型的虛擬機是根據(jù)實驗鏡像文件克隆出的云用戶使用主機，可根據(jù)學(xué)生人數(shù)靈活生成。

管理主機是在線實驗室的另一個重要組件。管理主機上安裝VCenterer Client客戶端后，連接云服務(wù)器的VCenter serv-er，并將所有VMwareEXSi主機添加到集群中統(tǒng)一管理。為了使私有云與公有網(wǎng)絡(luò)互通，添加公網(wǎng)映射功能使互聯(lián)網(wǎng)用戶（課堂外用戶）訪問;為了便于用戶域名訪問可申請域名綁定公網(wǎng)IP。其中VMware vCenter Server虛擬機的IP地址就是服務(wù)器群的統(tǒng)一管理地址也就是在線實驗室的訪問口。

實驗視頻點播網(wǎng)站架設(shè)在云服務(wù)虛擬主機中，可『P地址訪問也可域名訪問，為了保證學(xué)生可課內(nèi)外實時點播實驗指導(dǎo)視頻，引人手機端訪問功能，申請微信號或生成二維碼，方便學(xué)生在無PC端的情況下點播實驗指導(dǎo)視頻。實驗視頻文件需要教師提前錄屏并上傳。

實驗?zāi)０逍枰處熖崆皽?zhǔn)備好軟件，準(zhǔn)備好操作系統(tǒng)盤，制作操作系統(tǒng)鏡像文件并在云服務(wù)虛擬主機中安裝。實踐教學(xué)前根據(jù)學(xué)生人數(shù)克隆生成對應(yīng)數(shù)量的主機。

該方案實現(xiàn)了學(xué)生課前點播實驗指導(dǎo)視頻預(yù)習(xí)實踐內(nèi)容，課后未完成的實驗在教師規(guī)定時間內(nèi)下載完成并上傳，不受實驗地點的限制。

3總結(jié)

本文研究虛擬化技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實踐教學(xué)的應(yīng)用，利用學(xué)?，F(xiàn)有私有云服務(wù)器搭建計算機網(wǎng)絡(luò)組建在線實驗室，不需要額外購買云實驗室平臺。該實驗室的優(yōu)勢在于實驗器材和實驗設(shè)備可隨時變更，節(jié)省實驗室開銷。并增加視頻指導(dǎo)點播功能，大大提高教學(xué)質(zhì)量。且該方案也可遷移到其他計算機軟件類實踐教學(xué)中，教師可針對不同操作系統(tǒng)或者不同實驗軟件獨立定制實驗室模板，在云服務(wù)器上克隆出實驗主機，需要時使用，不需要時釋放資源，大大地降低了實驗管理員的工作量。