基于云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

陸海峰 李慢慢 張雅娟 顧逢潤(rùn)

（海南科技職業(yè)大學(xué) 海南省海口市 571126）

網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)踐的主旨是根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)理論與實(shí)際操作相結(jié)合，使學(xué)生擁有設(shè)計(jì)、搭建并維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)技術(shù)能力，在學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)與基礎(chǔ)的同時(shí)，還能夠了解到關(guān)鍵需要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，即網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、管理的方式。學(xué)生在熟知理論知識(shí)以及掌握實(shí)踐能力基礎(chǔ)上，通過全方位實(shí)際進(jìn)行操作后，還可以以自身或團(tuán)隊(duì)狀態(tài)，完成一系列從始至終連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)工程整體實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，即從選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備型號(hào)、配件配置、設(shè)計(jì)方案、預(yù)算核對(duì)、施工全過程、后期測(cè)試上線、維護(hù)平臺(tái)秩序、管理平臺(tái)運(yùn)作、應(yīng)用程序開發(fā)等等。

網(wǎng)絡(luò)工程是一項(xiàng)交互性極強(qiáng)的學(xué)習(xí)科目，單一課程的教學(xué)與實(shí)踐對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作是無法形成學(xué)習(xí)體系的[1]。對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程的實(shí)踐操作是要以網(wǎng)絡(luò)工程的專業(yè)課程群體作為核心基礎(chǔ)，將課程內(nèi)容中多門實(shí)踐內(nèi)容通過科學(xué)有效的方法進(jìn)行合理編排從而形成有機(jī)的整體架構(gòu)才能更好的幫助學(xué)生理解并應(yīng)用這門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)工程并不是籠統(tǒng)的將所有課程整合的結(jié)果，而是在對(duì)于實(shí)驗(yàn)與實(shí)際學(xué)習(xí)需求結(jié)合，通過對(duì)比與分析，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)的分解，資源二次優(yōu)化，篩選出難度適合當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容且易于開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)化交互性，使項(xiàng)目集中于一個(gè)整體當(dāng)中，建立新的綜合實(shí)踐體系，更加符合學(xué)習(xí)實(shí)踐操作的狀態(tài)?；诖?，對(duì)于培養(yǎng)以及提升學(xué)生建設(shè)網(wǎng)絡(luò)整體工程能力，網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)踐操作有著至關(guān)重要推進(jìn)作用[2]。

1 網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)分為課程實(shí)際操作與專業(yè)綜合實(shí)際操作兩個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在開展前的核心訴求也是在對(duì)于各類網(wǎng)絡(luò)工程課程進(jìn)行支撐并分析。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立的前期階段，通過給實(shí)驗(yàn)小組裝配小型機(jī)柜、交換機(jī)與路由設(shè)備，采用綜合布線方式，將網(wǎng)絡(luò)接口延至配線架。在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，不需要移動(dòng)設(shè)備，只要在配線架進(jìn)行跳線便可使設(shè)備之間連接[3]。通過上訴操作一系列步驟，可促使在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性與綜合交互三方面相互支撐，根據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)內(nèi)容中基本實(shí)踐—專業(yè)實(shí)踐—綜合實(shí)踐的階梯式學(xué)習(xí)分析，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)處于基本實(shí)踐環(huán)節(jié)，操作多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作。Cisoo Packet Tracelt圖形化的顯示界面對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也將更直觀便捷，利于學(xué)生將籠統(tǒng)抽象的網(wǎng)絡(luò)工程原理架構(gòu)轉(zhuǎn)化為自己可以理解的知識(shí)操作。專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)則需要建立多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程的專業(yè)課程供學(xué)生進(jìn)行操作，內(nèi)容，完成實(shí)踐教學(xué)資源最大化應(yīng)用，將學(xué)生理論知識(shí)與專業(yè)技術(shù)操作相結(jié)合，更好的將課本知識(shí)與未來實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合。

2 網(wǎng)絡(luò)工程現(xiàn)階段的問題

我國(guó)多數(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)難以滿足上述要求的技術(shù)支撐，想完成多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐工程的綜合學(xué)習(xí)與實(shí)際操組，當(dāng)下的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)則難以滿足，具體的問題與難點(diǎn)分為以下幾個(gè)方面：

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備不完善

網(wǎng)絡(luò)工程作為一項(xiàng)交互性極強(qiáng)的學(xué)科，不同的實(shí)驗(yàn)操作下，所需要的型號(hào)、規(guī)格、操作系統(tǒng)等諸多不同，都很難將實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行展開，而大量購(gòu)置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則需要極大的資金投入，從而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中僅僅能接觸并掌握到1-2種同系列產(chǎn)品的學(xué)習(xí)與配置使用方法，局限性較大，無法完成綜合實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)形式單一

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程中自主實(shí)驗(yàn)的占比較小，多數(shù)為理論驗(yàn)證類型的實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)的所有環(huán)節(jié)與步驟都是統(tǒng)一安排好的，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生僅僅是一名操作者，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與過程中無任何實(shí)驗(yàn)區(qū)別，致使對(duì)于設(shè)備各方面了解都過于片面，這種單一性實(shí)驗(yàn)無法使學(xué)生積極主動(dòng)開展學(xué)習(xí)。

2.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境較差

為避免實(shí)驗(yàn)環(huán)境沖突問題的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇裝配桌面虛化軟件，在實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)中構(gòu)建虛擬機(jī)，利用虛擬機(jī)完成對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的部署任務(wù)，以此避免實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)發(fā)生系統(tǒng)故障的隱患。由于桌面虛化軟件的使用原理是在機(jī)器原有內(nèi)存中劃分出一部分內(nèi)存與CPU供給虛擬機(jī)使用，在本身實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)性能就一般的條件下，虛擬機(jī)在運(yùn)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)明顯無法提供性能上的硬件支撐。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝模擬器后，計(jì)算機(jī)性能對(duì)于運(yùn)算荷載過大，所以能在計(jì)算機(jī)內(nèi)打開的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是有限的。主要問題建立與迷你軟件對(duì)于計(jì)算機(jī)性能方面的要求較為嚴(yán)格，計(jì)算機(jī)配置較低的問題無法建立大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)工程組網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)操作。

3 解決方向

上述的問題存在于目前多數(shù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如何依據(jù)新技術(shù)手段通過現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境下，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程內(nèi)容需求，通過應(yīng)用虛擬化技術(shù)以及仿真軟件，使其與云平臺(tái)交互之后，搭建出一個(gè)關(guān)于實(shí)踐平臺(tái)，涵蓋網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。

3.1 應(yīng)用仿真軟件

應(yīng)用仿真軟件之后，能夠做到使每一位學(xué)員操作配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較少無法滿足實(shí)際應(yīng)用時(shí)，仿真軟件能夠通過模擬器而提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。當(dāng)頻繁拔插配線架接口而降低實(shí)驗(yàn)效果時(shí)，仿真軟件也能夠彌補(bǔ)這一點(diǎn)。仿真軟件絕大多數(shù)是仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通常有GNS3、eNsp、CiscoPacketTracert、BosonNetSim等。前兩種是真實(shí)模擬交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)安裝有關(guān)操作系統(tǒng)，并且虛擬出來網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。后面兩種則是為便于學(xué)習(xí)操作指令，仿真模擬出設(shè)備命令。

在較早時(shí)期，模擬器多以PacketTrace軟件為主，以此軟件完成有關(guān)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)過程中，這種軟件可以完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，通過圖形用戶界面所擁有拖拽功能實(shí)現(xiàn)。還可以實(shí)時(shí)查看到網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行情況，利用對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包傳輸以及處理完成。雖然此款軟件有較好應(yīng)用教學(xué)效果，但是也不太理想。GNS3、eNsp較比PacketTrace，則有幾方面突出優(yōu)點(diǎn)，一是在虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，能夠支撐更多命令以及指標(biāo)數(shù)據(jù)。因?yàn)镻acketTrace具有關(guān)于CCNA全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，致使對(duì)于部分命令以及指標(biāo)數(shù)據(jù)不夠敏感，難以擁有真實(shí)設(shè)備全部功能。二是能夠與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相連接，PacketTrace則是需要在封閉網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用設(shè)備。

3.2 云平臺(tái)完善實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在當(dāng)下科技發(fā)展手段進(jìn)步飛速的情況下，市面已經(jīng)出現(xiàn)多種處理方案來完成桌面虛擬化的技術(shù)手段，從整體系統(tǒng)穩(wěn)定性、分配難易幅度、硬件兼容性、技術(shù)應(yīng)用效用時(shí)長(zhǎng)、虛擬機(jī)性能指標(biāo)、在后續(xù)維護(hù)便利性等有關(guān)方面進(jìn)行分析以及對(duì)比。最后結(jié)果得出，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用VMware的Horizon完成。VMware Horizon由三大板塊組成，最底層負(fù)責(zé)硬件虛擬化程序，它將鋪設(shè)于硬件智商完成邏輯虛擬化的技術(shù)操作，同時(shí)將多個(gè)物力資源細(xì)化為虛擬主機(jī)。核心建設(shè)層面在底層之上，主要由Active Directory域服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)、vCenter Server三方面構(gòu)成。其功能是統(tǒng)一管理抽象后虛擬機(jī)、分配過ESXi物理機(jī)。在vSphere協(xié)助之下，HorizonView完成對(duì)虛擬桌面建設(shè)。虛擬桌面組成部分包含vCenterAccessPoint、ViewComposer、View連接服務(wù)器。關(guān)于虛擬桌面中管理功能，由View連接服務(wù)器完成，借此通過vCenterAccessPoint相連至vCenter。管理功能含有桌面連接代理、虛擬桌面配置等。桌面中鏈接克隆功能，即快速創(chuàng)建父映像桌面，則由ViewComposer提供。對(duì)于終端用戶來講，為能夠訪問桌面功能，則由View完成。

4 基于云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為建設(shè)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)首先完成云平臺(tái)搭建工作，改變目前實(shí)驗(yàn)室所用設(shè)備情況，借助仿真軟件聯(lián)合云平臺(tái)從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。應(yīng)用當(dāng)下實(shí)驗(yàn)室所有硬件基礎(chǔ)與云平臺(tái)完成搭建，開拓并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)性能，例如災(zāi)備性能等。任何服務(wù)器在虛擬桌面面前，都不具備隱私性。在運(yùn)行虛擬機(jī)時(shí)，不僅需要在服務(wù)器群集上進(jìn)行，還需供應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M器以及應(yīng)用軟件運(yùn)行。當(dāng)虛擬器上缺少物理服務(wù)器資源時(shí)，是無法提供足夠空間來使各種應(yīng)用軟件運(yùn)行。在計(jì)算機(jī)端裝配VMware虛擬機(jī)程序，將Windows10系統(tǒng)安裝在虛擬機(jī)上，并且將eSight軟件安裝在系統(tǒng)內(nèi)，與此同時(shí)安裝GNS3、eNsp模擬器。安裝完成后，VMware內(nèi)生成模板，在云端平臺(tái)進(jìn)行鋪設(shè)，利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)計(jì)算機(jī)登錄虛擬機(jī)，完成虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)驗(yàn)操作。

4.2 綜合實(shí)踐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)踐主要偏重兩方面，即實(shí)踐性、綜合性。要想使學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)能夠發(fā)揮較大效用，則需通過實(shí)踐操作實(shí)現(xiàn)。綜合實(shí)踐內(nèi)容可包括網(wǎng)絡(luò)安全、結(jié)構(gòu)化布線、網(wǎng)絡(luò)管理、Web應(yīng)用等。利用網(wǎng)絡(luò)工程綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)令學(xué)生對(duì)于網(wǎng)絡(luò)工程基礎(chǔ)架構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)化的認(rèn)知與理解。學(xué)生能夠從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃環(huán)節(jié)到通過系統(tǒng)化層層遞進(jìn)完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置從而建立網(wǎng)絡(luò)工程的裝配，通過組網(wǎng)試驗(yàn)從而開展網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)際操作。為直觀展現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可使用模擬器中注釋以及繪圖功能。綜合實(shí)踐能夠?qū)?shí)驗(yàn)環(huán)境以及內(nèi)容巧妙融合，將聯(lián)系性、結(jié)構(gòu)性、上層次性聯(lián)合，從而提升自主實(shí)驗(yàn)比重。

GNS3、eNsp能夠完成與多種路由器交換機(jī)進(jìn)行有關(guān)配置實(shí)驗(yàn)，仿真性能極高，并且可以應(yīng)用操作系統(tǒng)可以借助真實(shí)設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置以及后期維護(hù)時(shí)期，GNS3、eNsp能夠提供大量以及類型多樣化的設(shè)備。組網(wǎng)需求也因此能夠擴(kuò)大范圍且在模擬器中完成，并且能夠測(cè)試防火墻以及更新有關(guān)配置。另外，還能操作訪問控制等有關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。為實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠無障礙相互聯(lián)系，可以通過模擬器配置完成。將cloud設(shè)備以及路由器添加進(jìn)GNS3里，與此同時(shí)相連接到虛擬網(wǎng)卡，隨之用連接線將不同設(shè)備連接在一起。將cloud設(shè)備以及交換機(jī)添加進(jìn)eNsp里，也相連接到虛擬網(wǎng)卡。利用交換機(jī)配置選項(xiàng)，將不同設(shè)備交換機(jī)接口綁定在虛擬網(wǎng)卡處。借此，GNS3、eNsp已被橋聯(lián)在一起。在此情況下，不同廠商設(shè)備所存在場(chǎng)景，能夠通過仿真技術(shù)營(yíng)造出更貼近真實(shí)的模擬環(huán)境。

通過操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，體會(huì)其中不同廠商網(wǎng)絡(luò)配置指導(dǎo)思想，從而提升學(xué)員綜合實(shí)踐能力，追求學(xué)習(xí)更深層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要領(lǐng)。為虛擬設(shè)備與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)能夠相互連接，可以通過和本機(jī)網(wǎng)卡橋連接方式完成，在模擬器網(wǎng)絡(luò)中連接設(shè)備有關(guān)應(yīng)用功能。為管理以及維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，可以借助eNsp選出所需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，接著搭建網(wǎng)絡(luò)，映射則聯(lián)合Cloud與本地主機(jī)完成，將位于本地主機(jī)上的網(wǎng)管軟件開啟，SNMP配置模擬器里的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)元設(shè)備，則將模擬器中設(shè)備當(dāng)成網(wǎng)元設(shè)備。

5 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)工程的學(xué)習(xí)與實(shí)際操作階段引入VMware云平臺(tái)操作系統(tǒng)，不僅能夠脫離硬件限制，還可以減少設(shè)施設(shè)備投入，有效靈活的提高實(shí)驗(yàn)環(huán)境的多樣性。同時(shí)也因加入進(jìn)來網(wǎng)管軟件，得以繼續(xù)開發(fā)建設(shè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在內(nèi)部完善網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效篩選網(wǎng)絡(luò)工程具有時(shí)效性的實(shí)驗(yàn)課程與專業(yè)知識(shí)形成有效貼合，也更加直觀拓寬學(xué)生知識(shí)面與眼界，繼而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)效果，在模擬仿真的實(shí)際環(huán)境下學(xué)生更加直觀有效理解自身對(duì)于理論知識(shí)與實(shí)際操作結(jié)合的內(nèi)容，優(yōu)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工程平臺(tái)的優(yōu)化與發(fā)展。