無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐子蛟，楊善紅

（四川理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川自貢643000）

無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐子蛟，楊善紅

（四川理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川自貢643000）

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室管理和維護(hù)工作主要采用硬件保護(hù)卡或軟件還原管理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，在應(yīng)用中暴露出啟動(dòng)慢、易中病毒、管理繁瑣等問(wèn)題，對(duì)此設(shè)計(jì)了一套無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用測(cè)試，能夠高效地完成教學(xué)管理維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)考試任務(wù).

無(wú)盤技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室；設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速地朝縱深發(fā)展，高等學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理也更加方便.實(shí)驗(yàn)室管理是學(xué)校教學(xué)管理的一個(gè)重要方面，具有舉足輕重的地位，衡量一個(gè)學(xué)校教育管理是否合理，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)維護(hù)管理水平是評(píng)判的重要指標(biāo)之一.當(dāng)前，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)維護(hù)管理基本上都采用硬件保護(hù)卡或者軟件保護(hù)系統(tǒng)來(lái)管理，前者能夠防止病毒入侵，但要更改大量賬戶設(shè)置，較麻煩，后者則相反.網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模不斷擴(kuò)大，承擔(dān)了不同功能的工作，采用保護(hù)卡和軟件保護(hù)系統(tǒng)來(lái)管理存在以下弊端：

（1）軟件維護(hù)問(wèn)題.在對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)時(shí)，需要對(duì)其他工作站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拷貝，采用硬件保護(hù)卡拷貝，完成拷貝后還需逐臺(tái)更改計(jì)算機(jī)名稱，軟件保護(hù)系統(tǒng)雖然具有增量拷貝功能，但維護(hù)時(shí)間不靈活，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室存在維護(hù)工作量大的情況.

（2）賬戶設(shè)置問(wèn)題.對(duì)于多功能網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，它不僅要承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，而且還要負(fù)責(zé)無(wú)紙化考試和培訓(xùn)工作，系統(tǒng)登陸賬戶在局域網(wǎng)內(nèi)必須具有唯一性，無(wú)論是硬件保護(hù)卡還是軟件保護(hù)系統(tǒng)，都不具備這樣的功能，需要逐臺(tái)更改登陸賬戶名.

（3）安全性問(wèn)題.軟件保護(hù)系統(tǒng)功能上要強(qiáng)于硬件保護(hù)卡，但存在安全性問(wèn)題，比如：容易感染病毒、管理密碼容易被破譯等.

（4）穩(wěn)定性問(wèn)題.在系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中，容易出現(xiàn)藍(lán)屏和進(jìn)不了系統(tǒng)的情況，穩(wěn)定性不高.

（5）老舊機(jī)問(wèn)題.對(duì)于即將淘汰或配置較低的計(jì)算機(jī)，其型號(hào)和配置相差大，品牌各不相同，使用保護(hù)卡或軟件保護(hù)系統(tǒng)更會(huì)增加維護(hù)工作量[1].

1 無(wú)盤技術(shù)的工作原理

無(wú)盤技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)的具有C/S(客戶/服務(wù))模式的一種網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，客戶機(jī)不掛載硬盤，而是在服務(wù)端掛載一個(gè)虛擬硬盤，通過(guò)專業(yè)的軟件來(lái)維護(hù)和管理客戶機(jī).這種技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于管理方便，工作效率高，適用于企業(yè)、學(xué)校、網(wǎng)吧等.

1.1 PXE的工作原理

遠(yuǎn)程引導(dǎo)技術(shù)(PXE，Preboot Execute Environment)是由Intel公司開發(fā)，用于計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程啟動(dòng).它工作于C/S的網(wǎng)絡(luò)模式，支持工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)端服務(wù)器下載映像，并由此支持來(lái)自網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程[2-3].PXE協(xié)議包含用于查找啟動(dòng)服務(wù)器的DHCP協(xié)議和用于下載初始化引導(dǎo)程序和附加文件的TFTP協(xié)議，客戶機(jī)首先開始一個(gè)自檢測(cè)試，然后帶有PXE-ROM的網(wǎng)卡固件會(huì)廣播一個(gè)請(qǐng)求包（包含本機(jī)MAC地址信息），當(dāng)PXE服務(wù)器收到這個(gè)請(qǐng)求包后，發(fā)送一個(gè)明確的PXE選項(xiàng)DHCPDISCOVER包（包含IP地址、通訊通道號(hào)、鏡像文件）到客戶機(jī)，客戶機(jī)分析返回的數(shù)據(jù)包，再一次向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求啟動(dòng)文件數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)幾次的請(qǐng)求應(yīng)答來(lái)決定啟動(dòng)參數(shù)，并通過(guò)TFTP協(xié)議下載鏡像文件到客戶機(jī)內(nèi)存中，最后將控制權(quán)移交給客戶機(jī).

1.2 無(wú)盤技術(shù)的功能優(yōu)勢(shì)

有盤網(wǎng)絡(luò)考試的維護(hù)管理和安全是一個(gè)比較沖突的問(wèn)題，為了考試過(guò)程的安全和穩(wěn)定，每次考試必須要維護(hù)系統(tǒng)及軟件，使用網(wǎng)絡(luò)拷貝方式來(lái)維護(hù)不同類型計(jì)算機(jī)的工作量也非常繁重[4].對(duì)無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的管理，由于不要求客戶機(jī)配置必須統(tǒng)一，可對(duì)老舊、配置不同的客戶機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)，提高這些設(shè)備的利用率.組建無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大部分工作在模板機(jī)和服務(wù)器上進(jìn)行.只需要在模板機(jī)上安裝所需要的全部軟件，制作鏡像文件并上傳至服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)磁盤，由服務(wù)器負(fù)責(zé)管理整個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作站的正常啟動(dòng)和運(yùn)行.由于操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)都集中存儲(chǔ)于服務(wù)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的管理只需要在服務(wù)器上操作，成本較低，易于維護(hù).無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也很適用，可以通過(guò)無(wú)盤與虛擬機(jī)相結(jié)合的方式來(lái)滿足不同課程的需求[5].另外，無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)管理優(yōu)勢(shì)結(jié)合無(wú)紙化考試管理系統(tǒng)還能更好地完成考前和考后的任務(wù)，避免以前考試過(guò)程中系統(tǒng)維護(hù)量大、資源耗費(fèi)較高、工作效率低的問(wèn)題[6].

圖1 PXE工作原理圖

2 無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

2.1 硬件需求

(1)教學(xué)服務(wù)器：選用IBM X3100M4塔式服務(wù)器2582C2C，標(biāo)配4個(gè)硬盤,支持軟RAID 0,1,10；帶2個(gè)PCIE千兆網(wǎng)卡接口；CPU采用Xeon E3-1230 V2，3.3GHz頻率，8MB緩存；內(nèi)存使用2塊4GBDDR3.

(2)考試服務(wù)器：選用技嘉GA-7PESLX主板；配置4塊DDR3-1600 4GB內(nèi)存；2塊千兆網(wǎng)卡；4塊SATA接口硬盤.

(3)交換機(jī)：接入層采用H3C-S1526和H3C-1024系列組合，具有24個(gè)10/100Mbps自適應(yīng)以太網(wǎng)端口和2個(gè)10/100/1 000Mbps自適應(yīng)以太網(wǎng)口；核心層交換機(jī)采用H3C-S5024P系列，它具有端口雙向鏡像、端口和MAC地址綁定，以及端口聚合等功能.

(4)工作站：奔騰雙核5200(2.5GHz)CPU，金士頓DDR2 800 MHz 4 GB內(nèi)存，英特爾G33/G31 ExpressChipset Family(256MB顯存).

2.2 軟件需求

服務(wù)器軟件主要采用Windows 2003操作系統(tǒng)、銳起網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、虛擬內(nèi)存盤工具RamDisk 9.0和超級(jí)緩存軟件SuperCache.

(1)RamDisk是一種把內(nèi)存模擬為硬盤使用的技術(shù)，能夠提高系統(tǒng)、文件的訪問(wèn)速度.無(wú)盤服務(wù)器使用這種技術(shù)能夠加快對(duì)系統(tǒng)訪問(wèn)的速度.

(2)SuperCache是一個(gè)用內(nèi)存來(lái)保存讀取過(guò)的硬盤數(shù)據(jù)的軟件，它將計(jì)算機(jī)由硬盤讀取過(guò)的文件保存在指定的內(nèi)存中，若需再讀這些文件，能夠直接在內(nèi)存中讀取，加快了文件的讀取速度.

(3)銳起無(wú)盤管理系統(tǒng)是基于PXE的用于遠(yuǎn)程啟動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟件系統(tǒng).對(duì)系統(tǒng)的安裝使用有以下幾個(gè)步驟:安裝服務(wù)器→安裝模板工作站→加入啟動(dòng)模板工作站→網(wǎng)絡(luò)磁盤分區(qū)→上傳模板鏡像.2.3網(wǎng)絡(luò)配置

由于無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了較多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和無(wú)紙化網(wǎng)絡(luò)考試任務(wù)，要求網(wǎng)絡(luò)具有較快的速度和較好的穩(wěn)定性，整個(gè)系統(tǒng)如圖2中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所示[7]，接入層交換機(jī)有8臺(tái)（圖中只畫出4臺(tái)），每2臺(tái)一組并進(jìn)行堆疊，可以接入45臺(tái)無(wú)盤工作站，48個(gè)以太網(wǎng)口采用百兆網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)千兆網(wǎng)口向上級(jí)聯(lián)到核心層交換機(jī)，接入層和核心層均采用六類千兆網(wǎng)線進(jìn)行連接，考試服務(wù)器和教學(xué)資源服務(wù)器各自2個(gè)千兆網(wǎng)口連接到核心交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分流的作用，保障服務(wù)器收發(fā)數(shù)據(jù)流暢穩(wěn)定.

3 無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

圖2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境拓?fù)鋱D

(1)當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)仿真、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，以及VS2010、3DMAX等大型軟件設(shè)計(jì)類課程.大型設(shè)計(jì)類軟件通過(guò)硬盤啟動(dòng)時(shí)存在速度慢和占用系統(tǒng)資源高的問(wèn)題，使用無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)結(jié)合超級(jí)緩存技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題，工作站資源消耗對(duì)比見表1.

表1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室資源消耗對(duì)比

從表1可以看出，有盤和無(wú)盤系統(tǒng)在同樣的配置下啟動(dòng)，無(wú)盤在CPU利用率、內(nèi)存、啟動(dòng)時(shí)間上都占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì).對(duì)于網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)具有更多優(yōu)勢(shì)，結(jié)合自身的內(nèi)存和CPU，可以使用GNS3軟件來(lái)仿真網(wǎng)絡(luò)，如：在一臺(tái)工作站中使用3臺(tái)路由器和3臺(tái)PC機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，無(wú)盤和有盤的CPU利用率分別為68%和94%，內(nèi)存利用為1.47GB和1.18GB，同時(shí)，無(wú)盤運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行速度效率都更高，這也說(shuō)明了使用超級(jí)緩存技術(shù)來(lái)運(yùn)行大型專業(yè)軟件的效率是非常高的.

(2)無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合無(wú)憂網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸客戶端考試信息并在服務(wù)器硬盤進(jìn)行存儲(chǔ)的方式來(lái)保存考試信息，可以保證考試的安全性和穩(wěn)定性.服務(wù)器資源消耗對(duì)比見表2.

通過(guò)對(duì)公共基礎(chǔ)課考試進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，能夠按每批次200～250人的規(guī)模進(jìn)行考試，考試服務(wù)器穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)安全性高,達(dá)到了預(yù)期的效果.

表2 考試服務(wù)器資源消耗對(duì)比

4 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室維護(hù)和管理中存在問(wèn)題的分析，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一套能滿足教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)考試的無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案，經(jīng)過(guò)測(cè)試表明：(1)改進(jìn)后的無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室能夠承擔(dān)更多學(xué)科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理工作，管理方便，操作靈活.(2)通過(guò)無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)進(jìn)行考試，是對(duì)傳統(tǒng)考試方式的一種改進(jìn)，能夠最大程度節(jié)約考試資源.

[1]張楠.無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用多媒體網(wǎng)絡(luò)教室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,3(32):117-119.

[2]王亞林,張偉民.基于PXE終端無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)在機(jī)房改造中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012,31(4):207-210.

[3]董延華,李曉佳,李爽,等.基于PXE模式的微機(jī)維護(hù)策略研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào),2012,30(4):441-443.

[4]文駱璇,崔鵬.無(wú)盤技術(shù)應(yīng)用于高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵點(diǎn)分析[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用,2011,28(1):215.

[5]孫輝,張銳,趙桂娟,等.基于虛擬磁盤技術(shù)的無(wú)盤實(shí)驗(yàn)室管理模式配套技術(shù)改革方案研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2013,4(4):247-249.

[6]彭仁明,李岷.基于PXE的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)清理系統(tǒng)[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào),2012,23(6):59-63.

[7]周明塋,劉翔,唐全旺,等.基于PXE的無(wú)盤工作站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].情報(bào)探索,2012,2(2):97-100.

【編校：李青】

The Design and Application of Netw ork Laboratory Based on Diskless Technology

TANGZijiao,YANGShanhong
(SchoolofComputerScience,Sichuan University ofScience&Engineering,Zigong,Sichuan 643000,China)

In view of the fact that network laboratorymanagement and maintenance work aremainly dependent on the hardware protection card or restore softwaremanagementsystem,which bear problems such as slowness in start,vulnerability to virusand complicacy ofmanagement in the application,a setof disklessnetwork laboratory system was designed, through the application ofwhich efficient completion of the teachingmanagementwas realized and the network examination task can beaccomplished.

diskless technology;network laboratory;design

TP393.07獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1671-5365(2014)12-0082-03

2014-05-21修回：2014-06-09

四川理工學(xué)院科研資助項(xiàng)目(2012ky10)

唐子蛟(1982-)，男，實(shí)驗(yàn)師，本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、信息處理技術(shù)

時(shí)間：2014-09-05 13:40

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20140905.1340.002.html