探究基于虛擬化技術與Web IOU構建的仿真網絡技術實訓平臺

余人杰

【摘要】在目前高校的網絡技術課程中，往往需要大量的網絡設備才能滿足網絡技術實訓要求，而如果使用物理設備，這些物理設備大多昂貴、易于損壞，且具有搭建網絡拓撲耗時、不易變動，演示效果不夠直觀等缺點。相比之下，使用仿真的網絡技術實驗平臺既能節約成本，又能提供易于操作、直觀、快捷的實驗環境。本文對利用虛擬化技術及Web IOU來實現仿真網絡技術實訓平臺的方法進行探究，使網絡技術實訓教學更易于開展。

【關鍵詞】虛擬化;Web IOU;仿真實訓平臺

在網絡技術實訓課程中，一個基本的網絡實驗就需要數臺網絡設備，以OSPF多區域實驗為例，需要4臺路由器，這也就存在以下的問題：第一、為了保證實驗的完整性及效果，這4臺路由器同一時間只能一個學生在使用，也就是說每班級一次實訓可能需要上百臺設備，顯然全部使用物理設備是不切實際的。第二、如果使用物理設備，搭建初始實驗環境（設備互聯、啟動、清空配置、設備切換等）就會耗費掉一定的時間，如果出現物理連線錯誤，排錯又需要一定時間，相對短暫的課堂時間，這是相當不利的。第三、教師的演示往往是通過投影儀、桌面共享等，學生不可能近距離觀看，無法對網絡拓撲不能一目了然，這就導致了演示效果不佳。第四、在做協議分析時，經常要捕獲網絡數據包，這在物理設備上是不易操作的。綜上所述，物理網絡設備在課堂時間較短的教學過程中所體現的效果并不理想，而解決的方法一般都是通過仿真軟件模擬網絡設備來進行平時的實訓。

現今，有很多可以模擬網絡設備或運行網絡設備操作系統的軟件，如：Cisco Packet Tracer、GNS3等，這些軟件都各有優缺點。Cisco Packet Tracer為純軟件模擬，簡單易用，但可實現的功能不多，GNS3為模擬硬件的軟件，模擬出來的設備可運行網絡設備的操作系統，功能較多，但資源占用較高。這些軟件都依賴于本機的資源，無法作為一個單獨的實訓平臺使用，而通過部署虛擬化技術及Web IOU可搭建一個能夠實時使用、遠程訪問的實訓平臺，下面對該平臺進行探究。

一、實訓平臺的優勢

1.使用虛擬化技術實現的動態基礎架構可做到靈活的資源拓展（vSphere 5.1支持4000個節點每集群），提高硬件利用率，降低能源成本。在購買服務器時，能做到較大的投資保護，在搭建網絡技術實訓平臺時，可以不用一次性購買服務器資源，后期根據需要再添加。

2.故障倒換時間小，虛擬化技術可實現虛擬機動態遷移，當其中某臺服務器故障后，該臺服務器的虛擬機可全部遷移到其它服務器上，不會導致實訓平臺中斷而無法使用，另外服務器一般24小時開機，學生可隨時使用網絡實訓平臺。

3.具有圖形化操作界面，可遠程訪問，Web IOU提供http訪問方式，不用安裝客戶端，通過網頁即可操作，這使得學生不僅能在課堂上使用該實訓平臺，在課后也能訪問該平臺進行自主學習。圖形化的界面提供了直觀的拓撲，有較好的演示效果。

4.Web IOU使用的是Cisco的IOL，能模擬的功能較為齊全，基本網絡的交換、路由實驗都可以模擬，并且模擬的設備資源占用率低。

5.快速的恢復能力：虛擬機有磁盤“快照”功能，所謂的“快照”是指虛擬機磁盤文件的某個時刻的備份，能在發生故障時快速的恢復到備份時的狀態。而Web IOU可預先為每臺設備做好配置，這就極大的節省了網絡設備初始化的時間。

二、實訓平臺的準備及要求

1.在硬件方面建議使用專用的服務器，可選用刀片服務器或多臺機架式服務器，服務器的配置（決定因素在CPU及內存）視同時在線的學生人數及實驗的規模而定。

2.虛擬化解決方案可選用Vsphere或Hyper -V，整合多臺服務器資源，可做集群并實現動態資源控制。之所以選擇虛擬化方案部署，就是考慮每次實驗的人數不同，所需的資源不同，使用虛擬化來動態調整、分配資源。小型實驗占用的資源少，可獨立完成，每人一套模擬機架，大型實驗占用資源多，分組共同完成，一組一套模擬機架。

3.在EXSI上創建虛擬機并安裝Web IOU，虛擬機的創建數量可等同于實驗的最大人數。

4.為Web IOU上傳Cisco IOL鏡像，因為Web IOU只是為IOL提供了一個簡易的操作界面，實際還需要IOL來模擬網絡設備的功能。

5.為了實現遠程訪問還需有公網IP（或學生宿舍能訪問到的地址），由于每臺虛擬機一個IP，如果虛擬機較多的話，IP不好分配，這時也可以配合VPN使用，只需要一個公網IP，虛擬機分配私網IP。

三、實訓平臺的操作

1.實訓平臺的管理員為虛擬機分配好IP，官方的Web IOU鏡像是基于CentOS的，修改IP可通過修改相關的系統文件。

2.教師備課時可通過網頁登陸Web IOU，如：管理員為教師分配的虛擬機的地址為192.

168.1.1，那么教師打開網頁，輸入“http：// 192.168.1.1”即可訪問Web IOU，接著通過添加實驗，即可編輯設備型號、接口數量、互聯信息等，也可預先為設備編輯初始化配置，之后保存即可。教師上課演示時，也是直接訪問上面的網址，再打開預先編輯的實驗，啟動設備并使用Telnet工具登陸設備即可演示。

同樣，練習題也可通過上面的方式預先做好。對于需要每個學生一臺虛擬機的，管理員也可通過VMWare的“克隆”功能簡單的完成復制。

3.學生上課時根據老師的要求，打開對應的虛擬機IP的網址，可根據學號來排IP地址。學生在操作的過程中只要不保存啟動配置，下次課可直接使用該實驗，如果誤操作導致配置丟失，可通過重新導入實驗解決。比較嚴重的問題則可通過虛擬機的“恢復快照”功能解決。學生在課后自習或做作業也能使用該平臺，可自定義拓撲，最大的好處是不占用、不依賴于學生自己的機器的資源，不會因為機器配置較低而無法完成實驗。

四、實訓平臺的維護

1.定期為虛擬機做“快照”，定期導出備份實驗文件。這樣在出問題的時候能夠及時的還原，降低故障時間。

2.定期清理實驗產生的系統臨時文件，減少虛擬機硬盤使用空間。

3.定期升級系統軟件及思科的鏡像文件，尤其是鏡像文件，確保能使用最新的功能集。

五、實訓平臺存在的問題

雖然實訓平臺提供給了師生便捷的實驗環境，但是也存在著以下的一些問題：

1.維護操作較為繁瑣，需要為每一臺虛擬機單獨的備份、更新實驗或系統文件。

2.缺乏認證功能，因為輸入網址即可登陸，這在安全上存在一定的隱患。

3.缺乏統一的調配、監控功能，學生課后使用時，有可能隨機使用這些虛擬機，而Web IOU的網頁登陸是可以多人同時登陸的，但只能一個人進行實驗，這就有可能兩個人同時使用一臺虛擬機，互相干擾，導致無法進行實驗。

六、結論

從技術角度來看，基于虛擬化與Web IOU搭建的網絡技術實訓平臺因其自身的優勢，而有著很好的發展和應用前景。當然，不能只看到該實訓平臺的優勢和特點，也應該看到該平臺帶來的安全性和管理弱化的問題。因此，該實訓平臺還需要更進一步的探究及改進。

參考文獻

[1]黃睿，周偉.基于Web IOU和VMware的虛擬網絡實驗室研究[J].電腦知識與技術，2013（36）.

[2]陸利剛，黃靜.Web IOU軟件在計算機網絡實驗教學中的應用[J].現代計算機，2013（13）.