基于VMware Horizon的云機房在中職教學中網絡控制的研究

樂俊　張輝清　盧建雯

本論文以珠海一職的云機房為例，根據學校當前云機房的硬件條件和VMware Horizon云框架環境，探討教師在上課的過程中如何進行課堂網絡的控制，幫助教師實時掌控課堂，有利于加強教師和學生的互動。

本文以珠海第一中等職業學校的云機房硬件為背景，作者作為云機房的實訓指導老師，在對云機房管理的過程中，研究和實施了一套適合當前教學環境的網絡控制方案，闡述了利用級域電子教室軟件和愛快軟路由軟件搭建此方案的框架。

一、云機房介紹

由于學校信息化需要，珠海一職建立了自己的云機房數據中心，學校云機房的整體結構如圖1所示。此數據中心包括了強大的主機服務器和存儲服務器，并配備UPS防止數據中心的異常斷電。數據中心中使用的是基于VMware Horizon虛擬化框架的云桌面技術，支持五間云教室同時工作。每間云教室包括50個瘦客戶端，每間教室可以提供給50名學生上課，學生通過瘦客戶端訪問數據中心的虛擬桌面。

二、云教室介紹

云教室的主要用戶是上課的教師、學生和機房管理員。云教室的核心部分是機房的數據中心。見圖二云教室用戶關系圖所示，教師、學生和機房管理員相互之間需要有效的溝通，同時都圍繞著數據中心進行數據的交互。

1. 數據中心是云機房的心臟，具有支柱地位

云機房是以數據中心為中心的，學生桌面和數據都存儲和運行在數據中心，只有數據中心的穩定運行才能確保整個云教室的正常工作。學校的云機房數據中心是基于VMware Horizon的虛擬桌面產品，VMware 云技術代表著主流云的發展趨勢，VMware強大的技術支撐為云教室的穩定運行打下基礎。VMware Horizon可為終端用戶提供跨會話和設備的個性化體驗，實現傳統PC難以企及的更高桌面服務可用性和敏捷性。

2. 機房管理員為云教室的運行和課堂教學提供技術保障

機房管理員通過基于Web的管理頁面對數據中心進行配置和管理，通過Web頁面也可以監視到每間云教室的運行狀態。當教師對云教室的軟件和硬件提出要求時，管理員可以靈活的調整數據中心中學生虛擬桌面的軟硬件狀態，為教師課程的信息化提供底層技術保障。

3.教師在云教室的使用起到引導作用和支配地位

教師課程的需求是構造云教室的方向，教師引導著云教室的建設和使用，同時教師在課堂中主導著學生去使用云教室。教師在云教室中通過主機訪問數據中心中的虛擬桌面和服務器資源，在教室中，可以通過適配云機房的級域電子教室軟件對學生的虛擬桌面進行控制，教師也可以通過級域電子教室軟件和學生進行教學互動。

4. 學生是云教室的使用主體

學生通過虛擬桌面和教師機進行交互。學生進入教室后，通過瘦客戶端進入到數據中心的虛擬桌面，在虛擬桌面中進行課程學習。學生進入虛擬桌面后進行學習，就相當于使用了一臺實體機一樣，只是所有的操作和數據存儲都是在和數據中心進行交互。

三、教學過程中網絡的控制

在教師上課的過程中，會遇到需要根據課程設計進行實時的網絡控制。當同學們需要進行上網查資料、模擬在線考試等與網絡相關的任務時，需要虛擬桌面能夠訪問網絡。當老師需要同學們進行本地實訓練習、認真聽課等行為時，我們需要虛擬桌面禁止訪問網絡。

隨著互聯網的發展，控制網絡的技術和方式多種多樣，網絡控制功能都需要軟件和硬件的同步配合和支持，跟機房的具體建設環境有關。根據作者調查研究，傳統常用的網絡控制方式有如下問題，上課時教師基本依賴于機房管理員去控制網絡，當需要開啟和關閉網絡時，通知機房管理員進行操作。控制網絡的工作依賴于機房管理員的速度和效率，教師無法實時的掌控課堂教學。機房管理員一般會遠程配置對應教室的路由器的路由表信息，此方式控制網絡，對網絡知識和動手能力有一定的要求。

根據學校云機房的特點，提出了一套教師實時控制網絡的方案。如下圖三所示云機房的網絡拓撲結構圖。云機房中數據中心通過交換機與瘦客戶端通信，教師和學生通過瘦客戶機訪問數據中心的虛擬桌面。教師通過級域電子教室軟件對學生的虛擬桌面進行控制，云機房和外網的交互通過愛快軟路由服務器實現。

云機房網絡控制的核心組件是級域電子教室軟件和愛快軟路由服務器。

1. 級域電子教室軟件是一款多媒體教學網絡平臺

每臺學生虛擬桌面中都安裝了級域電子教室軟件的客戶端，在每間云教室的教室虛擬桌面中安裝了級域電子教室軟件的管理端，當級域管理端和客戶端的頻道一致時，教師可以通過級域電子教室軟件管理端控制學生的虛擬桌面。設置每間云教室的虛擬桌面為獨立的頻道，每間教室對應不同的頻道，教師就可以管理自己的教室。

在級域電子教室軟件的管理端中，提供了網絡控制功能，教師可以通過管理端提供的白名單和黑名單機制來控制學生的上網行為。管理員設置管理端默認配置為白名單，只有在白名單中的網址才能被學生訪問，學生默認情況下，是無法訪問其它的網絡地址。當在課堂中，教師需要學生上網時，可以修改管理端中的配置為黑名單，只有在黑名單中的網址不能被訪問，其它的網絡地址都可以訪問。通過管理端配置的修改，教師可以實時控制學生的上網行為。

2. 愛快流控軟路由是一款免費的軟路由

軟路由軟件可以實現和正常路由器相似的功能。通過安裝愛快流控軟路由軟件到服務器中，通過服務器來實現路由功能。

在云機房中使用愛快軟路由軟件連接校園網和云機房的局域網，云機房通過校園網與互聯網交互。通過愛快軟路由軟件提供的Web管理端，管理員可以統一對整個云機房網絡進行關閉和打開，愛快軟路由軟件也提供了MAC地址過濾機制，允許特定的計算機或虛擬桌面擁有上網行為。本文的方案中，云機房中愛快軟路由軟件對網絡控制的開關是默認打開的，把云教室的網絡控制權限完全交給課堂教師。當云機房需要進行正式脫機考試時，通過愛快軟路由軟件來關閉整個云機房的網絡。

四、其它問題

云機房的使用者包括教師、學生和機房管理員，云機房的正常使用需要三方的共同努力。在本方案實施的過程中，發現如下問題。

云教室網絡的控制依賴于教師機級域電子教室軟件的管理端。教師需要學習和正常使用管理端的網絡控制功能，才能更好的控制教室網絡。由于云機房上課的教師較多，需要對教師進行統一培訓指導。

級域電子教室軟件是基于IP協議的多媒體教學網絡平臺。基于VMware Horizon的云桌面提供了兩種構造虛擬桌面的協議（Microsoft RDP和PCoIP協議）。在云機房運行過程中，出現整個云教室無法使用PCoIP工作的問題，修改成Microsoft RDP協議后學生瘦客戶端可以正常訪問虛擬桌面。但是在Microsoft RDP協議下，級域電子教室軟件無法正常使用，教師無法正常進行網絡控制。

由于學生的網絡控制依賴于級域電子教室軟件，出現過學生對級域電子教室軟件學生端進行退出和關閉的行為。此時，一方面機房管理員需要通過技術手段，對級域電子教室軟件學生端設置密碼，另一方面，通過規章制度約束學生的不正當行為，通過教師的教育和引導來保證課堂的秩序。

責任編輯 龍建剛