基于虛擬化的計算機網絡實驗平臺的研究與實現

（民航山東空中交通管理分局，濟南 250107）

1 引言

計算機網絡實驗平臺的建立，可以使人們能夠不受時空的限制，進行計算機項目的學習，提高學習效率，降低維護成本與系統成本，并能夠快速準確的反饋實驗結果。計算機網絡虛擬平臺，可以將抽象復雜的理論知識具象化和直觀化，提高人們的理解能力，人們可以實際體驗到存在的網絡和機器，滿足人們的實驗要求和學習需求。

2 計算機虛擬化技術

虛擬化技術具有資源利用率高、安全性能優異、可擴展性好、成本低、實用性強等優勢，與傳統的物理機模型相比，虛擬技術的管理硬件不是主機操作系統而改為虛擬機監視器。通過虛擬監視器進行硬件的調度和使用，解決了以往物理機使用的缺點，極大地提高了硬件使用率，而且還能保證虛擬技術應用的穩定性和科學性，避免信號傳輸中途中斷。虛擬化技術也可以理解為客戶機的操作系統，將計算機硬件資源比如網絡資源、中央處理器、存儲器、內存等有效整合起來。相對于傳統的方法來說，可以加快資源的交換速度和資源的利用率，不受物理狀態與地域的限制，并能夠簡化軟件配置過程，提高硬件的容量，實現多個中央處理器的并行，提高物理機的工作效率。

3 虛擬化計算機網絡實驗平臺的總體設計

在進行計算機網絡實驗平臺的構建的過程中，首先需要明確實驗室平臺購置的目的以及整體的系統架構，保證后續虛擬平臺構建工作的順利完成。計算機網絡課程需要將網絡劃分成層級結構，明確各層次的網絡設備以及網絡協議，以TCP/IP為中心，明確系統需要解決的問題，從實際需求和網絡建設效果出發設計功能結構。在虛擬化技術的基礎之上進行網絡實驗平臺的構建是當前計算機課程教育教學活動的重要組成部分，人們可以通過已有的系統選擇自行搭建網絡實驗，訪問遠程資源，提交實驗所需資源，實現系統的遠程管理與不同用戶之間的交互和溝通，網絡實驗平臺的系統管理員需要監控系統運行的實際狀況，并對各種用戶進行有效的管理活動，計算機網絡虛擬實驗平臺的用戶主要包括管理員、教師和學生三種。

計算機網絡虛擬實驗平臺系統的設計，需要包括課程所涉及到的絕大多數的實驗，包含協議數據抓取分析實驗、操作配置實驗、網絡編程實驗以及應用層協議實驗等。操作對象主要包括服務器和路由器，要求學生能夠在實驗操作中明確相關設備的基本設置以及工作原理，提高知識的實踐能力和應用水平。在網絡實驗平臺中，可以設計一臺路由器鏡像和Windows客戶端，通過登錄客戶端進行路由器的訪問并配置。網絡編程實驗可以使學生在實驗平臺中通過相關軟件和系統編寫基本的網絡程序，明確傳輸層編程方法和網絡通信的形式，以編寫出簡單的網絡軟件。計算機網絡實驗平臺的設置需要包括一臺服務器和客戶端，并在同一網絡環境下實現客戶端與服務器的通信。協議抓取實驗的目的是讓人們能夠掌握具體網絡包的引用格式以及現存網絡協議中所對應的網絡包的內容和形式，并明確網絡包的實際應用價值以及應用方法。實驗平臺可以通過提供一臺連接網絡的客戶端來完成協議抓取實驗[1]。

4 非功能性需求

除了上述系統功能性需求之外，還需要保證用戶之間網絡流量隔離、前后端高效通訊、實驗設備鏡像設計以及系統運行的高性能等非功能性需求的設置與維護。首先，用戶需要利用前后端通信進行拓撲圖的提交和反饋，但傳統網頁的加載形式會使得數據提交之后進行刷新而影響用戶的實際操作體驗，造成交互數據量的增加，影響系統運行的穩定性和科學性。因此，實驗網絡系統可以設置異步HTTP請求的方案，增強用戶的通信質量。其次，計算機網絡實驗平臺一般需要不超過三臺的虛擬機進行實驗數據抓取分析試驗，操作配置實驗等，但網絡層的實驗往往需要六臺以上的虛擬機。硬件配置與網絡設備的類型有關，要根據計算機網絡實驗平臺的工作要求和工作內容，合理配置硬件的內存以及CPU，結合用戶人數以及實驗內容合理設置虛擬機的數量以及相應的硬件配置，保證計算機網絡實驗能夠順利有序的完成，提高資源配置的公平性。另外，網絡拓撲圖對應的后臺資源包括應用服務器、客戶機、路由器、交換機和它們之間的連線，虛擬機的合理有效分配是保證各項后臺資源能夠有效配置的前提，相關后臺配置的設置需要在同一個局域網中進行通信，交換機連接的設置也要在一個局域網中，這樣需要在路由器連接的網絡過程中實現數據包的有效隔離，提高信號的強度和準確性，避免用戶之間網絡的相互影響而干擾網絡平臺的正常運作[2]。

5 結束語

綜上所述，基于虛擬化的計算機網絡實驗平臺可以為人們提供直觀的教育教學服務，提高計算機教育質量。本文主要通過對計算機虛擬化技術的探討，指出虛擬化計算機網絡實驗平臺的總體設計和非功能性需求設計，希望能夠充分發揮計算機虛擬網絡平臺的作用，保證計算機實驗教學活動的順利有序開展。