一種基于多虛擬平臺的計算機網絡綜合實驗模擬系統構建

許斌

摘要：虛擬平臺技術是計算機專業中的新興平臺技術，可將虛擬軟件平臺中的計算機硬件融合至同一個計算機操作系統中，在此計算機操作系統中可靈活操作虛擬硬件。在現代網絡服務商提供的網絡服務中，基于虛擬平臺技術的計算機操作系統已實際應用至網絡服務商的實踐實驗中，同時虛擬平臺技術的發展已同步面向計算機專業實訓領域。文章針對計算機實驗室的軟、硬件綜合實訓方案設計的特殊需求，創新實驗了計算機專業實訓中未曾出現的新功能，以期提高計算機實驗室的利用率。

關鍵詞：多虛擬平臺技術應用;計算機網絡實驗系統;創建虛擬機

中圖分類號：C642.4;TP393-4

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（ 2020）12-0090-04

0 引言

在計算機專業的實驗室中，可通過軟、硬件技術的綜合應用將計算機實驗室劃分為四個“母體”實驗機房，并通過前期的總體研究以及規劃設計方案支撐平臺設計方案[1]。該計算機實驗室通過實踐與初步結果分析對比，發現在計算機實驗室配合使用計算機網絡綜合實驗模擬系統時研究出的目標可采用中、高配置的計算機系統，并創新建設出較高性能服務器（ Server）和高質量網絡平臺（Web Platform），在實際實驗應用中取得了符合前期設想的效果，為計算機網絡綜合實驗模擬系統的構建提供了良好的硬件環境基礎。

1 多虛擬技術平臺搭建優勢及特點

1.1 多虛擬技術平臺軟件

在現代科學技術的支撐下，應用較多的虛擬軟件有QEMU、Virtual PC等專業的虛擬機軟件[2]。都可在wmdows系統上進行模擬計算。例如Virtual Machine是一種能夠在多系統運行并操作便捷的一種虛擬機，可為計算機網絡的綜合應用提供較為專業的硬件配備。Vmware軟件則可以通過一臺主計算機模擬操作出多臺子虛擬計算機的效果，將多樣化的操作系統運行至同一個計算機內，子虛擬計算機同樣可模仿主計算機的應用模式對安裝系統（Installation System）、格式化（Forrnat）、應用軟件等進行操作。Vmware在虛擬實驗中可適應不滿足實驗條件的計算機單機實驗。

1.2 多虛擬技術平臺特點

虛擬平臺在計算機網絡綜合實驗中的模擬模型構建主要占有以下4點優勢

1）虛擬平臺可模擬系統硬盤衍生出多個文件，且可對原系統進行快速修復以及還原穩定狀態。

2）虛擬平臺可在虛擬機的應用過程中實現多系統的聯動協同操作，將文件、有線網絡、周邊電子設備通過平臺進行共享。如2個Vmware可在wmdows系統中同時運行，進行虛擬環境中的對話，可設置為一個虛擬機在前臺，一個虛擬機子在后臺進行呼應式運行[3]。

3）虛擬平臺可根據硬件模板虛擬出多個標準硬件，并且基本類似于主機的硬件構造，可在一定時間內進行復制

4）虛擬機可根據主計算機進行多臺虛擬機的相互并發運行，且各虛擬機之間可進行客戶服務方式的運行方法。

2 計算機網絡綜合實驗模擬系統方案設計

為滿足計算機網絡架構的建立需求，創建富有層次性、系統性、整體性、時效性以及空間感的計算機網絡實驗系統是基礎[4]。在搭建實驗方案構架時，可從實驗類型、實驗主題、實驗層次3大方面進行糅合分析，以基礎理論作為實驗方案的基底，以明確實驗目的為最終實驗目標，形成由“點”至“面”的科學實驗方案。計算機網絡綜合實驗模擬系統架構如圖1所示。

根據實驗的性質以及實驗目的可將計算機網絡綜合實驗模擬系統分為以下3個類型。

1）綜合型實驗模擬系統。包括計算機網絡攻擊及防范方法測試以及網絡終端綜合安全策略設計。

2）驗證型實驗模擬系統。驗證型計算機網絡綜合實驗模擬系統可分為對網絡設備的配置、網絡協議驗證分析、基本網絡指令設置等[5]。

3）設計型實驗模擬系統。主要針對計算機網絡參數的分析、網絡安全策略實施、以及相關計算機運行的協議程序開發。

根據計算機網絡專業理論內容，可將計算機網絡綜合實驗模擬系統具體分為以下3個主題。

1）計算機網絡配置。主要將網絡細分為網絡應用、安全、服務。

2）計算機網絡結構。網絡模型是計算機網絡體系結構的骨干，網絡策略、網絡連接方式是支脈，最終架構出整個計算機網絡結構。

3）計算機網絡組織。主要分為網絡現實、網絡物理結構。

根據計算機網絡綜合實驗模擬系統建立的難易程度可將實驗過程分為以下3個層次。

1）研究探索型層次。主要將計算機網絡實驗模擬系統的研發過程作為關鍵環節，將實驗目標、實驗設計方案、實驗結果分析探究作為計算機綜合實驗模擬系統中間的層次環節，最后在個體團隊的配合下，將實驗的主題性、類型、層次進行統籌設計，構建多樣化且同時具備穩定性和安全性的計算機網絡綜合實驗模擬系統[6]。

2）專業實踐層次。將計算機網絡的架構設計、應用性、以及計算機安全性能的設計與實現作為主要的構架部分。

3）基本實踐層次。以計算機網絡專業理論為基礎，設計者應熟悉網絡的相關關鍵技術以及計算機的各類軟件系統以及硬件系統的性能指標，將網絡中各種狀態的含義進行掌握熟悉。

在滿足計算機網絡綜合實驗模擬系統構建的條件需求下，設計恰當的試驗平臺以及明確實驗目的和難以程度都是為后期的實驗操作進行的合理鋪設。

3 計算機網絡綜合實驗平臺的選擇與模擬系統構建

3.1 多虛擬平臺下計算機網絡綜合實驗系統的選擇

根據計算機網絡綜合實驗的設計方案，可挑選出人機互動性強、平臺成熟度高、操作便捷、成本低廉的虛擬實驗平臺。在確定實驗主體和實驗類型后計算機網絡綜合實驗系統需憑借3種虛擬實驗平臺的技術手段來支撐整體系統運行的流暢度、穩定性、安全性，即搭建虛擬計算機網絡系統、虛擬計算機網絡設備應用、虛擬計算機網絡實驗模擬3大平臺[7]。VMW（VMware Workstation的簡稱）可用于計算機網絡系統的模擬，其自身的流暢性在虛擬網絡方面具有鮮明的使用優勢;ubuntu64（簡稱UB）在虛擬網絡設備應用方面可便捷計算機網絡綜合實驗系統的數據可視化、設置系統詳細數據等功能的開發使用，并且支持在多種型號的計算機系統中運行，如圖2所示;在計算機網絡實驗模擬平臺的設計開發過程中，可使用NS2軟件模擬平臺，其拓展性相較其他軟件更具優勢，且對計算機下達指令的反應速度較為敏感，如圖3所示。

NS2的系統模擬功能僅適用于Unix內核的操作系統，本文在局域網的鏈接狀態下對遠程NS2的操作系統進行了擴充功能的設置，且基于Java語言編寫的客戶端能夠同時運行于Unix和Windows操作系統[8]。

3.2 基于多虛擬平臺的計算機網絡綜合實驗系統構建

3.2.1 虛擬技術實現平臺的搭建

在多虛擬平臺的應用基礎上搭建計算機網絡綜合實驗模擬系統是本文研究的主要內容，各項目的實現都是依托于虛擬平臺的搭建，4個虛擬計算機實驗室的使用效果都取決于虛擬平臺搭建時的應用系統是否合適，由此可知，虛擬平臺技術的平臺搭建可分為以下2個環節。

1）虛擬軟件的選擇。構建此計算機網絡綜合實驗模擬系統的關鍵技術在于虛擬平臺技術，經過反復的測試和比較，將微軟公司出品的Vmware Workstation做為虛擬平臺軟件，由Windows操作系統提供優異的技術支持，Vmware Workstation的適應能力較強，可搭配不同硬件的配置進行應用。

2）計算機實際操作平臺的選擇。計算機的實際操作平臺主要受操作系統通用性和虛擬軟件支持平臺的影響，在兼顧“四合一”的的平臺搭建基礎需求上，最終確定使用Windows2000server和Win-dowsXP雙系統進行搭建。WindowsXP可實現數據開發與測試、網絡操作系統構建以及Windows2000serv-er可實現網絡平臺服務功能以及數據開發測試功能，是本計算機系統與軟件實驗室操作系統最終確定的2大平臺[9]。

3.2.2 計算機網絡綜合實驗模擬系統運行模式

在上文對實驗類型、實驗主題、實驗層次的詳細設計論述下，通過選擇合適的實驗方案和相應的虛擬拓展平臺可構建出此綜合實驗系統。詳情如表1所示。

3.3多虛擬平臺技術使用于計算機網絡綜合實驗的效益與分析

3.3.1 提供完善獨立實訓平臺

以往的計算機網絡實驗平臺僅僅只能保障一組網絡實驗環境的穩定性，對于實驗過程中計算機配備不足的問題可從根本上依靠多虛擬平臺技術進行問題解決。當使用多虛擬平臺技術后，可將單一的計算機硬件虛擬化為多臺計算機，將網絡的相關實訓進行整合處理。傳統的網絡實驗測試平臺可在多部計算機中進行聯動應用。

3.3.2 節省實驗室資金投入

在傳統模式下搭建4個實驗室需要分別進行計算機硬件創建，但往往也不會達到最理想的效果。IOS系統的網絡計算機實驗室投資會消耗巨大的資金成本，通過以往的項目資金核算發現實驗室的建設大約需要130萬（計算機網絡綜合實驗室50萬+軟件開發實驗室30萬+IOS系統實驗室45萬+Unix系統實驗室10萬）左右的資金支持。但多虛擬平臺技術的應用使得四個實驗室的搭建更加便捷，包括最先進的多媒體設備以及網絡安全服務控制系統，且費用較低，與傳統模式下相差2倍左右。

3.3.3 優化場地及管理模式

傳統的4個實驗室機房占地面積約為420m2，占地面積過大，造成一定的資源浪費，且對后期管理人員來說無疑是一個巨大的維護工程量。而虛擬平臺技術在新型計算機網絡綜合實驗臺的應用從根本上緩解了這一現象，從占地面積的角度來講，只需占用以往四分之一的面積（約120m2）就可將綜合實訓完成。從后期人員維護角度來講，從單一的機房硬件管理維護增加了軟件技術故障輔導等項目，促進了機房管理人員的計算機專業水平以及管理水平。

4 結語

計算機網絡綜合實驗模擬系統的建立需要充足的計算機專業基礎知識來支撐，同時需要依附于多種虛擬平臺為技術載體，搭建出系統性、整體性、層次性的計算機綜合實驗模擬平臺[10]。而虛擬實驗平臺的人機交互功能使得開發者在視聽方面能夠更為直觀的得到實驗內容結果，節省了后期工作人員管理使用維護硬件的成本，為計算機專業的可持續發展增添了科技力量。

參考文獻

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