虛擬化技術在計算機網絡應用實踐教學的應用

侯海燕

摘要：職業類計算機網絡應用課程教學旨在培養學生企業網絡的規劃、設計、配置與維護的能力，著重于職業院校學生專業技能的培養，由此企業組網實踐教學項目的實踐教學尤其重要。計算機網絡應用實踐項目實操性較強，綜合程度高，本文研究了一種基于虛擬化技術的在線實驗室的可行性方案，搭建學院私有云，將服務器集群虛擬化管理，構建線上實驗系統，實現學生課堂內實驗室登錄訪問和課堂外遠程登錄訪問，實時或回看教師教學視頻，上傳或下載實驗，提高實踐教學的效率。

關鍵詞：私有云;虛擬化技術;在線實驗室

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）14-01 85-02

計算機網絡應用課程是計算機網絡技術專業的核心基礎課，培養學生中小企業網絡的規劃、設計、配置與維護的技能能力。該課程的核心教學內容包括以太網交換技術、VLAN、IP路由技術、網絡安全技術等。該課程的職業定位精確，重在培養學生的網絡方案規劃能力、IP地址規劃能力、網絡設備連線能力、網絡設備的管理和配置能力及網絡故障排除應用能力。

在傳統交換路由機房：

1）路由器設備、交換機設備、PC機數量有限，不能滿足每位同學獨立完成綜合企業網絡項目實施需求。

2）使用實驗室路由器、交換機網絡設備搭建并完成企業網絡實驗項目耗時較長，無法在正常課堂中及時完成。

3）實驗室教學缺乏實時視頻指導，且教師無法在課堂外視頻教學指導。

4）實驗軟件的硬件運行平臺要求較高，實驗軟件也日新月異，學校不可能對機房及時更新換代。

基于以上原因本文提出一種基于虛擬化技術的在線實驗室的可行性方案，在線實驗室包括裝有仿真軟件的實驗虛擬機和實驗指導視頻網站，可實現學生課堂內本地登錄訪問和課堂外公網遠程登錄訪問。課堂內外學生可通過PC端和手機端實時點播實驗指導視頻，不需要在現有實驗室基礎上額外增加軟硬件環境。

1虛擬化技術和私有云

虛擬化技術是指將服務器的硬件物理資源如內存、CPU、磁盤等進行統一整合，通過虛擬軟件對運行的計算機程序進行按需分配，達到資源利用最大化的解決方案。虛擬化方式包括硬件虛擬化、操作系統虛擬化和應用程序虛擬化等。虛擬化技術也是一種資源管理技術，是將計算機的各種實體資源，如服務器、網絡、內存及存儲等組成集群，虛擬化資源包括計算能力和資料存儲。

私有云是單位或者企業單獨構建的，可提供對數據、安全性和服務質量的最有效控制。私有云是專有資源，職業學校可架設私有云，供學校用戶訪問。利用學校私有云資源，在私有云上虛擬化管理，由管理主機統一管理分配虛擬主機。在私有云服務器上申請資源創建虛擬主機供云用戶訪問。

在線實驗室結構圖如圖1，公有網絡經由私有網絡訪問私有云服務器，私有云服務器通過虛擬化技術進行服務器集群管理，實現如下功能模塊，包括在線實驗室登錄模塊、實驗指導視頻點播模塊、實驗室鏡像系統及克隆虛擬主機。管理主機通過客戶端統一管理云服務器，云用戶（學生）可通過公網或私網訪問云服務器分配的虛擬主機獨立操作實驗內容。實驗室環境可根據實踐教學需要適時更改，不需要額外增設軟硬件設備和實驗耗材。

教師可提前訪問云服務器上傳實驗指導視頻到私有云供學生訪問，也可在課前上傳實踐實驗內容和課后下載學生作業。可靈活根據實踐教學需要增設實驗量，可根據實驗難度設置整體實驗時間，釋放實驗資源。

學生可課前提前下載實驗內容，點播實驗指導視頻，預習實踐實訓。課堂上登錄在線實驗室使用分配的虛擬主機進行仿真實驗，若課堂內實驗未完成，學生可課堂外在教師規定時間內使用公網遠程登錄訪問虛擬主機，達到在線實驗的目的。

2方案設計

2.1虛擬化平臺簡介

本文方案使用了VmwarevSphere可伸縮、可擴展的虛擬化平臺，VMware vSphere將應用程序和操作系統從底層硬件分離出來，可通過客戶端看到專有資源，也可用服務器端將云服務器作為資源池進行管理。其核心組件是VMware ESXi和VM-waI'e vCenter Servero

VMware vCenter Server是一個可伸縮、可擴展的平臺，可集中管理VMware vSphere環境，可統一管理私有云上的所有主機和虛擬機，虛擬機數量可幾百臺甚至幾千臺。圖2是VMwarevCenter Server的安裝界面。

VMware ESXi是一款可以獨立安裝的主機操作系統，可以使用VmwarevSphere Client遠程連接控制。ESXi服務器上可創建系統模板并克隆多個虛擬機，此類虛擬機可提供普通硬件服務器的功能。圖3是ESXi主機安裝界面。

2.2整體方案設計

計算機網絡應用課程傳統實驗室教學的缺陷在于實際路由器、交換機網絡設備搭建配置耗時較長，且沒有足夠的網絡設備供學生單人單用，且目前市面上的網絡模擬器的硬件運行環境較高，比如H3C公司的HCL模擬器。借助云服務器和虛擬化平臺的統一管理，可達到可訪問的云主機根據具體硬件要求來配置，不需要更換實驗機房的PC機。

根據圖1的在線實驗室的結構圖部署在線實驗室平臺，首先需要保證私有云服務器所連接的內網與學校實驗室互通，使學校實驗室用戶可通過校內網課內訪問私有云。其次私有云需要直連控制臺即管理主機，這樣管理主機方可統一管理私有云上的所有虛擬機。最后公有網絡的接人為課堂外遠程訪問私有云提供了保障。

私有云是整個在線實驗室的數據中心，是整個在線實驗室的資源池，供云用戶申請資源并使用。私有云上安裝VMwareEXSi主機并創建虛擬機。VMware EXSi的虛擬機有以下幾種類型：第一種類型是安裝了VMware vCenterServer的虛擬機，其中安裝VMware vCenter Server的虛擬主機的操作系統必須是Windows server 2012操作系統;第二種類型的虛擬機是根據實驗需求安裝有網絡類組網模擬軟件的Windows操作系統;第三種類型的虛擬機是可架設實驗視頻點播網站的WEB服務器;第四種類型的虛擬機是根據實驗鏡像文件克隆出的云用戶使用主機，可根據學生人數靈活生成。

管理主機是在線實驗室的另一個重要組件。管理主機上安裝VCenterer Client客戶端后，連接云服務器的VCenter serv-er，并將所有VMwareEXSi主機添加到集群中統一管理。為了使私有云與公有網絡互通，添加公網映射功能使互聯網用戶（課堂外用戶）訪問;為了便于用戶域名訪問可申請域名綁定公網IP。其中VMware vCenter Server虛擬機的IP地址就是服務器群的統一管理地址也就是在線實驗室的訪問口。

實驗視頻點播網站架設在云服務虛擬主機中，可『P地址訪問也可域名訪問，為了保證學生可課內外實時點播實驗指導視頻，引人手機端訪問功能，申請微信號或生成二維碼，方便學生在無PC端的情況下點播實驗指導視頻。實驗視頻文件需要教師提前錄屏并上傳。

實驗模板需要教師提前準備好軟件，準備好操作系統盤，制作操作系統鏡像文件并在云服務虛擬主機中安裝。實踐教學前根據學生人數克隆生成對應數量的主機。

該方案實現了學生課前點播實驗指導視頻預習實踐內容，課后未完成的實驗在教師規定時間內下載完成并上傳，不受實驗地點的限制。

3總結

本文研究虛擬化技術在計算機網絡應用實踐教學的應用，利用學校現有私有云服務器搭建計算機網絡組建在線實驗室，不需要額外購買云實驗室平臺。該實驗室的優勢在于實驗器材和實驗設備可隨時變更，節省實驗室開銷。并增加視頻指導點播功能，大大提高教學質量。且該方案也可遷移到其他計算機軟件類實踐教學中，教師可針對不同操作系統或者不同實驗軟件獨立定制實驗室模板，在云服務器上克隆出實驗主機，需要時使用，不需要時釋放資源，大大地降低了實驗管理員的工作量。