基于OpenStack的云虛擬網絡實訓室的設計與實現

◆陳顏

（成都工業職業技術學院信息工程學院 四川 610218）

1 前言

當前，隨著行業發展和技術變革，職業院校實訓室的實踐操作場景和應用資源已經不能滿足崗位技能實訓的需求，這導致了實訓室建設存在成本持續增加、設備利用率低的困境。以網絡實訓室的建設為例，實訓室需要大量的網絡設備來模擬真實的網絡應用場景，但這些設備價格不菲，而且還會隨著使用年限的增加產生較高的維護成本以及逐步淘汰，其設備利用率也會逐年下降，從而造成資源浪費。雖然近年來如eNSP、EVE等模擬軟件能夠通過仿真網絡應用環境來方便學生實踐操作，但是這些仿真軟件需要大量系統資源作為支撐，而學生電腦往往無法滿足其硬件需求，這使得教學質量不能得到良好的保證。

2 云虛擬實訓平臺設計的必要性

OpenStack是一個IaaS開源“云計算”平臺解決方案。相對于其他平臺，OpenStack具有基礎條件要求不高、部署簡單以及方便管理等優勢，其主要由計算、網絡、驗證、鏡像、塊存儲、界面等核心服務構成。云平臺通過服務器集群來構建資源池，然后以虛擬機方式提供給用戶實驗，并且根據網絡實驗環境的規模和用戶數量來動態調配系統資源。同時，云平臺充分利用EVE仿真模擬系統功能強大、應用簡便、方便遷移的特點來部署其用于應用環境的模擬。在部署過程中，云平臺可以將實驗環境處理成系統鏡像，然后根據實驗規模來動態分配資源的大小。這樣既可以讓學生根據需求自定義實驗環境，也可以預先設計好不同的企業應用場景，以便學生針對性的實驗。另外，由于EVE基于B/S的訪問架構，使用戶可以直接通過瀏覽器進行訪問操作，這樣簡便了客戶端的操作使用。此外，云平臺還可以通過網絡與外網相連，實現虛擬場景與真實環境的交互，有利于原有設備的利用以及平臺的遠程訪問和操作，使整個教學活動更加靈活。這種基于“云計算”的網絡實訓室建設思路，既可以有效地提高設備資源的利用率，有助于學生的技能培養更加匹配崗位需求。

3 云虛擬網絡實訓室的設計實現

3.1 系統架構設計

基于OpenStack的云虛擬網絡實訓室的設計主要以云平臺的搭建與部署為核心，其系統架構主要包括“云服務”和資源池兩部分，如圖1。其中資源池由若干臺機架服務器構成計算資源、存儲資源和網絡資源，為云平臺提供硬件支撐。云平臺則通過部署Nova、Keystone、Neutron等模塊的應用為EVE虛擬系統提供系統平臺和服務。同時云平臺還根據用戶需求對EVE虛擬系統進行統一的資源管理，以便于為用戶提供不同的實驗環境。此外，云平臺通過網絡與原有的設備進行互聯，實現虛擬網絡與真實網絡的搭配使用，既滿足了實驗環境需要，又兼顧了真實場景的實操。

圖1云虛擬網絡實訓室的系統架構

3.2 平臺部署與實施

本網絡實訓室采用基于OpenStack“私有云”的部署方式，使用3臺服務器來組建資源庫，其服務器配置信息如圖2。

圖2云平臺節點配置參數

在各節點的部署上，控制節點主要運行Nova、Keystone、Neutron、Cinder、Dashboard、各種網絡代理以及數據庫、消息隊列和NTP等支持性服務。計算節點則部署Nova計算服務的KVM以運行虛擬機實例，并且通過網絡代理，將虛擬機實例連接到虛擬網絡，并對實例提供防火墻服務。存儲節點包括Cinder塊存儲和共享文件系統，它為虛擬機實例提供磁盤存儲。

根據系統架構設計，網絡實訓室的拓撲結構如圖3所示。其中服務器集群通過數據中心交換機構建“云平臺”各節點的內部網絡，完成云平臺內部各服務模塊的數據傳輸。同時還通過核心交換機與網絡設備、客戶端構建外部網絡，用于云平臺的控制管理和應用互聯，并且接入到校園網中實現遠程訪問。

圖3云虛擬網絡實訓室拓撲結構圖

云平臺的搭建過程主要基于源碼安裝。首先，所有節點都要完成基礎環境的搭建：包括操作系統、網絡配置以及消息隊列等組件的安裝，此外計算節點還要完成KVM的部署。其次，分別在各節點設備上安裝相應的服務模塊完成平臺的搭建并由控制節點進行統一管理。然后，將EVE系統鏡像導入到云平臺中，在控制節點上創建虛擬機實例，并配置好相應的系統硬件環境和調用EVE系統鏡像，最后啟動實例即可。

3.3 平臺部署成效

在啟用虛擬機實例后，用戶進入EVE系統可直接打開已有的企業仿真實驗，也可自定義實驗，如圖4。

圖4 EVE系統網絡實驗環境

從平臺測試的效果來看，基于OpenStack的云平臺部署EVE應用系統能夠支持復雜或大型的網絡應用實驗，而且在基于OpenStack的資源分配下還能模擬不同的應用場景案例，為學生的實訓操作提供了豐富的項目素材。同時，云平臺還能通過網絡隔離實現用戶實驗之間的獨立，彼此不受影響。此外，“云平臺”接入外網，提高了網絡應用仿真的互補性，而且使教學方式更加靈活。

4 總結

當前，職業院校實訓室建設存在“實訓”資源短缺與應用需求增長不匹配的矛盾。本文則以網絡實訓室建設為例提出構建基于OpenStack的云虛擬網絡實訓室的建設方案，用以解決職業院校專業實訓仿真企業實踐環境的困難。從云平臺的搭建過程和測試效果來看，該方案是可行性。該設計充分利用了云平臺的資源整合優勢，提高了設備利用率，有效地解決了設備資源不足和實訓仿真度有限的問題，同時也為學生技能實踐提供了更多企業化的應用元素，為職業院校技能實訓室的建設和實踐教學提供了新的思路。