基于網絡虛擬化的網絡工程專業實踐教學研究

摘要：針對地方本科院校網絡工程專業實踐教學資源緊張、實驗室經費受限、硬件設備維護成本高、使用效率低、實驗效果不佳等問題，提出了將虛擬化技術的軟件和平臺引入實踐教學的方案。從服務器虛擬化、桌面虛擬化和網絡虛擬化三個方面進行研究和探討。通過實踐證明，基于虛擬化平臺和軟件的實踐教學能有效改善網絡工程實驗室課程的教學效果，提高資源利用率，也證明了虛擬化技術在實踐課程中的先進性和優越性。

關鍵詞：網絡工程;虛擬化技術;服務器虛擬化;網絡虛擬化

中圖分類號：G420文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0116-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

網絡工程實踐教學是網絡工程專業教學的重要組成部分，是培養學生手動能力和理論聯系實際的必由之路。學生通過完成各類網絡工程專業實驗可以達到對原理知識點和技術充分理解且運用自如的效果。但目前地方本科院校由于條件有限，在網絡工程專業實踐教學環節中存在如下問題：1）實驗室經費有限，無法購置高配設備，導致多數實驗停留在驗證階段，無法進行深層次的綜合設計。2）已有硬件設備陳舊，軟件平臺版本低.維護成本高，使用效率低。3）設備數量有限，無法滿足大量學生、多門網絡工程專業課切實的實踐需求。經過各地高校不斷研究和摸索，隨著虛擬化技術的不斷成熟，將虛擬化技術及相關軟件、平臺應用于網絡工程實踐教學中能有效解決上述問題。

虛擬化在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。通過引入一個新的虛擬化層對下管理真實的物理資源，對上提供虛擬的系統資源，從而實現了在擴大硬件容量的同時，簡化軟件的重新配置過程。對于用戶端，虛擬化技術實現了軟件跟硬件的分離，用戶不需要考慮后臺的具體硬件實現，只需要在虛擬層環境上運行自己的系統和軟件。高校網絡工程專業在實驗室建設和實踐課程開設時引入虛擬化技術可以有效解決資源配置不足、設備管理效率低、實驗類型單一、實驗效果差等瓶頸問題，對學生動手能力和實踐課程的教學效果的有明顯提升。

2 服務器虛擬化技術的實踐教學研究

服務器虛擬化通過區分資源的優先次序，隨時隨地將服務器資源分配給需要的工作負載來簡化管理和提高效率，從而減少為單個工作負載峰值而儲備的資源。通過服務器虛擬化，用戶可以動態啟用虛擬機，運行多個虛擬機可以充分發揮物理服務器的計算潛能，迅速應對突發的需求。網絡工程專業下設的《云計算》《Linux開發與應用》《服務器架設與維護》等專業課程都需要在Linux或Windows Server系列操作系統環境下完成實驗，而且部分課程需要在多操作系統的環境下完成實驗，通過服務器虛擬化技術，可以有效解決這一難題。

以《云計算》課程為例，在虛擬化平臺搭建部分，可以將六臺虛擬化服務器搭建成為一個集群，將集群劃分成三個主機組，每兩組同學使用一個主機組進行試驗練習日常學習。使用兩臺交換機，S5720-52pl走管理業務平面，連接桌面云所在管理平面，為學生提供實驗環境。S5720-52p2走BMC平面，后端對接服務器管理端，前端對接設備管理服務器，使設備管理服務器能夠連接到服務器BMC端，監控服務器的狀態信息。使用網線將BMC和管理業務所連接的交換機S5720-52pl和S5720-52p2連接起來，同時在交換機端進行VLAN隔離。然后連通到學生桌面所在的服務器外接交換機S5720-52p3上，使學生能夠通過該網線連接虛擬化平臺進行實驗和學習。

在桌面云搭建部分，可以將三臺桌面云服務器形成集群，在集群之上以虛擬機的形式部署桌面云組件，然后組合生成桌面云平臺，制作用戶桌面，根據實驗需求，制作出安裝相應軟件的完整復制桌面，然后發放36臺學生使用桌面，多發五臺做備份使用，2臺教師桌面，1臺備用。使用一臺交換機走管理業務口，并且和虛擬化平臺對接管理業務交換機連接，設備管理服務器對接管理業務交換機連接，滿足業務需求，其中管理業務視需求進行業務隔離。

同時，安裝學生客戶端盒子，鼠標鍵盤，網線，電源線，顯示屏，到學生課桌上。三臺桌面云服務器預留相同的資源導入FSA安裝包安裝VBS進程，使用后端兩光纖接口做聚合，然后打通和分布式存儲服務器的網絡，這里需要一個單獨的網段，或者做VLAN隔離，然后對接分布式存儲服務器。

3 網絡虛擬化技術的實踐教學研究

網絡工程專業下設的《路由與交換技術》《網絡互連技術》《信息安全》等實踐課程需要使用大量的網絡設備搭建網絡環境，對路由器、二層交換機、三層交換機、防火墻、服務器、無線設備的需求較高，多數情況下無法滿足一人一組設備的實驗要求，網絡虛擬化技術可以有效緩解這一矛盾，提高學生的實驗質量，起到充分鍛煉學生實操能力的效果。

目前網絡T程專業的主流網絡虛擬化仿真軟件有華為eN-SP、思科Packet Tracer和GNS3，以《路由與交換技術》課程為例，采用華為eNSP虛擬化仿真軟件。該軟件是在通用計算機平臺上模擬華為廠商的硬件設備，使得華為網絡設備的操作系統IOS能夠在個人電腦環境下運行。

eNSP仿真軟件可以在物理機硬件資源充足的條件下同時運行個人終端、交換機、路由器、防火墻、服務器、無線設備等多臺網絡設備的操作系統，配合以簡易直觀的拓撲規劃界面和CLI命令行，幫助學生實現大規模網絡系統的規劃、設計、部署、分析和診斷。同時該軟件集成了Wireshark抓包軟件，學生能在完成實驗的過程中，捕獲和分析網絡中的各類數據包，查詢數據包中各字段的值，便于及時發現問題，也能鞏固網絡協議理論知識。對比于采用物理機進行實驗，該模式能開出的實驗個數多、效率高、開銷低、學生積極性高、實驗效果好。

4 結語

虛擬化技術具備提高資源的利用率、豐富實驗類型、拓展實驗教學空間、提升學生積極性、充分鍛煉學生動手能力、投入低、產出高等優勢。在網絡工程實驗室建設與實踐實訓課程開設過程中，應積極引入成熟度高的虛擬化平臺和軟件，以提高學生手動能力為目標，遵循“虛實結合”的原則，提升實踐教學效果。這也是推進網絡工程實踐教學改革和提升實驗教學質量的必由之路。

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【通聯編輯：王力】

基金項目：湖北省高校省級教學研究項目C2018493）

作者簡介：劉陽（1981-），男，湖北武漢人，碩士，武漢學院信息工程學院講師，主要研究方向計算機網絡、網絡安全。