基于云平臺的網絡綜合實驗平臺的設計

陸海峰 李慢慢 張雅娟 顧逢潤

（海南科技職業大學 海南省海口市 571126）

網絡綜合實踐的主旨是根據計算機技術理論與實際操作相結合，使學生擁有設計、搭建并維護計算機網絡的專業技術能力，在學生學習理論知識與基礎的同時，還能夠了解到關鍵需要學習環節，即網絡建設、管理的方式。學生在熟知理論知識以及掌握實踐能力基礎上，通過全方位實際進行操作后，還可以以自身或團隊狀態，完成一系列從始至終連續性的網絡工程整體實驗活動，即從選擇網絡設備型號、配件配置、設計方案、預算核對、施工全過程、后期測試上線、維護平臺秩序、管理平臺運作、應用程序開發等等。

網絡工程是一項交互性極強的學習科目，單一課程的教學與實踐對網絡工程的學習與實踐操作是無法形成學習體系的[1]。對網絡工程的實踐操作是要以網絡工程的專業課程群體作為核心基礎，將課程內容中多門實踐內容通過科學有效的方法進行合理編排從而形成有機的整體架構才能更好的幫助學生理解并應用這門課程的學習內容。網絡工程并不是籠統的將所有課程整合的結果，而是在對于實驗與實際學習需求結合，通過對比與分析，將實驗內容有機的分解，資源二次優化，篩選出難度適合當前學習內容且易于開展的實驗項目，優化交互性，使項目集中于一個整體當中，建立新的綜合實踐體系，更加符合學習實踐操作的狀態。基于此，對于培養以及提升學生建設網絡整體工程能力，網絡綜合實踐操作有著至關重要推進作用[2]。

1 網絡綜合實驗內容現狀

網絡工程專業實踐教學分為課程實際操作與專業綜合實際操作兩個環節，實驗平臺在開展前的核心訴求也是在對于各類網絡工程課程進行支撐并分析。在實驗平臺建立的前期階段，通過給實驗小組裝配小型機柜、交換機與路由設備，采用綜合布線方式，將網絡接口延至配線架。在實際操作環節，不需要移動設備，只要在配線架進行跳線便可使設備之間連接[3]。通過上訴操作一系列步驟，可促使在實驗平臺中，驗證性、設計性與綜合交互三方面相互支撐，根據計算機學習內容中基本實踐—專業實踐—綜合實踐的階梯式學習分析，對于計算機網絡原理的課程實驗平臺處于基本實踐環節，操作多為驗證性實驗操作。Cisoo Packet Tracelt圖形化的顯示界面對于學生的學習效果也將更直觀便捷，利于學生將籠統抽象的網絡工程原理架構轉化為自己可以理解的知識操作。專業實踐環節則需要建立多項網絡工程的專業課程供學生進行操作，內容，完成實踐教學資源最大化應用，將學生理論知識與專業技術操作相結合，更好的將課本知識與未來實際網絡工程項目有機結合。

2 網絡工程現階段的問題

我國多數實驗平臺難以滿足上述要求的技術支撐，想完成多項網絡工程實踐工程的綜合學習與實際操組，當下的實驗平臺則難以滿足，具體的問題與難點分為以下幾個方面：

2.1 實驗設備不完善

網絡工程作為一項交互性極強的學科，不同的實驗操作下，所需要的型號、規格、操作系統等諸多不同，都很難將實際實驗操作進行展開，而大量購置網絡設備則需要極大的資金投入，從而學生在實驗操作中僅僅能接觸并掌握到1-2種同系列產品的學習與配置使用方法，局限性較大，無法完成綜合實踐教學的學習任務。

2.2 實驗形式單一

網絡工程專業課程中自主實驗的占比較小，多數為理論驗證類型的實驗，由于實驗的所有環節與步驟都是統一安排好的，在實驗中學生僅僅是一名操作者，實驗結果與過程中無任何實驗區別，致使對于設備各方面了解都過于片面，這種單一性實驗無法使學生積極主動開展學習。

2.3 實驗環境較差

為避免實驗環境沖突問題的發生，實驗平臺選擇裝配桌面虛化軟件，在實驗的計算機中構建虛擬機，利用虛擬機完成對于實驗環境的部署任務，以此避免實驗室計算機發生系統故障的隱患。由于桌面虛化軟件的使用原理是在機器原有內存中劃分出一部分內存與CPU供給虛擬機使用，在本身實驗計算機性能就一般的條件下，虛擬機在運算結果與實驗環節明顯無法提供性能上的硬件支撐。實驗平臺計算機安裝模擬器后，計算機性能對于運算荷載過大，所以能在計算機內打開的網絡設備是有限的。主要問題建立與迷你軟件對于計算機性能方面的要求較為嚴格，計算機配置較低的問題無法建立大規模網絡工程組網的實驗操作。

3 解決方向

上述的問題存在于目前多數網絡實驗平臺，如何依據新技術手段通過現有實驗硬件環境下，依據網絡工程專業課程內容需求，通過應用虛擬化技術以及仿真軟件，使其與云平臺交互之后，搭建出一個關于實踐平臺，涵蓋網絡綜合實驗性質。

3.1 應用仿真軟件

應用仿真軟件之后，能夠做到使每一位學員操作配置網絡設備。當網絡設備較少無法滿足實際應用時，仿真軟件能夠通過模擬器而提供網絡設備。當頻繁拔插配線架接口而降低實驗效果時，仿真軟件也能夠彌補這一點。仿真軟件絕大多數是仿真網絡設備，通常有GNS3、eNsp、CiscoPacketTracert、BosonNetSim等。前兩種是真實模擬交換機、路由器等網絡設備，通過應用計算機安裝有關操作系統，并且虛擬出來網絡設備。后面兩種則是為便于學習操作指令，仿真模擬出設備命令。

在較早時期，模擬器多以PacketTrace軟件為主，以此軟件完成有關網絡課程設計實驗。在教學過程中，這種軟件可以完成網絡拓撲，通過圖形用戶界面所擁有拖拽功能實現。還可以實時查看到網絡整體運行情況，利用對網絡中數據包傳輸以及處理完成。雖然此款軟件有較好應用教學效果，但是也不太理想。GNS3、eNsp較比PacketTrace，則有幾方面突出優點，一是在虛擬網絡設備中，能夠支撐更多命令以及指標數據。因為PacketTrace具有關于CCNA全部網絡設備，致使對于部分命令以及指標數據不夠敏感，難以擁有真實設備全部功能。二是能夠與真實網絡環境相連接，PacketTrace則是需要在封閉網絡環境下使用設備。

3.2 云平臺完善實驗環境

在當下科技發展手段進步飛速的情況下，市面已經出現多種處理方案來完成桌面虛擬化的技術手段，從整體系統穩定性、分配難易幅度、硬件兼容性、技術應用效用時長、虛擬機性能指標、在后續維護便利性等有關方面進行分析以及對比。最后結果得出，構建實驗教學平臺應用VMware的Horizon完成。VMware Horizon由三大板塊組成，最底層負責硬件虛擬化程序，它將鋪設于硬件智商完成邏輯虛擬化的技術操作，同時將多個物力資源細化為虛擬主機。核心建設層面在底層之上，主要由Active Directory域服務、數據庫(Database)、vCenter Server三方面構成。其功能是統一管理抽象后虛擬機、分配過ESXi物理機。在vSphere協助之下，HorizonView完成對虛擬桌面建設。虛擬桌面組成部分包含vCenterAccessPoint、ViewComposer、View連接服務器。關于虛擬桌面中管理功能，由View連接服務器完成，借此通過vCenterAccessPoint相連至vCenter。管理功能含有桌面連接代理、虛擬桌面配置等。桌面中鏈接克隆功能，即快速創建父映像桌面，則由ViewComposer提供。對于終端用戶來講，為能夠訪問桌面功能，則由View完成。

4 基于云平臺的網絡綜合實驗平臺的設計

4.1 設計網絡實驗平臺

為建設網絡綜合實驗平臺，應首先完成云平臺搭建工作，改變目前實驗室所用設備情況，借助仿真軟件聯合云平臺從而實現網絡綜合實驗平臺。應用當下實驗室所有硬件基礎與云平臺完成搭建，開拓并優化實驗性能，例如災備性能等。任何服務器在虛擬桌面面前，都不具備隱私性。在運行虛擬機時，不僅需要在服務器群集上進行，還需供應實驗模擬器以及應用軟件運行。當虛擬器上缺少物理服務器資源時，是無法提供足夠空間來使各種應用軟件運行。在計算機端裝配VMware虛擬機程序，將Windows10系統安裝在虛擬機上，并且將eSight軟件安裝在系統內，與此同時安裝GNS3、eNsp模擬器。安裝完成后，VMware內生成模板，在云端平臺進行鋪設，利用實驗平臺計算機登錄虛擬機，完成虛擬機的網絡工程綜合實驗操作。

4.2 綜合實踐實驗內容規劃

網絡綜合實踐主要偏重兩方面，即實踐性、綜合性。要想使學習到的理論知識能夠發揮較大效用，則需通過實踐操作實現。綜合實踐內容可包括網絡安全、結構化布線、網絡管理、Web應用等。利用網絡工程綜合實驗學習令學生對于網絡工程基礎架構有一個系統化的認知與理解。學生能夠從網絡設計規劃環節到通過系統化層層遞進完成網絡設備的配置從而建立網絡工程的裝配，通過組網試驗從而開展網絡應用實際操作。為直觀展現網絡拓撲結構，可使用模擬器中注釋以及繪圖功能。綜合實踐能夠將實驗環境以及內容巧妙融合，將聯系性、結構性、上層次性聯合，從而提升自主實驗比重。

GNS3、eNsp能夠完成與多種路由器交換機進行有關配置實驗，仿真性能極高，并且可以應用操作系統可以借助真實設備。在網絡設備配置以及后期維護時期，GNS3、eNsp能夠提供大量以及類型多樣化的設備。組網需求也因此能夠擴大范圍且在模擬器中完成，并且能夠測試防火墻以及更新有關配置。另外，還能操作訪問控制等有關網絡安全實驗實踐。為實現不同類型網絡設備能夠無障礙相互聯系，可以通過模擬器配置完成。將cloud設備以及路由器添加進GNS3里，與此同時相連接到虛擬網卡，隨之用連接線將不同設備連接在一起。將cloud設備以及交換機添加進eNsp里，也相連接到虛擬網卡。利用交換機配置選項，將不同設備交換機接口綁定在虛擬網卡處。借此，GNS3、eNsp已被橋聯在一起。在此情況下，不同廠商設備所存在場景，能夠通過仿真技術營造出更貼近真實的模擬環境。

通過操作網絡設備，體會其中不同廠商網絡配置指導思想，從而提升學員綜合實踐能力，追求學習更深層網絡技術要領。為虛擬設備與真實網絡能夠相互連接，可以通過和本機網卡橋連接方式完成，在模擬器網絡中連接設備有關應用功能。為管理以及維護網絡，可以借助eNsp選出所需要網絡設備，接著搭建網絡，映射則聯合Cloud與本地主機完成，將位于本地主機上的網管軟件開啟，SNMP配置模擬器里的網絡設備。為實現監控網元設備，則將模擬器中設備當成網元設備。

5 結語

網絡工程的學習與實際操作階段引入VMware云平臺操作系統，不僅能夠脫離硬件限制，還可以減少設施設備投入，有效靈活的提高實驗環境的多樣性。同時也因加入進來網管軟件，得以繼續開發建設實驗平臺，在內部完善網絡內部結構，有效篩選網絡工程具有時效性的實驗課程與專業知識形成有效貼合，也更加直觀拓寬學生知識面與眼界，繼而優化網絡實驗平臺效果，在模擬仿真的實際環境下學生更加直觀有效理解自身對于理論知識與實際操作結合的內容，優化學生自主學習能力，推動網絡工程平臺的優化與發展。