網(wǎng)絡(luò)虛擬化下的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)

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摘要：針對(duì)地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)資源緊張、實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)受限、硬件設(shè)備維護(hù)成本高、使用效率低、實(shí)驗(yàn)效果不佳等問(wèn)題，提出了將虛擬化技術(shù)的軟件和平臺(tái)引入實(shí)踐教學(xué)的方案。從服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化三個(gè)方面進(jìn)行研究和探討。通過(guò)實(shí)踐證明，基于虛擬化平臺(tái)和軟件的實(shí)踐教學(xué)能有效改善網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室課程的教學(xué)效果，提高資源利用率，也證明了虛擬化技術(shù)在實(shí)踐課程中的先進(jìn)性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)工程；虛擬化技術(shù)；服務(wù)器虛擬化；網(wǎng)絡(luò)虛擬化

1引言

網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐教學(xué)是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生手動(dòng)能力和理論聯(lián)系實(shí)際的必由之路。學(xué)生通過(guò)完成各類網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到對(duì)原理知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)充分理解且運(yùn)用自如的效果。但目前地方本科院校由于條件有限，在網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在如下問(wèn)題:1)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)有限，無(wú)法購(gòu)置高配設(shè)備，導(dǎo)致多數(shù)實(shí)驗(yàn)停留在驗(yàn)證階段，無(wú)法進(jìn)行深層次的綜合設(shè)計(jì)。2)已有硬件設(shè)備陳舊，軟件平臺(tái)版本低，維護(hù)成本高，使用效率低。3)設(shè)備數(shù)量有限，無(wú)法滿足大量學(xué)生、多門網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課切實(shí)的實(shí)踐需求。經(jīng)過(guò)各地高校不斷研究和摸索，隨著虛擬化技術(shù)的不斷成熟，將虛擬化技術(shù)及相關(guān)軟件、平臺(tái)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐教學(xué)中能有效解決上述問(wèn)題。虛擬化在計(jì)算機(jī)方面通常是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。通過(guò)引入一個(gè)新的虛擬化層對(duì)下管理真實(shí)的物理資源，對(duì)上提供虛擬的系統(tǒng)資源，從而實(shí)現(xiàn)了在擴(kuò)大硬件容量的同時(shí)，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。對(duì)于用戶端，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟件跟硬件的分離，用戶不需要考慮后臺(tái)的具體硬件實(shí)現(xiàn)，只需要在虛擬層環(huán)境上運(yùn)行自己的系統(tǒng)和軟件。高校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)踐課程開設(shè)時(shí)引入虛擬化技術(shù)可以有效解決資源配置不足、設(shè)備管理效率低、實(shí)驗(yàn)類型單一、實(shí)驗(yàn)效果差等瓶頸問(wèn)題，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐課程的教學(xué)效果的有明顯提升。

2服務(wù)器虛擬化技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)研究

服務(wù)器虛擬化通過(guò)區(qū)分資源的優(yōu)先次序，隨時(shí)隨地將服務(wù)器資源分配給需要的工作負(fù)載來(lái)簡(jiǎn)化管理和提高效率，從而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲(chǔ)備的資源。通過(guò)服務(wù)器虛擬化，用戶可以動(dòng)態(tài)啟用虛擬機(jī)，運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)可以充分發(fā)揮物理服務(wù)器的計(jì)算潛能，迅速應(yīng)對(duì)突發(fā)的需求。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下設(shè)的《云計(jì)算》《Linux開發(fā)與應(yīng)用》《服務(wù)器架設(shè)與維護(hù)》等專業(yè)課程都需要在Linux或WindowsServer系列操作系統(tǒng)環(huán)境下完成實(shí)驗(yàn)，而且部分課程需要在多操作系統(tǒng)的環(huán)境下完成實(shí)驗(yàn)，通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，可以有效解決這一難題。以《云計(jì)算》課程為例，在虛擬化平臺(tái)搭建部分，可以將六臺(tái)虛擬化服務(wù)器搭建成為一個(gè)集群，將集群劃分成三個(gè)主機(jī)組，每?jī)山M同學(xué)使用一個(gè)主機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)練習(xí)日常學(xué)習(xí)。使用兩臺(tái)交換機(jī)，S5720-52p1走管理業(yè)務(wù)平面，連接桌面云所在管理平面，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。S5720-52p2走BMC平面，后端對(duì)接服務(wù)器管理端，前端對(duì)接設(shè)備管理服務(wù)器，使設(shè)備管理服務(wù)器能夠連接到服務(wù)器BMC端，監(jiān)控服務(wù)器的狀態(tài)信息。使用網(wǎng)線將BMC和管理業(yè)務(wù)所連接的交換機(jī)S5720-52p1和S5720-52p2連接起來(lái)，同時(shí)在交換機(jī)端進(jìn)行VLAN隔離。然后連通到學(xué)生桌面所在的服務(wù)器外接交換機(jī)S5720-52p3上，使學(xué)生能夠通過(guò)該網(wǎng)線連接虛擬化平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)。在桌面云搭建部分，可以將三臺(tái)桌面云服務(wù)器形成集群，在集群之上以虛擬機(jī)的形式部署桌面云組件，然后組合生成桌面云平臺(tái)，制作用戶桌面，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，制作出安裝相應(yīng)軟件的完整復(fù)制桌面，然后發(fā)放36臺(tái)學(xué)生使用桌面，多發(fā)五臺(tái)做備份使用，2臺(tái)教師桌面，1臺(tái)備用。使用一臺(tái)交換機(jī)走管理業(yè)務(wù)口，并且和虛擬化平臺(tái)對(duì)接管理業(yè)務(wù)交換機(jī)連接，設(shè)備管理服務(wù)器對(duì)接管理業(yè)務(wù)交換機(jī)連接，滿足業(yè)務(wù)需求，其中管理業(yè)務(wù)視需求進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離。同時(shí)，安裝學(xué)生客戶端盒子，鼠標(biāo)鍵盤，網(wǎng)線，電源線，顯示屏，到學(xué)生課桌上。三臺(tái)桌面云服務(wù)器預(yù)留相同的資源導(dǎo)入FSA安裝包安裝VBS進(jìn)程，使用后端兩光纖接口做聚合，然后打通和分布式存儲(chǔ)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)，這里需要一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)段，或者做VLAN隔離，然后對(duì)接分布式存儲(chǔ)服務(wù)器。

3網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)研究

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下設(shè)的《路由與交換技術(shù)》《網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)》《信息安全》等實(shí)踐課程需要使用大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對(duì)路由器、二層交換機(jī)、三層交換機(jī)、防火墻、服務(wù)器、無(wú)線設(shè)備的需求較高，多數(shù)情況下無(wú)法滿足一人一組設(shè)備的實(shí)驗(yàn)要求，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以有效緩解這一矛盾，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，起到充分鍛煉學(xué)生實(shí)操能力的效果。目前網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的主流網(wǎng)絡(luò)虛擬化仿真軟件有華為eNSP、思科PacketTracer和GNS3，以《路由與交換技術(shù)》課程為例，采用華為eNSP虛擬化仿真軟件。該軟件是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上模擬華為廠商的硬件設(shè)備，使得華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作系統(tǒng)IOS能夠在個(gè)人電腦環(huán)境下運(yùn)行。eNSP仿真軟件可以在物理機(jī)硬件資源充足的條件下同時(shí)運(yùn)行個(gè)人終端、交換機(jī)、路由器、防火墻、服務(wù)器、無(wú)線設(shè)備等多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作系統(tǒng)，配合以簡(jiǎn)易直觀的拓?fù)湟?guī)劃界面和CLI命令行，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、部署、分析和診斷。同時(shí)該軟件集成了Wireshark抓包軟件，學(xué)生能在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，捕獲和分析網(wǎng)絡(luò)中的各類數(shù)據(jù)包，查詢數(shù)據(jù)包中各字段的值，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，也能鞏固網(wǎng)絡(luò)協(xié)議理論知識(shí)。對(duì)比于采用物理機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該模式能開出的實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)多、效率高、開銷低、學(xué)生積極性高、實(shí)驗(yàn)效果好。

4結(jié)語(yǔ)

虛擬化技術(shù)具備提高資源的利用率、豐富實(shí)驗(yàn)類型、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間、提升學(xué)生積極性、充分鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、投入低、產(chǎn)出高等優(yōu)勢(shì)。在網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程開設(shè)過(guò)程中，應(yīng)積極引入成熟度高的虛擬化平臺(tái)和軟件，以提高學(xué)生手動(dòng)能力為目標(biāo)，遵循“虛實(shí)結(jié)合”的原則，提升實(shí)踐教學(xué)效果。這也是推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐教學(xué)改革和提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的必由之路。

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作者：劉陽(yáng) 單位：武漢學(xué)院