基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)研究

摘要：針對地方本科院校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)資源緊張、實驗室經(jīng)費受限、硬件設(shè)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(shù)的軟件和平臺引入實踐教學(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(xué)能有效改善網(wǎng)絡(luò)工程實驗室課程的教學(xué)效果，提高資源利用率，也證明了虛擬化技術(shù)在實踐課程中的先進性和優(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

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(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

1 引言

網(wǎng)絡(luò)工程實踐教學(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)生手動能力和理論聯(lián)系實際的必由之路。學(xué)生通過完成各類網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實驗可以達到對原理知識點和技術(shù)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(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在如下問題：1）實驗室經(jīng)費有限，無法購置高配設(shè)備，導(dǎo)致多數(shù)實驗停留在驗證階段，無法進行深層次的綜合設(shè)計。2）已有硬件設(shè)備陳舊，軟件平臺版本低.維護成本高，使用效率低。3）設(shè)備數(shù)量有限，無法滿足大量學(xué)生、多門網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課切實的實踐需求。經(jīng)過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、平臺應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)工程實踐教學(xué)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(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)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(tǒng)資源，從而實現(xiàn)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(shù)實現(xiàn)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(xiàn)，只需要在虛擬層環(huán)境上運行自己的系統(tǒng)和軟件。高校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)在實驗室建設(shè)和實踐課程開設(shè)時引入虛擬化技術(shù)可以有效解決資源配置不足、設(shè)備管理效率低、實驗類型單一、實驗效果差等瓶頸問題，對學(xué)生動手能力和實踐課程的教學(xué)效果的有明顯提升。

2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)的實踐教學(xué)研究

服務(wù)器虛擬化通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序，隨時隨地將服務(wù)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(wù)器虛擬化，用戶可以動態(tài)啟用虛擬機，運行多個虛擬機可以充分發(fā)揮物理服務(wù)器的計算潛能，迅速應(yīng)對突發(fā)的需求。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)下設(shè)的《云計算》《Linux開發(fā)與應(yīng)用》《服務(wù)器架設(shè)與維護》等專業(yè)課程都需要在Linux或Windows Server系列操作系統(tǒng)環(huán)境下完成實驗，而且部分課程需要在多操作系統(tǒng)的環(huán)境下完成實驗，通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，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(wù)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(xué)使用一個主機組進行試驗練習日常學(xué)習。使用兩臺交換機，S5720-52pl走管理業(yè)務(wù)平面，連接桌面云所在管理平面，為學(xué)生提供實驗環(huán)境。S5720-52p2走BMC平面，后端對接服務(wù)器管理端，前端對接設(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(xué)生桌面所在的服務(wù)器外接交換機S5720-52p3上，使學(xué)生能夠通過該網(wǎng)線連接虛擬化平臺進行實驗和學(xué)習。

在桌面云搭建部分，可以將三臺桌面云服務(wù)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(jù)實驗需求，制作出安裝相應(yīng)軟件的完整復(fù)制桌面，然后發(fā)放36臺學(xué)生使用桌面，多發(fā)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(yè)務(wù)口，并且和虛擬化平臺對接管理業(yè)務(wù)交換機連接，設(shè)備管理服務(wù)器對接管理業(yè)務(wù)交換機連接，滿足業(yè)務(wù)需求，其中管理業(yè)務(wù)視需求進行業(yè)務(wù)隔離。

同時，安裝學(xué)生客戶端盒子，鼠標鍵盤，網(wǎng)線，電源線，顯示屏，到學(xué)生課桌上。三臺桌面云服務(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(wù)器的網(wǎng)絡(luò)，這里需要一個單獨的網(wǎng)段，或者做VLAN隔離，然后對接分布式存儲服務(wù)器。

3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的實踐教學(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，對路由器、二層交換機、三層交換機、防火墻、服務(wù)器、無線設(shè)備的需求較高，多數(shù)情況下無法滿足一人一組設(shè)備的實驗要求，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以有效緩解這一矛盾，提高學(xué)生的實驗質(zhì)量，起到充分鍛煉學(xué)生實操能力的效果。

目前網(wǎng)絡(luò)T程專業(yè)的主流網(wǎng)絡(luò)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(shù)》課程為例，采用華為eNSP虛擬化仿真軟件。該軟件是在通用計算機平臺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能夠在個人電腦環(huán)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(wù)器、無線設(shè)備等多臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作系統(tǒng)，配合以簡易直觀的拓撲規(guī)劃界面和CLI命令行，幫助學(xué)生實現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、部署、分析和診斷。同時該軟件集成了Wireshark抓包軟件，學(xué)生能在完成實驗的過程中，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，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，也能鞏固網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(shù)多、效率高、開銷低、學(xué)生積極性高、實驗效果好。

4 結(jié)語

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

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【通聯(lián)編輯：王力】

基金項目：湖北省高校省級教學(xué)研究項目C2018493）

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