李 梅，韓秀玲，陳 光

(東華大學信息科學與技術學院，上海 201620)

0 引言

Virtools是一套具備豐富互動行為模塊的實時3D環(huán)境虛擬實景編輯軟件[1]。該軟件包括一個創(chuàng)作應用程序、一個動作引擎、一個渲染引擎、一個Web播放器及一個軟件開發(fā)工具包(SDK)[2]。其中SDK(Software Development Kit)用于開發(fā)新的行為交互模塊以及新的硬件驅(qū)動[3]。Virtools本身自帶了許多BB(Building Block)模塊，使用這些模塊可以輕松地開發(fā)出出色的作品[4]。然而，對于某些特殊用途，如本課題中的交互型虛擬設備，僅靠Virtools自身的BB還不能滿足需求，這時就需要使用合適的工具(如Virtools SDK)來開發(fā)出新的適用于特殊需求的BB模塊。目前，在教育領域針對Virtools SDK的應用研究還較少[5-7]。

本文針對計算機網(wǎng)絡虛擬實驗室中虛擬網(wǎng)絡設備功能復雜及交互性要求較高的特點，自主開發(fā)了特定功能的BB模塊，基于這些模塊實現(xiàn)的虛擬實驗室不僅開發(fā)的工作量小，而且功能也更加完善，交互性更強。

1 Virtools SDK及開發(fā)環(huán)境簡介

1.1 Virtools SDK

Virtools SDK處于Virtools的最底層，提供 Virtools軟件的所有底層函數(shù)。雖然Virtools中內(nèi)嵌的VSL(Virtools Script Language)語言也可以用來在一定程度上彌補BB模塊功能的不足[8]，但VSL語言只是從SDK中綁定了一些常用的類、全局方法以及常量，而SDK則針對C++語言，具有C++面向?qū)ο笳Z言的所有特點。相比較而言，VSL語言開發(fā)的靈活度也就不及 SDK[9]。

通過SDK程序員能夠方便地訪問所有Virtools中的函數(shù)，并可直接使用這些功能函數(shù)編寫相關組件，如:利用基于這些函數(shù)的Virtools引擎開發(fā)一些自定義的應用程序，還可擴展Virtools引擎。Virtools引擎是以模塊化的架構組織起來的，組織架構如圖1所示。其中，引擎關鍵部分為行為庫和數(shù)學庫。數(shù)學庫提供底層的函數(shù)，行為庫提供SDK開發(fā)時的基本規(guī)范以及組織和管理其它引擎模塊。

圖1 Virtools引擎組織架構圖

1.2 開發(fā)環(huán)境

Virtools SDK不同版本對不同編譯環(huán)境有不同的要求。本文以Virtools 5.0的SDK為開發(fā)工具，并在VS2005中搭建了SDK 5.0開發(fā)環(huán)境，搭建過程在此不再贅述。

2 BB模塊的開發(fā)方法

2.1 模塊功能

軟件系統(tǒng)是網(wǎng)絡設備的核心。對于虛擬設備，其功能的實現(xiàn)也是通過軟件系統(tǒng)體現(xiàn)出來的，如:設備啟動時的初始化、配置命令的激活等。但網(wǎng)絡設備命令上百甚至上千條，且命令之間有一定的邏輯關系，利用Virtools中現(xiàn)有的BB模塊來實現(xiàn)需要很大的工作量且比較繁瑣，實現(xiàn)后的靈活性也會受到限制。除此之外，由于目前計算機網(wǎng)絡虛擬實驗室的組網(wǎng)實驗只能實現(xiàn)路由器間單一路由協(xié)議的配置，無法實現(xiàn)不同路由協(xié)議的自由組網(wǎng)功能，這也使得組網(wǎng)的靈活性受到很大限制。而這些問題的解決就需要借助于Virtools SDK。

在計算機網(wǎng)絡中，交換機、路由器分別工作在OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層。交換機是根據(jù)自己自學習建立和維護的Mac地址與設備端口映射表(即交換表)來判斷數(shù)據(jù)幀轉發(fā)的端口;路由器則是通過路由選擇協(xié)議學習得到的路由表來確定數(shù)據(jù)分組的轉發(fā)路徑。因此，對于交換機和路由器，交換表與路由表是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)得以通信成功的基本保障，交換表與路由表的建立是軟件部分要實現(xiàn)的關鍵內(nèi)容[10-11]。

由此可知，必須編寫兩個重要的BB模塊以實現(xiàn)如下功能:(1)自動獲取用戶輸入配置命令中的關鍵參數(shù)，如:由網(wǎng)絡IP地址獲得所在的網(wǎng)段;(2)自動將用戶輸入的參數(shù)處理后組成路由條目以實現(xiàn)路由表的實時更新。

2.2 開發(fā)方法

對于交換機、路由器等虛擬設備的硬件系統(tǒng)部分，通過三維建模軟件3DS Max進行仿真;而對于抽象的軟件系統(tǒng)部分以及對設備外部操作的交互部分則通過BB編寫Script腳本來實現(xiàn)。對于編寫的Get_NetID和Routing_Info模塊，在實現(xiàn)方法上，主要利用SDK提供的行為庫和數(shù)學庫實現(xiàn)Virtools Dev當前元素的訪問和操作。同時，編寫自己的功能實現(xiàn)函數(shù)，如函數(shù)Get_NetID()和Routing_Info()。功能實現(xiàn)函數(shù)通過控制語句及底層函數(shù)的調(diào)用來實現(xiàn)所需的功能[12]。編寫的BB模塊最終以動態(tài)鏈接庫(DLL)插件的形式擴展到Virtools中供開發(fā)者應用。

2.3 關鍵技術

2.3.1 Get_NetID 模塊的實現(xiàn)

在源文件及資源文件的基礎上，主要從兩方面完成模塊的開發(fā)。一方面，在插件描述文件中定義開發(fā)模塊的實現(xiàn)插件數(shù)目及插件具體信息。另一方面，在BB實現(xiàn)文件中進行模塊外部特征及功能的開發(fā)。

(1)插件部分。

本文Get_NetID模塊主要用作網(wǎng)段的獲取，因此，只需定義一個插件即可。這里通過宏定義語句define PLUGIN_COUNT 1定義插件的數(shù)目為1，CKPluginInfo g_PluginInfo[PLUGIN_COUNT]語句定義插件信息類的結構數(shù)組。最后，由 CKGetPluginInfo-Count函數(shù)中return PLUGIN_COUNT語句返回插件數(shù)目。

為了更好地擴展到Virtools中，需對每個插件進行詳細的描述，如插件的ID號、類型、摘要等信息，部分語句如下:

當然，僅有插件的外在信息是不夠的，還需將該插件所包含的BB注冊進來，實現(xiàn)插件部分與BB模塊部分的緊密連接。這里起關鍵橋梁作用的語句由RegisterBehavior(reg，F(xiàn)illBehaviorGet_NetIDDecl)實現(xiàn)。此處，參數(shù)FillBehaviorGet_NetIDDecl為下述實現(xiàn)文件中的模塊聲明函數(shù)，通過調(diào)用此函數(shù)實現(xiàn)具體的注冊。

(2)模塊具體實現(xiàn)。

為使開發(fā)者能夠方便地查找和使用該模塊，這里對該模塊名稱、作用等信息進行了描述，并將模塊直接歸到合適的行為模塊類中。實現(xiàn)代碼如下:

通常一個BB模塊由流程輸入、輸出端及參數(shù)輸入、輸出端組成。流程端用于實現(xiàn)Script腳本編寫時程序的邏輯鏈接，參數(shù)端用于實現(xiàn)參數(shù)的獲取及處理后參數(shù)的輸出。Get_NetID模塊即由兩個流程輸入端、一個流程輸出端及3個參數(shù)輸入端、一個參數(shù)輸出端組成。所有這些BB的外部特征信息均在外部特征生成函數(shù)中聲明。

CKBehaviorPrototype*proto=CreateCKBehaviorPrototype("Get_NetID");//創(chuàng)建一個描述BB特征的行為對象，將該BB的名稱以字符串變量的形式傳入

該模塊在功能的具體實現(xiàn)上首先獲取和遍歷用戶輸入的正確的路由器配置命令，由于配置命令是確定的，只是用戶配置的IP地址不確定，因此，命令中IP地址的起始位置可知。實際上一般的機構、公司都采用內(nèi)部網(wǎng)絡的形式即專用IP地址，這時的地址為標準IP地址。本實驗室系統(tǒng)也是如此，采用C類專用地址，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0。因此，截取IP地址的前24位長度并加以補全就可得到路由器所在的網(wǎng)段。關鍵代碼如下:

2.3.2 Routing_Info 模塊的實現(xiàn)

實時完善路由表條目的Routing_Info模塊開發(fā)過程及使用的相關類及函數(shù)與Get_NetID模塊基本相同，不同之處在于其功能實現(xiàn)函數(shù)Routing_Info()的函數(shù)體的實現(xiàn)。模塊實現(xiàn)了自動添加掩碼長度及根據(jù)路由協(xié)議設定優(yōu)先級后將所有輸入?yún)?shù)整合成完整路由條目的功能。部分實現(xiàn)代碼如下:

3 實現(xiàn)效果

當用戶為路由器接口配置192.168.2.1的IP地址、子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0 時，如圖 2 所示，該模塊參數(shù)輸出端輸出結果為192.168.2.0的網(wǎng)絡地址。

圖2 Get_NetID模塊實現(xiàn)效果圖

由于本實驗室系統(tǒng)采用華三通信技術有限公司的設備，華三路由表包含的路由信息如圖3所示，即每一條路由條目都包含了“目的地址、路由協(xié)議、優(yōu)先級”等信息，其中，路由條目會根據(jù)用戶配置的更新而更新。

圖3 路由器路由表信息圖

當用戶配置命令中啟用的路由協(xié)議為ospf，該路由器所在網(wǎng)絡號為192.168.3.0，在已知下一跳地址及接口時，輸出參數(shù)如圖4所示。

圖4 Routing_Info模塊實現(xiàn)效果圖

通過以上兩個模塊再結合其它BB模塊，如專門用于陣列獲取參數(shù)的get cell模塊、向陣列設置參數(shù)的set cell模塊及text display模塊等，將路由信息在二維幀下實時顯示出來，從而實現(xiàn)最大限度地模擬再現(xiàn)真實設備功能的效果[13-14]。

4 結束語

本文在VS2005環(huán)境下，利用Virtools SDK開發(fā)了適用于計算機網(wǎng)絡虛擬實驗室系統(tǒng)的BB模塊，實現(xiàn)了網(wǎng)絡地址的自動獲取以及路由條目的完善及實時更新。這一技術不但解決了本虛擬實驗室開發(fā)過程中由于Virtools現(xiàn)有BB模塊功能性不足帶來的技術難題，同時也擴展了系統(tǒng)的功能，減少了系統(tǒng)開發(fā)設計中的工作量，這對其它基于Virtools SDK應用的開發(fā)具有一定的指導意義。

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