侯海燕

摘要：職業(yè)類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、配置與維護(hù)的能力，著重于職業(yè)院校學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)，由此企業(yè)組網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)踐教學(xué)尤其重要。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)操性較強(qiáng)，綜合程度高，本文研究了一種基于虛擬化技術(shù)的在線實(shí)驗(yàn)室的可行性方案，搭建學(xué)院私有云，將服務(wù)器集群虛擬化管理，構(gòu)建線上實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生課堂內(nèi)實(shí)驗(yàn)室登錄訪問(wèn)和課堂外遠(yuǎn)程登錄訪問(wèn)，實(shí)時(shí)或回看教師教學(xué)視頻，上傳或下載實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)踐教學(xué)的效率。

關(guān)鍵詞：私有云;虛擬化技術(shù);在線實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）14-01 85-02

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、配置與維護(hù)的技能能力。該課程的核心教學(xué)內(nèi)容包括以太網(wǎng)交換技術(shù)、VLAN、IP路由技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等。該課程的職業(yè)定位精確，重在培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)方案規(guī)劃能力、IP地址規(guī)劃能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連線能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和配置能力及網(wǎng)絡(luò)故障排除應(yīng)用能力。

在傳統(tǒng)交換路由機(jī)房：

1）路由器設(shè)備、交換機(jī)設(shè)備、PC機(jī)數(shù)量有限，不能滿足每位同學(xué)獨(dú)立完成綜合企業(yè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目實(shí)施需求。

2）使用實(shí)驗(yàn)室路由器、交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建并完成企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法在正常課堂中及時(shí)完成。

3）實(shí)驗(yàn)室教學(xué)缺乏實(shí)時(shí)視頻指導(dǎo)，且教師無(wú)法在課堂外視頻教學(xué)指導(dǎo)。

4）實(shí)驗(yàn)軟件的硬件運(yùn)行平臺(tái)要求較高，實(shí)驗(yàn)軟件也日新月異，學(xué)校不可能對(duì)機(jī)房及時(shí)更新?lián)Q代。

基于以上原因本文提出一種基于虛擬化技術(shù)的在線實(shí)驗(yàn)室的可行性方案，在線實(shí)驗(yàn)室包括裝有仿真軟件的實(shí)驗(yàn)虛擬機(jī)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻網(wǎng)站，可實(shí)現(xiàn)學(xué)生課堂內(nèi)本地登錄訪問(wèn)和課堂外公網(wǎng)遠(yuǎn)程登錄訪問(wèn)。課堂內(nèi)外學(xué)生可通過(guò)PC端和手機(jī)端實(shí)時(shí)點(diǎn)播實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻，不需要在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上額外增加軟硬件環(huán)境。

1虛擬化技術(shù)和私有云

虛擬化技術(shù)是指將服務(wù)器的硬件物理資源如內(nèi)存、CPU、磁盤等進(jìn)行統(tǒng)一整合，通過(guò)虛擬軟件對(duì)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行按需分配，達(dá)到資源利用最大化的解決方案。虛擬化方式包括硬件虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化和應(yīng)用程序虛擬化等。虛擬化技術(shù)也是一種資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等組成集群，虛擬化資源包括計(jì)算能力和資料存儲(chǔ)。

私有云是單位或者企業(yè)單獨(dú)構(gòu)建的，可提供對(duì)數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。私有云是專有資源，職業(yè)學(xué)?？杉茉O(shè)私有云，供學(xué)校用戶訪問(wèn)。利用學(xué)校私有云資源，在私有云上虛擬化管理，由管理主機(jī)統(tǒng)一管理分配虛擬主機(jī)。在私有云服務(wù)器上申請(qǐng)資源創(chuàng)建虛擬主機(jī)供云用戶訪問(wèn)。

在線實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)圖如圖1，公有網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由私有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)私有云服務(wù)器，私有云服務(wù)器通過(guò)虛擬化技術(shù)進(jìn)行服務(wù)器集群管理，實(shí)現(xiàn)如下功能模塊，包括在線實(shí)驗(yàn)室登錄模塊、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻點(diǎn)播模塊、實(shí)驗(yàn)室鏡像系統(tǒng)及克隆虛擬主機(jī)。管理主機(jī)通過(guò)客戶端統(tǒng)一管理云服務(wù)器，云用戶（學(xué)生）可通過(guò)公網(wǎng)或私網(wǎng)訪問(wèn)云服務(wù)器分配的虛擬主機(jī)獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境可根據(jù)實(shí)踐教學(xué)需要適時(shí)更改，不需要額外增設(shè)軟硬件設(shè)備和實(shí)驗(yàn)耗材。

教師可提前訪問(wèn)云服務(wù)器上傳實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻到私有云供學(xué)生訪問(wèn)，也可在課前上傳實(shí)踐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課后下載學(xué)生作業(yè)?？伸`活根據(jù)實(shí)踐教學(xué)需要增設(shè)實(shí)驗(yàn)量，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度設(shè)置整體實(shí)驗(yàn)時(shí)間，釋放實(shí)驗(yàn)資源。

學(xué)生可課前提前下載實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，點(diǎn)播實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻，預(yù)習(xí)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)。課堂上登錄在線實(shí)驗(yàn)室使用分配的虛擬主機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，若課堂內(nèi)實(shí)驗(yàn)未完成，學(xué)生可課堂外在教師規(guī)定時(shí)間內(nèi)使用公網(wǎng)遠(yuǎn)程登錄訪問(wèn)虛擬主機(jī)，達(dá)到在線實(shí)驗(yàn)的目的。

2方案設(shè)計(jì)

2.1虛擬化平臺(tái)簡(jiǎn)介

本文方案使用了VmwarevSphere可伸縮、可擴(kuò)展的虛擬化平臺(tái)，VMware vSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件分離出來(lái)，可通過(guò)客戶端看到專有資源，也可用服務(wù)器端將云服務(wù)器作為資源池進(jìn)行管理。其核心組件是VMware ESXi和VM-waI'e vCenter Servero

VMware vCenter Server是一個(gè)可伸縮、可擴(kuò)展的平臺(tái)，可集中管理VMware vSphere環(huán)境，可統(tǒng)一管理私有云上的所有主機(jī)和虛擬機(jī)，虛擬機(jī)數(shù)量可幾百臺(tái)甚至幾千臺(tái)。圖2是VMwarevCenter Server的安裝界面。

VMware ESXi是一款可以獨(dú)立安裝的主機(jī)操作系統(tǒng)，可以使用VmwarevSphere Client遠(yuǎn)程連接控制。ESXi服務(wù)器上可創(chuàng)建系統(tǒng)模板并克隆多個(gè)虛擬機(jī)，此類虛擬機(jī)可提供普通硬件服務(wù)器的功能。圖3是ESXi主機(jī)安裝界面。

2.2整體方案設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的缺陷在于實(shí)際路由器、交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備搭建配置耗時(shí)較長(zhǎng)，且沒(méi)有足夠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供學(xué)生單人單用，且目前市面上的網(wǎng)絡(luò)模擬器的硬件運(yùn)行環(huán)境較高，比如H3C公司的HCL模擬器。借助云服務(wù)器和虛擬化平臺(tái)的統(tǒng)一管理，可達(dá)到可訪問(wèn)的云主機(jī)根據(jù)具體硬件要求來(lái)配置，不需要更換實(shí)驗(yàn)機(jī)房的PC機(jī)。

根據(jù)圖1的在線實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)圖部署在線實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，首先需要保證私有云服務(wù)器所連接的內(nèi)網(wǎng)與學(xué)校實(shí)驗(yàn)室互通，使學(xué)校實(shí)驗(yàn)室用戶可通過(guò)校內(nèi)網(wǎng)課內(nèi)訪問(wèn)私有云。其次私有云需要直連控制臺(tái)即管理主機(jī)，這樣管理主機(jī)方可統(tǒng)一管理私有云上的所有虛擬機(jī)。最后公有網(wǎng)絡(luò)的接人為課堂外遠(yuǎn)程訪問(wèn)私有云提供了保障。

私有云是整個(gè)在線實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)中心，是整個(gè)在線實(shí)驗(yàn)室的資源池，供云用戶申請(qǐng)資源并使用。私有云上安裝VMwareEXSi主機(jī)并創(chuàng)建虛擬機(jī)。VMware EXSi的虛擬機(jī)有以下幾種類型：第一種類型是安裝了VMware vCenterServer的虛擬機(jī)，其中安裝VMware vCenter Server的虛擬主機(jī)的操作系統(tǒng)必須是Windows server 2012操作系統(tǒng);第二種類型的虛擬機(jī)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求安裝有網(wǎng)絡(luò)類組網(wǎng)模擬軟件的Windows操作系統(tǒng);第三種類型的虛擬機(jī)是可架設(shè)實(shí)驗(yàn)視頻點(diǎn)播網(wǎng)站的WEB服務(wù)器;第四種類型的虛擬機(jī)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)鏡像文件克隆出的云用戶使用主機(jī)，可根據(jù)學(xué)生人數(shù)靈活生成。

管理主機(jī)是在線實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)重要組件。管理主機(jī)上安裝VCenterer Client客戶端后，連接云服務(wù)器的VCenter serv-er，并將所有VMwareEXSi主機(jī)添加到集群中統(tǒng)一管理。為了使私有云與公有網(wǎng)絡(luò)互通，添加公網(wǎng)映射功能使互聯(lián)網(wǎng)用戶（課堂外用戶）訪問(wèn);為了便于用戶域名訪問(wèn)可申請(qǐng)域名綁定公網(wǎng)IP。其中VMware vCenter Server虛擬機(jī)的IP地址就是服務(wù)器群的統(tǒng)一管理地址也就是在線實(shí)驗(yàn)室的訪問(wèn)口。

實(shí)驗(yàn)視頻點(diǎn)播網(wǎng)站架設(shè)在云服務(wù)虛擬主機(jī)中，可『P地址訪問(wèn)也可域名訪問(wèn)，為了保證學(xué)生可課內(nèi)外實(shí)時(shí)點(diǎn)播實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻，引人手機(jī)端訪問(wèn)功能，申請(qǐng)微信號(hào)或生成二維碼，方便學(xué)生在無(wú)PC端的情況下點(diǎn)播實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻。實(shí)驗(yàn)視頻文件需要教師提前錄屏并上傳。

實(shí)驗(yàn)?zāi)０逍枰處熖崆皽?zhǔn)備好軟件，準(zhǔn)備好操作系統(tǒng)盤，制作操作系統(tǒng)鏡像文件并在云服務(wù)虛擬主機(jī)中安裝。實(shí)踐教學(xué)前根據(jù)學(xué)生人數(shù)克隆生成對(duì)應(yīng)數(shù)量的主機(jī)。

該方案實(shí)現(xiàn)了學(xué)生課前點(diǎn)播實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻預(yù)習(xí)實(shí)踐內(nèi)容，課后未完成的實(shí)驗(yàn)在教師規(guī)定時(shí)間內(nèi)下載完成并上傳，不受實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的限制。

3總結(jié)

本文研究虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用，利用學(xué)校現(xiàn)有私有云服務(wù)器搭建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組建在線實(shí)驗(yàn)室，不需要額外購(gòu)買云實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備可隨時(shí)變更，節(jié)省實(shí)驗(yàn)室開(kāi)銷。并增加視頻指導(dǎo)點(diǎn)播功能，大大提高教學(xué)質(zhì)量。且該方案也可遷移到其他計(jì)算機(jī)軟件類實(shí)踐教學(xué)中，教師可針對(duì)不同操作系統(tǒng)或者不同實(shí)驗(yàn)軟件獨(dú)立定制實(shí)驗(yàn)室模板，在云服務(wù)器上克隆出實(shí)驗(yàn)主機(jī)，需要時(shí)使用，不需要時(shí)釋放資源，大大地降低了實(shí)驗(yàn)管理員的工作量。