基于云平台的网络综合实验平台的设计

陆海峰 李慢慢 张雅娟 顾逢润

（海南科技职业大学 海南省海口市 571126）

网络综合实践的主旨是根据计算机技术理论与实际操作相结合，使学生拥有设计、搭建并维护计算机网络的专业技术能力，在学生学习理论知识与基础的同时，还能够了解到关键需要学习环节，即网络建设、管理的方式。学生在熟知理论知识以及掌握实践能力基础上，通过全方位实际进行操作后，还可以以自身或团队状态，完成一系列从始至终连续性的网络工程整体实验活动，即从选择网络设备型号、配件配置、设计方案、预算核对、施工全过程、后期测试上线、维护平台秩序、管理平台运作、应用程序开发等等。

网络工程是一项交互性极强的学习科目，单一课程的教学与实践对网络工程的学习与实践操作是无法形成学习体系的[1]。对网络工程的实践操作是要以网络工程的专业课程群体作为核心基础，将课程内容中多门实践内容通过科学有效的方法进行合理编排从而形成有机的整体架构才能更好的帮助学生理解并应用这门课程的学习内容。网络工程并不是笼统的将所有课程整合的结果，而是在对于实验与实际学习需求结合，通过对比与分析，将实验内容有机的分解，资源二次优化，筛选出难度适合当前学习内容且易于开展的实验项目，优化交互性，使项目集中于一个整体当中，建立新的综合实践体系，更加符合学习实践操作的状态。基于此，对于培养以及提升学生建设网络整体工程能力，网络综合实践操作有着至关重要推进作用[2]。

1 网络综合实验内容现状

网络工程专业实践教学分为课程实际操作与专业综合实际操作两个环节，实验平台在开展前的核心诉求也是在对于各类网络工程课程进行支撑并分析。在实验平台建立的前期阶段，通过给实验小组装配小型机柜、交换机与路由设备，采用综合布线方式，将网络接口延至配线架。在实际操作环节，不需要移动设备，只要在配线架进行跳线便可使设备之间连接[3]。通过上诉操作一系列步骤，可促使在实验平台中，验证性、设计性与综合交互三方面相互支撑，根据计算机学习内容中基本实践—专业实践—综合实践的阶梯式学习分析，对于计算机网络原理的课程实验平台处于基本实践环节，操作多为验证性实验操作。Cisoo Packet Tracelt图形化的显示界面对于学生的学习效果也将更直观便捷，利于学生将笼统抽象的网络工程原理架构转化为自己可以理解的知识操作。专业实践环节则需要建立多项网络工程的专业课程供学生进行操作，内容，完成实践教学资源最大化应用，将学生理论知识与专业技术操作相结合，更好的将课本知识与未来实际网络工程项目有机结合。

2 网络工程现阶段的问题

我国多数实验平台难以满足上述要求的技术支撑，想完成多项网络工程实践工程的综合学习与实际操组，当下的实验平台则难以满足，具体的问题与难点分为以下几个方面：

2.1 实验设备不完善

网络工程作为一项交互性极强的学科，不同的实验操作下，所需要的型号、规格、操作系统等诸多不同，都很难将实际实验操作进行展开，而大量购置网络设备则需要极大的资金投入，从而学生在实验操作中仅仅能接触并掌握到1-2种同系列产品的学习与配置使用方法，局限性较大，无法完成综合实践教学的学习任务。

2.2 实验形式单一

网络工程专业课程中自主实验的占比较小，多数为理论验证类型的实验，由于实验的所有环节与步骤都是统一安排好的，在实验中学生仅仅是一名操作者，实验结果与过程中无任何实验区别，致使对于设备各方面了解都过于片面，这种单一性实验无法使学生积极主动开展学习。

2.3 实验环境较差

为避免实验环境冲突问题的发生，实验平台选择装配桌面虚化软件，在实验的计算机中构建虚拟机，利用虚拟机完成对于实验环境的部署任务，以此避免实验室计算机发生系统故障的隐患。由于桌面虚化软件的使用原理是在机器原有内存中划分出一部分内存与CPU供给虚拟机使用，在本身实验计算机性能就一般的条件下，虚拟机在运算结果与实验环节明显无法提供性能上的硬件支撑。实验平台计算机安装模拟器后，计算机性能对于运算荷载过大，所以能在计算机内打开的网络设备是有限的。主要问题建立与迷你软件对于计算机性能方面的要求较为严格，计算机配置较低的问题无法建立大规模网络工程组网的实验操作。

3 解决方向

上述的问题存在于目前多数网络实验平台，如何依据新技术手段通过现有实验硬件环境下，依据网络工程专业课程内容需求，通过应用虚拟化技术以及仿真软件，使其与云平台交互之后，搭建出一个关于实践平台，涵盖网络综合实验性质。

3.1 应用仿真软件

应用仿真软件之后，能够做到使每一位学员操作配置网络设备。当网络设备较少无法满足实际应用时，仿真软件能够通过模拟器而提供网络设备。当频繁拔插配线架接口而降低实验效果时，仿真软件也能够弥补这一点。仿真软件绝大多数是仿真网络设备，通常有GNS3、eNsp、CiscoPacketTracert、BosonNetSim等。前两种是真实模拟交换机、路由器等网络设备，通过应用计算机安装有关操作系统，并且虚拟出来网络设备。后面两种则是为便于学习操作指令，仿真模拟出设备命令。

在较早时期，模拟器多以PacketTrace软件为主，以此软件完成有关网络课程设计实验。在教学过程中，这种软件可以完成网络拓扑，通过图形用户界面所拥有拖拽功能实现。还可以实时查看到网络整体运行情况，利用对网络中数据包传输以及处理完成。虽然此款软件有较好应用教学效果，但是也不太理想。GNS3、eNsp较比PacketTrace，则有几方面突出优点，一是在虚拟网络设备中，能够支撑更多命令以及指标数据。因为PacketTrace具有关于CCNA全部网络设备，致使对于部分命令以及指标数据不够敏感，难以拥有真实设备全部功能。二是能够与真实网络环境相连接，PacketTrace则是需要在封闭网络环境下使用设备。

3.2 云平台完善实验环境

在当下科技发展手段进步飞速的情况下，市面已经出现多种处理方案来完成桌面虚拟化的技术手段，从整体系统稳定性、分配难易幅度、硬件兼容性、技术应用效用时长、虚拟机性能指标、在后续维护便利性等有关方面进行分析以及对比。最后结果得出，构建实验教学平台应用VMware的Horizon完成。VMware Horizon由三大板块组成，最底层负责硬件虚拟化程序，它将铺设于硬件智商完成逻辑虚拟化的技术操作，同时将多个物力资源细化为虚拟主机。核心建设层面在底层之上，主要由Active Directory域服务、数据库(Database)、vCenter Server三方面构成。其功能是统一管理抽象后虚拟机、分配过ESXi物理机。在vSphere协助之下，HorizonView完成对虚拟桌面建设。虚拟桌面组成部分包含vCenterAccessPoint、ViewComposer、View连接服务器。关于虚拟桌面中管理功能，由View连接服务器完成，借此通过vCenterAccessPoint相连至vCenter。管理功能含有桌面连接代理、虚拟桌面配置等。桌面中链接克隆功能，即快速创建父映像桌面，则由ViewComposer提供。对于终端用户来讲，为能够访问桌面功能，则由View完成。

4 基于云平台的网络综合实验平台的设计

4.1 设计网络实验平台

为建设网络综合实验平台，应首先完成云平台搭建工作，改变目前实验室所用设备情况，借助仿真软件联合云平台从而实现网络综合实验平台。应用当下实验室所有硬件基础与云平台完成搭建，开拓并优化实验性能，例如灾备性能等。任何服务器在虚拟桌面面前，都不具备隐私性。在运行虚拟机时，不仅需要在服务器群集上进行，还需供应实验模拟器以及应用软件运行。当虚拟器上缺少物理服务器资源时，是无法提供足够空间来使各种应用软件运行。在计算机端装配VMware虚拟机程序，将Windows10系统安装在虚拟机上，并且将eSight软件安装在系统内，与此同时安装GNS3、eNsp模拟器。安装完成后，VMware内生成模板，在云端平台进行铺设，利用实验平台计算机登录虚拟机，完成虚拟机的网络工程综合实验操作。

4.2 综合实践实验内容规划

网络综合实践主要偏重两方面，即实践性、综合性。要想使学习到的理论知识能够发挥较大效用，则需通过实践操作实现。综合实践内容可包括网络安全、结构化布线、网络管理、Web应用等。利用网络工程综合实验学习令学生对于网络工程基础架构有一个系统化的认知与理解。学生能够从网络设计规划环节到通过系统化层层递进完成网络设备的配置从而建立网络工程的装配，通过组网试验从而开展网络应用实际操作。为直观展现网络拓扑结构，可使用模拟器中注释以及绘图功能。综合实践能够将实验环境以及内容巧妙融合，将联系性、结构性、上层次性联合，从而提升自主实验比重。

GNS3、eNsp能够完成与多种路由器交换机进行有关配置实验，仿真性能极高，并且可以应用操作系统可以借助真实设备。在网络设备配置以及后期维护时期，GNS3、eNsp能够提供大量以及类型多样化的设备。组网需求也因此能够扩大范围且在模拟器中完成，并且能够测试防火墙以及更新有关配置。另外，还能操作访问控制等有关网络安全实验实践。为实现不同类型网络设备能够无障碍相互联系，可以通过模拟器配置完成。将cloud设备以及路由器添加进GNS3里，与此同时相连接到虚拟网卡，随之用连接线将不同设备连接在一起。将cloud设备以及交换机添加进eNsp里，也相连接到虚拟网卡。利用交换机配置选项，将不同设备交换机接口绑定在虚拟网卡处。借此，GNS3、eNsp已被桥联在一起。在此情况下，不同厂商设备所存在场景，能够通过仿真技术营造出更贴近真实的模拟环境。

通过操作网络设备，体会其中不同厂商网络配置指导思想，从而提升学员综合实践能力，追求学习更深层网络技术要领。为虚拟设备与真实网络能够相互连接，可以通过和本机网卡桥连接方式完成，在模拟器网络中连接设备有关应用功能。为管理以及维护网络，可以借助eNsp选出所需要网络设备，接着搭建网络，映射则联合Cloud与本地主机完成，将位于本地主机上的网管软件开启，SNMP配置模拟器里的网络设备。为实现监控网元设备，则将模拟器中设备当成网元设备。

5 结语

网络工程的学习与实际操作阶段引入VMware云平台操作系统，不仅能够脱离硬件限制，还可以减少设施设备投入，有效灵活的提高实验环境的多样性。同时也因加入进来网管软件，得以继续开发建设实验平台，在内部完善网络内部结构，有效筛选网络工程具有时效性的实验课程与专业知识形成有效贴合，也更加直观拓宽学生知识面与眼界，继而优化网络实验平台效果，在模拟仿真的实际环境下学生更加直观有效理解自身对于理论知识与实际操作结合的内容，优化学生自主学习能力，推动网络工程平台的优化与发展。