高校計算機實驗室的部署與管理

張寶瑛，李書珍，沈俊輝，李京忠

（北京中醫藥大學 信息中心，北京 100029）

高校計算機實驗室承擔著全校的計算機教學任務。北京中醫藥大學信息中心有7個計算機實驗室，學生用計算機400多臺。由于各個實驗室建成的時間不同，計算機配置也不一樣，如何統一、高效地部署計算機實驗室，是我們實際工作中遇到的問題。以下從網絡、服務器和操作系統3方面對這個問題進行探討。

1 計算機實驗室網絡的部署與管理

我校計算機實驗室網絡采用了私有IP地址分配及根據端口劃分VLAN的方式［1］。

1.1 使用私有IP地址

隨著我校計算機實驗室的擴建，計算機數量增加，原有的IP地址不能滿足需求，于是在計算機實驗室采用了私有IP地址的分配（見表1）。

私有IP地址轉換為合法IP地址是在我校網控中心的防火墻上實現的。私有IP地址的使用，不僅解決了lP地址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網絡外部的攻擊，隱藏并保護網絡內部的計算機［2］。

1.2 根據端口劃分VLAN

VLAN（virtual local area network）又稱虛擬局域網，是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段，從而實現虛擬工作組的新興數據交換技術，即VLAN是建立在物理網絡基礎上的一種邏輯子網［3］。我校計算機實驗室使用銳捷S5750三層交換機實現VLAN的劃分，此交換機上聯到學校的網控中心交換機（見圖1）。

我校采用根據端口劃分VLAN的技術，對校園內部網絡上不同計算機實驗室進行邏輯隔離，這是最簡單、最有效的劃分方法（見表1）。不同的計算機實驗室劃分不同的VLAN，使用不同的IP地址網段，例如計算機實驗室1是VLAN10，使用10.14.16.1—253網段IP地址，計算機實驗室2是VLAN20，使用10.14.17.1—253網段IP地址，在交換機上配置了訪問控制列表（ACL），設置所有計算機實驗室允許訪問39網段的服務器。

表1 第1教學樓IP地址分配及VLAN劃分

2 計算機實驗室服務器的部署

一個VLAN內部的廣播和單播流量都不會轉發到其他VLAN中，即使是2臺計算機有著同樣的網段，但它們不在同一個VLAN中，它們各自的廣播流也不會相互轉發［4］。

劃分VLAN之前，這4個計算機實驗室共用xxx.xxx.39，xxx網段的IP地址。有一次，一位教師在用電子教室的軟件講課時，不小心選錯了講課頻道，錯誤地控制了另一間實驗室所有的計算機，而那個實驗室正在考試，不但所有的計算機顯示屏被切換，而且鍵盤和鼠標都不能使用，影響了考試的正常進行。另外，我校計算機管理人員是利用寫保護卡的發送端與接收端傳盤的方式統一部署計算機操作系統的。由于寫保護卡在相同時間段，相同IP地址網段只能有1個發送端，所以在劃分VLAN之前，如果在不同實驗室同時傳盤，就需把本實驗室的外網斷開，再分別用Hub把一個計算機實驗室連成一個內部局域網，給管理工作帶來了不便。

現在，VLAN的劃分和不同的計算機實驗室使用不同網段的私有IP地址，很好地解決了這些問題。由于一個VLAN就是一個邏輯廣播域，通過對VLAN的創建，隔離了廣播，縮小了廣播范圍，可以有效控制廣播風暴的產生［5］。

計算機實驗室的部署，離不開服務器的配置；實驗室的多任務需求，僅靠單機的資源配置難以滿足。在實際教學工作中，需部署FTP服務器、WSUS服務器以及網絡版的殺毒服務器等多種用途的服務器［6］。

2.1 FTP服務器

FTP（file transfer protocol，文件傳輸協議）是Internet上使用廣泛的通信協議，是計算機網絡上服務器與客戶機之間傳送文件的一種服務協議。通過建設實驗室FTP服務器，可極大地提高文件的共享性。

在FTP服務器上，存儲有大量的教學與娛樂資源，如各種系統軟件、應用軟件、教學資料與電影、音樂等。在FTP服務器上設置好用戶名和密碼，教師和學生在本地機地址欄上輸入ftp：／／FTP服務器的IP地址，或在運行欄中輸入＼＼FTP服務器的IP地址，連上服務器，輸入用戶名和密碼后，就可以共享服務器的資源了，可以在本地機上對服務器進行上傳和下載的操作。在課堂教學中，教師和學生可以方便地從FTP服務器上獲取教學資料，也可以方便地把學生作業上傳到服務器中，既實現了高效傳送，又避免了使用移動磁盤易傳播病毒的問題。

2.2 WSUS服務器

WSUS（Windows server update services）目前的版本可以更新更多的Windows補丁，同時具有報告功能和導向性能，管理員還可以控制更新過程。

微軟操作系統的補丁更新很頻繁，實驗室里計算機的數量多，如果都直接連到微軟網站去更新補丁，速度很慢，且數據重復下載率高。在學校內網搭建WSUS服務器，就可以很好地解決上述問題，使教師機、學生機不出校園網就能快速、便捷地利用 WSUS服務器升級系統。

此外，還需配置多種服務器，如計費服務器，網絡殺毒服務器和DHCP服務器等，高校計算機實驗室通過配置多種用途的服務器，極大地方便了教學與科研，豐富了學生的課外娛樂生活，另一方面，也將用戶流量吸引在校園網內，減輕了校園網出口的負擔［7］。

3 計算機操作系統的部署與管理

計算機實驗室操作系統的部署有別于單機的部署，400多臺計算機同時安裝操作系統的工作量是很大的。為了省時、省力、統一和高效地進行操作系統的部署，我們從4個方面來探討這一問題。

3.1 采用Ghost方法

Ghost是一種硬盤備份還原工具，它可以做2項工作：一是對安裝好的操作系統進行系統鏡像克隆，另一個是把做好的Ghost鏡像還原到計算機上。

Ghost的優點是系統克隆和系統還原的速度很快，相同硬件配置的計算機系統經還原后，系統仍很穩定；缺點是當把Ghost鏡像還原到不同硬件配置的計算機上時，有時會出現藍屏或系統不穩定的情況。這是因為Ghost鏡像中的各種硬件驅動和被還原計算機的硬件驅動不匹配造成的，解決方案是在做Ghost鏡像之前，需卸載驅動程序。

在服務器的維護中，常采用Ghost方法進行系統的備份，當服務器系統出現損壞的時候，使用Ghost鏡像進行系統的還原。由于是本機的Ghost鏡像，鏡像還原后，系統恢復正常。

在實際工作中，我們常常在一個計算機實驗室安裝好系統后，把硬件驅動一一卸載干凈，然后制作好一個干凈的Ghost鏡像，用這個鏡像去安裝其他實驗室的計算機，還原后的第一次啟動，應按照提示安裝硬件的驅動程序。

3.2 采用寫保護卡方法

在計算機實驗室，為了保護教師機與學生機的操作系統，在每臺計算機安裝寫保護卡是必要的。現在保護卡功能不僅局限于保護磁盤操作系統，它還具備了一些管理功能，使實驗室的維護工作變得簡單和易于操作。

3.2.1 利用寫保護卡部署多個操作系統

利用寫保護卡的硬盤規劃功能，把一塊硬盤分成多個分區，分別在每個分區部署相同或不相同的操作系統，使各操作系統從物理上完全隔開，互不影響，系統穩定性高，滿足了不同教師對不同操作系統的需求。

3.2.2 利用寫保護卡全盤拷貝及增量拷貝

在組建一個新的計算機實驗室時，一般實驗室里計算機的品牌和型號都是相同的。在部署操作系統和應用軟件時，只需在一臺計算機上作硬盤規劃和在各個分區中安裝操作系統，然后以這臺計算機為發送端，其他的計算機都作為接收端，通過寫保護卡的全盤拷貝功能，把發送端數據統一傳給接收端。通過這種一對多的傳盤方式，可實現計算機操作系統的快速部署［8］。以后對系統作更改須再次傳盤時，只需做增量拷貝，節省了傳盤時間、提高了效率。

3.2.3 利用寫保護卡為計算機統一分配計算機名稱與IP地址

在一臺計算機的寫保護卡界面，統一編輯好整個實驗室的計算機名稱和IP地址后，利用寫保護卡的“自動IP分配”功能，對實驗室的所有計算機進行統一的快速管理和批量分配，對每臺計算機的標識是通過網卡的MAC地址實現的。

3.2.4 使用單系統多頻道部署系統

寫保護卡的創建頻道功能在計算機實驗室的管理中優勢明顯，操作簡便，它是在已有一個單個真實操作系統基礎上創建出多個與真實系統相同的操作系統環境，簡稱頻道。頻道與真實操作系統、頻道與頻道間相互隔離、互不影響，每個頻道都可單獨保護和還原。

使用創建頻道的功能，可在很短的時間就創建一個新的系統分區，各個頻道可安裝不同的軟件、安排不同的課程、安排不同的教師使用。例如可以為考試安排一個單獨頻道，不保護磁盤C，使學生的答卷可以放在C磁盤，一段時間后，學生的答卷依然可以在C磁盤中找到，避免了學生答卷丟失的現象。

當某個頻道不想保留后，可以很方便地刪除它。由于頻道占用的是虛擬空間，大大節省了磁盤空間。

但是，利用寫保護卡部署機房的通用性差，它不適合部署配置不統一的計算機，而只適合對品牌和型號相同，且集中放置在一起（一個房間）的計算機進行統一、快速部署，計算機的數量越大，它的優勢越明顯。

3.3 使用桌面虛擬化管理軟件部署實驗室

桌面虛擬化是指將計算機的桌面進行虛擬化，以達到桌面使用的安全性和靈活性。可以通過任何設備，在任何地點、任何時間訪問在網絡上屬于個人的桌面系統［9］。

在虛擬化桌面環境，操作系統、應用程序及相關數據要從用戶的個人電腦抽取出來。大體來講，現在有兩類桌面虛擬化：一是本地桌面虛擬化，整個桌面環境在用戶個人電腦上受保護的“保護罩”（bubble）中運行；二是托管桌面虛擬化，把用戶的桌面存儲在數據中心，需要用戶通過網絡連接訪問桌面鏡像。

從IT技術的發展來看，桌面虛擬化技術將用戶使用環境與系統運行環境拆分，所有桌面和應用環境鏡像集中在服務器上進行統一管理，用戶可以根據自己不同的需求，使用終端設備通過局域網或者遠程訪問各自的計算機系統，桌面虛擬化系統可以做出個性化的系統環境。

總之，桌面虛擬化平臺部署系統的通用性好，它專門針對大量分散的、配置不統一的計算機進行系統配置，但它依賴于網絡環境和服務器。如果網絡或服務器出現了故障，桌面虛擬化系統將不能正常工作［10］。

3.4 計算機實驗室使用電子教室軟件

電子教室軟件最主要的功能是進行教學演示，除此之外，它也具備管理功能。圖2是它的管理界面。

圖2 電子教室軟件管理界面

用管理界面中的“下發文件”功能，把文件統一下發到學生機相同的某一位置；用“遠程命令”功能，讓所有的學生機同時執行相同的命令，如發送“cmd”命令，學生機都進入了 ms－dos方式；如發送http：／／www.baidu.com，學生機都統一打開了百度的頁面［11］。

將電子教室軟件與批命令結合，可以對學生機進行管理，如先使用“下發文件”，把激活軟件的批處理文件下發到學生機上，再使用“遠程命令”讓學生機運行這個批處理文件，所有學生機的這個軟件就被統一激活了。

綜上所述，這4種部署計算機操作系統的方法各有特點。Ghost部署的特點是一對一，適用的范圍比較廣泛；寫保護卡部署的特點是一對多，通用性不好，但部署速度快、系統很穩定，適用于同一實驗室內相同配置的幾十臺或上百臺計算機的統一部署；桌面虛擬化部署的特點是一對多，通用性好，適用于不同計算機配置、位置分散的計算機的部署，但對于同一實驗室內相同計算機的部署不如寫保護卡部署的速度快和操作簡捷；使用電子教室軟件部署的特點是一對多，靈活，適用于同一實驗室的計算機，但在操作系統安裝好后，個別地方需要更改。

4 結束語

本文結合我校實際情況，從網絡、服務器、操作系統3方面探討了如何高效、快速地部署計算機實驗室。作為計算機實驗室的管理者，只有不斷地研究新的計算機技術，提高計算機管理的水平與效率，才能更好地發揮計算機實驗室在現代教育中的重要作用，從而更好地為教學服務。

（References）

［1］顏偉民.校園網管理中VLAN技術的有效應用［J］.網絡安全，2012（5）：20－21.

［2］徐雪.高校計算機實驗室管理與維護方法［J］.中國現代教育裝備，2012（11）：38－40.

［3］姜偉，馬景巖，石丹.服務器虛擬化在高校計算機實驗室的應用研究［J］.實驗技術與管理，2012，29（1）：114－115.

［4］王松，劉長征.基于交換機對校園網VLAN劃分的研究［J］.大眾科技，2009（4）：14－15.

［5］曹文梁.局域網的 VLAN 劃分方法［J］.計算機時代，2011（7）：18－20.

［6］張曉莉.精通Windows Server 2008安全與訪問保護［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［7］張寶瑛，馬星光，王子超，等.高校計算機實驗室服務器的配置與建設［J］.實驗技術與管理，2010，27（10）：196－198.

［8］任云鳳.硬盤保護卡在高校計算機實驗室中的應用［J］.實驗室科學，2012（6）：112－114.

［9］閆龍川，劉志永.桌面虛擬化技術研究與應用［J］.ELECTRIC POWER IT，2010（8）：55－58.

［10］李從明.淺談桌面虛擬化系統在高校計算機實驗室中的應用［J］.科技創新與應用，2012（12）：300－301.

［11］高蘭.校園電子教室教學管理軟件的應用與實踐［J］.現代電子技術，2010（18）：60－62.