一個基于IOL虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建與使用

蘇文貴，侯憲美，嚴(yán)格

摘 要：計算機網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)和生活中成了信息傳輸?shù)幕A(chǔ)平臺，操作、維護(hù)和保障計算機網(wǎng)絡(luò)需要大量對組網(wǎng)設(shè)備原理性能了解、操作維護(hù)熟練的技術(shù)人員，如何經(jīng)濟高效地培養(yǎng)技術(shù)人員成了通信臺站面臨的難點問題，文章提出了一種基于IOL在虛擬LINUX操作環(huán)境下構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的方法，實現(xiàn)在平臺上對OSPF協(xié)議運行原理細(xì)節(jié)示例教學(xué)。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；虛擬教學(xué)；IOL

中圖分類號：TP391.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）06-0079-02

Abstract： Computer network has become the basic platform of information transmission in production and daily life. To operate， maintain and guarantee the computer network， a large number of skilled technicians are needed to understand the principle and performance of the network equipment and to operate and maintain the computer network. How to train technicians economically and efficiently has become a difficult problem for communication stations. This paper presents a method of constructing computer network teaching platform based on IOL in virtual LINUX operating environment. Implementation on the platform of OSPF protocol operating principle details of teaching examples.

Keywords： computer network； virtual teaching； IOL

隨著近年來信息化建設(shè)的不斷深入，眾多行業(yè)陸續(xù)建設(shè)了一些依托計算機網(wǎng)絡(luò)的信息系統(tǒng)，計算機網(wǎng)絡(luò)越來越多地成為了信息傳輸?shù)幕A(chǔ)平臺，操作、維護(hù)和保障計算機網(wǎng)絡(luò)成為了確保這些信息系統(tǒng)正常高效運行的關(guān)鍵。計算機網(wǎng)絡(luò)操作、維護(hù)和保障專業(yè)力量建設(shè)，傳統(tǒng)的途徑是依托學(xué)歷教育、在職培訓(xùn)和專項培訓(xùn)，這在計算機網(wǎng)絡(luò)人才培訓(xùn)領(lǐng)域做了很大貢獻(xiàn)。實踐中發(fā)現(xiàn)，一些小臺站也就是末端計算機網(wǎng)絡(luò)（Stub Network），存在一些不容忽視的問題：一是相對于大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點臺站，末端網(wǎng)絡(luò)的操作維護(hù)人員培訓(xùn)缺乏操作平臺，人員業(yè)務(wù)能力普遍偏低；二是計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)涵蓋廣、包含知識多，依靠末端網(wǎng)絡(luò)臺站培養(yǎng)人才實現(xiàn)難度大；三是由于計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備門類多，為培訓(xùn)使用專門采購設(shè)備經(jīng)費需求大，這就造成了教學(xué)單位存在教學(xué)易，設(shè)備操作難的困境。基于此，需要發(fā)展一種新的經(jīng)濟和成效明顯的培訓(xùn)方式，本文借鑒當(dāng)前業(yè)界計算機網(wǎng)絡(luò)技能培訓(xùn)軟硬件設(shè)施設(shè)備，提出了一種構(gòu)建虛擬化計算機網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)平臺的方法，并基于平臺做了示例教學(xué)。

1 總體思路

其做法的可行性在于：當(dāng)前虛擬化仿真技術(shù)發(fā)展迅速，有很多成型的商業(yè)化產(chǎn)品可供應(yīng)用與借鑒，同時很多優(yōu)秀的開源虛擬化軟件在業(yè)界也大量存在，其開放的源代碼和不受限制的使用權(quán)限為我們實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供了條件，這些虛擬化軟件不僅能夠模擬真實的物理設(shè)備，如計算機、路由器、交換機、防火墻、VPN、IDS、IPS等設(shè)備，還能實現(xiàn)類似真實計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的操作體驗和實驗結(jié)果。

在計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)中，現(xiàn)在成熟可用的產(chǎn)品起初都源自計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家，設(shè)計的功能有方案驗證和乙方技術(shù)人員培訓(xùn)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化教學(xué)平臺的構(gòu)建，就是把Cisco原廠網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)IOS（internetwork Operating System）在虛擬網(wǎng)絡(luò)路由器環(huán)境中運行，用這些虛擬路由器組網(wǎng)，實現(xiàn)一個由路由器、三層交換機、二層交換機和入網(wǎng)終端機組成的純虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，可以在平臺上，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)規(guī)劃驗證、IP編址實施、路由配置、生產(chǎn)網(wǎng)優(yōu)化和計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等功能。

2 平臺構(gòu)建

IOL（IOS on Linux）是Cisco開發(fā)人員為便于在工程中驗證網(wǎng)絡(luò)軟硬件設(shè)計，將工業(yè)界Cisco產(chǎn)品線中部分路由器交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IOS在Linux平臺的移植，所以IOL有著和IOS一樣的功能特性集，在路由交換控制層面可以取得和真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一樣的功能結(jié)果。

在基于IOL的虛擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，最主要的工作是利用Dynamips模擬器（圖1）模擬Cisco路由器運行硬件平臺，將Cisco IOS在虛擬路由器平臺上運行，完成一臺路由器的構(gòu)建。配置Liunx將虛擬運行的路由器按教學(xué)設(shè)計組網(wǎng)，完成構(gòu)建教學(xué)平臺。

IOL運行在Linux操作環(huán)境下，為便于Windows操作系統(tǒng)用戶使用，可以在Windows操作系統(tǒng)下先安裝VMware或Virtual Box虛擬機，在主機下創(chuàng)建一臺虛擬機，根據(jù)host主機硬件配置分配虛擬機硬件資源（如CPU、內(nèi)存容量、硬盤容量和網(wǎng)絡(luò)工作模式等參數(shù)），啟動虛擬Linux操作系統(tǒng)，安裝IOL虛擬機鏡像，對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行配置以實現(xiàn)host主機和虛擬機之間的IP層通信，然后用瀏覽器以http方式登錄虛擬機，訪問和配置虛擬教學(xué)平臺（圖2）。圖2是筆者設(shè)計實現(xiàn)的一個計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺，包含有11臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，屬于一個中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，給受訓(xùn)者提供了等同真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的培訓(xùn)體驗。

3 教學(xué)平臺示例

在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議理論講授后，學(xué)生往往對協(xié)議實現(xiàn)細(xì)節(jié)理解不清。基于圖2培訓(xùn)平臺，可以按要求設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑸榻虒W(xué)設(shè)計配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過虛擬運行組網(wǎng)設(shè)備，在平臺上對協(xié)議實現(xiàn)細(xì)節(jié)做直觀體驗。下面以一個講解計算機網(wǎng)絡(luò)OSPF路由協(xié)議7類LSA產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化過程為例，在平臺上做示例教學(xué)。

首先在教學(xué)平臺首界面，打開新增網(wǎng)絡(luò)實驗，編寫實驗角本，完成實驗環(huán)境的構(gòu)建，按教學(xué)設(shè)計完成網(wǎng)絡(luò)配置，打開教學(xué)設(shè)計中的實驗部分，找到OSPF NSSA區(qū)域部分內(nèi)容（見圖3），對照操作細(xì)則講解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計，重點讓學(xué)員理解這種OSPF區(qū)域劃分對比于常規(guī)OSPF區(qū)域劃分會產(chǎn)生什么不同。

接下來就是在虛擬教學(xué)平臺上，讓學(xué)員根據(jù)教學(xué)設(shè)計中的操作細(xì)則完成操作配置，并驗證實驗結(jié)果。示例重點是強調(diào)在設(shè)備上查看OSPF lsa的方法（見圖4），并將查看到的數(shù)據(jù)記錄下來，做實驗對比。讓學(xué)員理解NSSA區(qū)域產(chǎn)生的LSA有什么不同，從而加深對OSPF特殊區(qū)域NSSA的理解，掌握LSA7在OSPF ABR路由器R2上轉(zhuǎn)換成LSA5的過程和原理。

4 結(jié)束語

許多計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計復(fù)雜，組網(wǎng)設(shè)備多，地理分散。在工作中以實際網(wǎng)絡(luò)作為組訓(xùn)平臺很不現(xiàn)實，筆者根據(jù)多年實際崗位工作經(jīng)驗，學(xué)習(xí)借鑒行業(yè)做法，實現(xiàn)了上述虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)平臺，在此平臺上先后完成了150人次的崗位能力培訓(xùn)，效果比較明顯，培訓(xùn)效益很高，特別適合人力資源薄弱的小臺站培訓(xùn)使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]百度百科.http：//wapbaike.baidu.com/view/1974484.htm？adpat+1&[EB/OL].

[2]https：//baike.baidu.com/item/Stub%20Network/6551161？fr=aladdin[EB/OL].

[3]黃小波.基于Dynamips的思科虛擬實驗平臺的構(gòu)建與應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2013（8）：44-46.

[4]李凌云，王佳，王海軍.我國虛擬實驗研究現(xiàn)狀的實證分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2009，19（12）：111-114.

[5]王鴻灝.計算機網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2008.

[6]陳凱，王漢兵，劉輝宇，等.基于多虛擬平臺的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（07）：107-112.

[7]蔡龍輝.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在職教實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].廣東技術(shù)師范學(xué)院，2014.

[8]楊呈永，彭燦華，韋曉敏，等.基于網(wǎng)絡(luò)的計算機虛擬組裝實驗教學(xué)系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索，2013，32（12）：9-12+30.

[9]李浩.基于VMware的多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的構(gòu)建[D].南昌大學(xué)，2012.

[10]陳玖冰.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在中學(xué)化學(xué)探究型實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].東北師范大學(xué)，2010.

[11]黃成華.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下虛擬電子實驗室系統(tǒng)開發(fā)[D].南昌大學(xué)，2009.

[12]安小東.虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用研究[D].天津理工大學(xué)，2008.

[13]郭緒坤.虛擬網(wǎng)絡(luò)工程實驗室設(shè)計和關(guān)鍵問題研究[D].華南師范大學(xué)，2007.

[14]王榮芝.網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的交互設(shè)計研究[D].吉林大學(xué)，2007.