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网络虚拟化下的网络工程专业实践教学

网络虚拟化下的网络工程专业实践教学

摘要:针对地方本科院校网络工程专业实践教学资源紧张、实验室经费受限、硬件设备维护成本高、使用效率低、实验效果不佳等问题,提出了将虚拟化技术的软件和平台引入实践教学的方案。从服务器虚拟化、桌面虚拟化和网络虚拟化三个方面进行研究和探讨。通过实践证明,基于虚拟化平台和软件的实践教学能有效改善网络工程实验室课程的教学效果,提高资源利用率,也证明了虚拟化技术在实践课程中的先进性和优越性。

关键词:网络工程;虚拟化技术;服务器虚拟化;网络虚拟化

1引言

网络工程实践教学是网络工程专业教学的重要组成部分,是培养学生手动能力和理论联系实际的必由之路。学生通过完成各类网络工程专业实验可以达到对原理知识点和技术充分理解且运用自如的效果。但目前地方本科院校由于条件有限,在网络工程专业实践教学环节中存在如下问题:1)实验室经费有限,无法购置高配设备,导致多数实验停留在验证阶段,无法进行深层次的综合设计。2)已有硬件设备陈旧,软件平台版本低,维护成本高,使用效率低。3)设备数量有限,无法满足大量学生、多门网络工程专业课切实的实践需求。经过各地高校不断研究和摸索,随着虚拟化技术的不断成熟,将虚拟化技术及相关软件、平台应用于网络工程实践教学中能有效解决上述问题。虚拟化在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。通过引入一个新的虚拟化层对下管理真实的物理资源,对上提供虚拟的系统资源,从而实现了在扩大硬件容量的同时,简化软件的重新配置过程。对于用户端,虚拟化技术实现了软件跟硬件的分离,用户不需要考虑后台的具体硬件实现,只需要在虚拟层环境上运行自己的系统和软件。高校网络工程专业在实验室建设和实践课程开设时引入虚拟化技术可以有效解决资源配置不足、设备管理效率低、实验类型单一、实验效果差等瓶颈问题,对学生动手能力和实践课程的教学效果的有明显提升。

2服务器虚拟化技术的实践教学研究

服务器虚拟化通过区分资源的优先次序,随时随地将服务器资源分配给需要的工作负载来简化管理和提高效率,从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。通过服务器虚拟化,用户可以动态启用虚拟机,运行多个虚拟机可以充分发挥物理服务器的计算潜能,迅速应对突发的需求。网络工程专业下设的《云计算》《Linux开发与应用》《服务器架设与维护》等专业课程都需要在Linux或WindowsServer系列操作系统环境下完成实验,而且部分课程需要在多操作系统的环境下完成实验,通过服务器虚拟化技术,可以有效解决这一难题。以《云计算》课程为例,在虚拟化平台搭建部分,可以将六台虚拟化服务器搭建成为一个集群,将集群划分成三个主机组,每两组同学使用一个主机组进行试验练习日常学习。使用两台交换机,S5720-52p1走管理业务平面,连接桌面云所在管理平面,为学生提供实验环境。S5720-52p2走BMC平面,后端对接服务器管理端,前端对接设备管理服务器,使设备管理服务器能够连接到服务器BMC端,监控服务器的状态信息。使用网线将BMC和管理业务所连接的交换机S5720-52p1和S5720-52p2连接起来,同时在交换机端进行VLAN隔离。然后连通到学生桌面所在的服务器外接交换机S5720-52p3上,使学生能够通过该网线连接虚拟化平台进行实验和学习。在桌面云搭建部分,可以将三台桌面云服务器形成集群,在集群之上以虚拟机的形式部署桌面云组件,然后组合生成桌面云平台,制作用户桌面,根据实验需求,制作出安装相应软件的完整复制桌面,然后发放36台学生使用桌面,多发五台做备份使用,2台教师桌面,1台备用。使用一台交换机走管理业务口,并且和虚拟化平台对接管理业务交换机连接,设备管理服务器对接管理业务交换机连接,满足业务需求,其中管理业务视需求进行业务隔离。同时,安装学生客户端盒子,鼠标键盘,网线,电源线,显示屏,到学生课桌上。三台桌面云服务器预留相同的资源导入FSA安装包安装VBS进程,使用后端两光纤接口做聚合,然后打通和分布式存储服务器的网络,这里需要一个单独的网段,或者做VLAN隔离,然后对接分布式存储服务器。

3网络虚拟化技术的实践教学研究

网络工程专业下设的《路由与交换技术》《网络互连技术》《信息安全》等实践课程需要使用大量的网络设备搭建网络环境,对路由器、二层交换机、三层交换机、防火墙、服务器、无线设备的需求较高,多数情况下无法满足一人一组设备的实验要求,网络虚拟化技术可以有效缓解这一矛盾,提高学生的实验质量,起到充分锻炼学生实操能力的效果。目前网络工程专业的主流网络虚拟化仿真软件有华为eNSP、思科PacketTracer和GNS3,以《路由与交换技术》课程为例,采用华为eNSP虚拟化仿真软件。该软件是在通用计算机平台上模拟华为厂商的硬件设备,使得华为网络设备的操作系统IOS能够在个人电脑环境下运行。eNSP仿真软件可以在物理机硬件资源充足的条件下同时运行个人终端、交换机、路由器、防火墙、服务器、无线设备等多台网络设备的操作系统,配合以简易直观的拓扑规划界面和CLI命令行,帮助学生实现大规模网络系统的规划、设计、部署、分析和诊断。同时该软件集成了Wireshark抓包软件,学生能在完成实验的过程中,捕获和分析网络中的各类数据包,查询数据包中各字段的值,便于及时发现问题,也能巩固网络协议理论知识。对比于采用物理机进行实验,该模式能开出的实验个数多、效率高、开销低、学生积极性高、实验效果好。

4结语

虚拟化技术具备提高资源的利用率、丰富实验类型、拓展实验教学空间、提升学生积极性、充分锻炼学生动手能力、投入低、产出高等优势。在网络工程实验室建设与实践实训课程开设过程中,应积极引入成熟度高的虚拟化平台和软件,以提高学生手动能力为目标,遵循“虚实结合”的原则,提升实践教学效果。这也是推进网络工程实践教学改革和提升实验教学质量的必由之路。

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作者:刘阳 单位:武汉学院