許斌

摘要：虛擬平臺(tái)技術(shù)是計(jì)算機(jī)專業(yè)中的新興平臺(tái)技術(shù)，可將虛擬軟件平臺(tái)中的計(jì)算機(jī)硬件融合至同一個(gè)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，在此計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中可靈活操作虛擬硬件。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，基于虛擬平臺(tái)技術(shù)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)已實(shí)際應(yīng)用至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)虛擬平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展已同步面向計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)訓(xùn)領(lǐng)域。文章針對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的軟、硬件綜合實(shí)訓(xùn)方案設(shè)計(jì)的特殊需求，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)了計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)訓(xùn)中未曾出現(xiàn)的新功能，以期提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的利用率。

關(guān)鍵詞：多虛擬平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用;計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);創(chuàng)建虛擬機(jī)

中圖分類號(hào)：C642.4;TP393-4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（ 2020）12-0090-04

0 引言

在計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室中，可通過軟、硬件技術(shù)的綜合應(yīng)用將計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室劃分為四個(gè)“母體”實(shí)驗(yàn)機(jī)房，并通過前期的總體研究以及規(guī)劃設(shè)計(jì)方案支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)方案[1]。該計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)踐與初步結(jié)果分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室配合使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)時(shí)研究出的目標(biāo)可采用中、高配置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并創(chuàng)新建設(shè)出較高性能服務(wù)器（ Server）和高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（Web Platform），在實(shí)際實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中取得了符合前期設(shè)想的效果，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的構(gòu)建提供了良好的硬件環(huán)境基礎(chǔ)。

1 多虛擬技術(shù)平臺(tái)搭建優(yōu)勢及特點(diǎn)

1.1 多虛擬技術(shù)平臺(tái)軟件

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支撐下，應(yīng)用較多的虛擬軟件有QEMU、Virtual PC等專業(yè)的虛擬機(jī)軟件[2]。都可在wmdows系統(tǒng)上進(jìn)行模擬計(jì)算。例如Virtual Machine是一種能夠在多系統(tǒng)運(yùn)行并操作便捷的一種虛擬機(jī)，可為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合應(yīng)用提供較為專業(yè)的硬件配備。Vmware軟件則可以通過一臺(tái)主計(jì)算機(jī)模擬操作出多臺(tái)子虛擬計(jì)算機(jī)的效果，將多樣化的操作系統(tǒng)運(yùn)行至同一個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)，子虛擬計(jì)算機(jī)同樣可模仿主計(jì)算機(jī)的應(yīng)用模式對(duì)安裝系統(tǒng)（Installation System）、格式化（Forrnat）、應(yīng)用軟件等進(jìn)行操作。Vmware在虛擬實(shí)驗(yàn)中可適應(yīng)不滿足實(shí)驗(yàn)條件的計(jì)算機(jī)單機(jī)實(shí)驗(yàn)。

1.2 多虛擬技術(shù)平臺(tái)特點(diǎn)

虛擬平臺(tái)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)中的模擬模型構(gòu)建主要占有以下4點(diǎn)優(yōu)勢

1）虛擬平臺(tái)可模擬系統(tǒng)硬盤衍生出多個(gè)文件，且可對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行快速修復(fù)以及還原穩(wěn)定狀態(tài)。

2）虛擬平臺(tái)可在虛擬機(jī)的應(yīng)用過程中實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)協(xié)同操作，將文件、有線網(wǎng)絡(luò)、周邊電子設(shè)備通過平臺(tái)進(jìn)行共享。如2個(gè)Vmware可在wmdows系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行，進(jìn)行虛擬環(huán)境中的對(duì)話，可設(shè)置為一個(gè)虛擬機(jī)在前臺(tái)，一個(gè)虛擬機(jī)子在后臺(tái)進(jìn)行呼應(yīng)式運(yùn)行[3]。

3）虛擬平臺(tái)可根據(jù)硬件模板虛擬出多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)硬件，并且基本類似于主機(jī)的硬件構(gòu)造，可在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行復(fù)制

4）虛擬機(jī)可根據(jù)主計(jì)算機(jī)進(jìn)行多臺(tái)虛擬機(jī)的相互并發(fā)運(yùn)行，且各虛擬機(jī)之間可進(jìn)行客戶服務(wù)方式的運(yùn)行方法。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

為滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建立需求，創(chuàng)建富有層次性、系統(tǒng)性、整體性、時(shí)效性以及空間感的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是基礎(chǔ)[4]。在搭建實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)架時(shí)，可從實(shí)驗(yàn)類型、實(shí)驗(yàn)主題、實(shí)驗(yàn)層次3大方面進(jìn)行糅合分析，以基礎(chǔ)理論作為實(shí)驗(yàn)方案的基底，以明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樽罱K實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，形成由“點(diǎn)”至“面”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康目蓪⒂?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)分為以下3個(gè)類型。

1）綜合型實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)。包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)攻擊及防范方法測試以及網(wǎng)絡(luò)終端綜合安全策略設(shè)計(jì)。

2）驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)。驗(yàn)證型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)可分為對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驗(yàn)證分析、基本網(wǎng)絡(luò)指令設(shè)置等[5]。

3）設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)。主要針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的分析、網(wǎng)絡(luò)安全策略實(shí)施、以及相關(guān)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的協(xié)議程序開發(fā)。

根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)理論內(nèi)容，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)具體分為以下3個(gè)主題。

1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置。主要將網(wǎng)絡(luò)細(xì)分為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、安全、服務(wù)。

2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)模型是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的骨干，網(wǎng)絡(luò)策略、網(wǎng)絡(luò)連接方式是支脈，最終架構(gòu)出整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組織。主要分為網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)。

根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)建立的難易程度可將實(shí)驗(yàn)過程分為以下3個(gè)層次。

1）研究探索型層次。主要將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的研發(fā)過程作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析探究作為計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)中間的層次環(huán)節(jié)，最后在個(gè)體團(tuán)隊(duì)的配合下，將實(shí)驗(yàn)的主題性、類型、層次進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，構(gòu)建多樣化且同時(shí)具備穩(wěn)定性和安全性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)[6]。

2）專業(yè)實(shí)踐層次。將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用性、以及計(jì)算機(jī)安全性能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為主要的構(gòu)架部分。

3）基本實(shí)踐層次。以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)者應(yīng)熟悉網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)以及計(jì)算機(jī)的各類軟件系統(tǒng)以及硬件系統(tǒng)的性能指標(biāo)，將網(wǎng)絡(luò)中各種狀態(tài)的含義進(jìn)行掌握熟悉。

在滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)構(gòu)建的條件需求下，設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)平臺(tái)以及明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮碗y以程度都是為后期的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行的合理鋪設(shè)。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇與模擬系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 多虛擬平臺(tái)下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的選擇

根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案，可挑選出人機(jī)互動(dòng)性強(qiáng)、平臺(tái)成熟度高、操作便捷、成本低廉的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在確定實(shí)驗(yàn)主體和實(shí)驗(yàn)類型后計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需憑借3種虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的技術(shù)手段來支撐整體系統(tǒng)運(yùn)行的流暢度、穩(wěn)定性、安全性，即搭建虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用、虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M3大平臺(tái)[7]。VMW（VMware Workstation的簡稱）可用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬，其自身的流暢性在虛擬網(wǎng)絡(luò)方面具有鮮明的使用優(yōu)勢;ubuntu64（簡稱UB）在虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用方面可便捷計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化、設(shè)置系統(tǒng)詳細(xì)數(shù)據(jù)等功能的開發(fā)使用，并且支持在多種型號(hào)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行，如圖2所示;在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，可使用NS2軟件模擬平臺(tái)，其拓展性相較其他軟件更具優(yōu)勢，且對(duì)計(jì)算機(jī)下達(dá)指令的反應(yīng)速度較為敏感，如圖3所示。

NS2的系統(tǒng)模擬功能僅適用于Unix內(nèi)核的操作系統(tǒng)，本文在局域網(wǎng)的鏈接狀態(tài)下對(duì)遠(yuǎn)程N(yùn)S2的操作系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)充功能的設(shè)置，且基于Java語言編寫的客戶端能夠同時(shí)運(yùn)行于Unix和Windows操作系統(tǒng)[8]。

3.2 基于多虛擬平臺(tái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建

3.2.1 虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的搭建

在多虛擬平臺(tái)的應(yīng)用基礎(chǔ)上搭建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)是本文研究的主要內(nèi)容，各項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)都是依托于虛擬平臺(tái)的搭建，4個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的使用效果都取決于虛擬平臺(tái)搭建時(shí)的應(yīng)用系統(tǒng)是否合適，由此可知，虛擬平臺(tái)技術(shù)的平臺(tái)搭建可分為以下2個(gè)環(huán)節(jié)。

1）虛擬軟件的選擇。構(gòu)建此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于虛擬平臺(tái)技術(shù)，經(jīng)過反復(fù)的測試和比較，將微軟公司出品的Vmware Workstation做為虛擬平臺(tái)軟件，由Windows操作系統(tǒng)提供優(yōu)異的技術(shù)支持，Vmware Workstation的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可搭配不同硬件的配置進(jìn)行應(yīng)用。

2）計(jì)算機(jī)實(shí)際操作平臺(tái)的選擇。計(jì)算機(jī)的實(shí)際操作平臺(tái)主要受操作系統(tǒng)通用性和虛擬軟件支持平臺(tái)的影響，在兼顧“四合一”的的平臺(tái)搭建基礎(chǔ)需求上，最終確定使用Windows2000server和Win-dowsXP雙系統(tǒng)進(jìn)行搭建。WindowsXP可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開發(fā)與測試、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)構(gòu)建以及Windows2000serv-er可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)服務(wù)功能以及數(shù)據(jù)開發(fā)測試功能，是本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與軟件實(shí)驗(yàn)室操作系統(tǒng)最終確定的2大平臺(tái)[9]。

3.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)運(yùn)行模式

在上文對(duì)實(shí)驗(yàn)類型、實(shí)驗(yàn)主題、實(shí)驗(yàn)層次的詳細(xì)設(shè)計(jì)論述下，通過選擇合適的實(shí)驗(yàn)方案和相應(yīng)的虛擬拓展平臺(tái)可構(gòu)建出此綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。詳情如表1所示。

3.3多虛擬平臺(tái)技術(shù)使用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)的效益與分析

3.3.1 提供完善獨(dú)立實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

以往的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)僅僅只能保障一組網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的穩(wěn)定性，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中計(jì)算機(jī)配備不足的問題可從根本上依靠多虛擬平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行問題解決。當(dāng)使用多虛擬平臺(tái)技術(shù)后，可將單一的計(jì)算機(jī)硬件虛擬化為多臺(tái)計(jì)算機(jī)，將網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行整合處理。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)測試平臺(tái)可在多部計(jì)算機(jī)中進(jìn)行聯(lián)動(dòng)應(yīng)用。

3.3.2 節(jié)省實(shí)驗(yàn)室資金投入

在傳統(tǒng)模式下搭建4個(gè)實(shí)驗(yàn)室需要分別進(jìn)行計(jì)算機(jī)硬件創(chuàng)建，但往往也不會(huì)達(dá)到最理想的效果。IOS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室投資會(huì)消耗巨大的資金成本，通過以往的項(xiàng)目資金核算發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)大約需要130萬（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)室50萬+軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)室30萬+IOS系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室45萬+Unix系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室10萬）左右的資金支持。但多虛擬平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用使得四個(gè)實(shí)驗(yàn)室的搭建更加便捷，包括最先進(jìn)的多媒體設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)控制系統(tǒng)，且費(fèi)用較低，與傳統(tǒng)模式下相差2倍左右。

3.3.3 優(yōu)化場地及管理模式

傳統(tǒng)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房占地面積約為420m2，占地面積過大，造成一定的資源浪費(fèi)，且對(duì)后期管理人員來說無疑是一個(gè)巨大的維護(hù)工程量。而虛擬平臺(tái)技術(shù)在新型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用從根本上緩解了這一現(xiàn)象，從占地面積的角度來講，只需占用以往四分之一的面積（約120m2）就可將綜合實(shí)訓(xùn)完成。從后期人員維護(hù)角度來講，從單一的機(jī)房硬件管理維護(hù)增加了軟件技術(shù)故障輔導(dǎo)等項(xiàng)目，促進(jìn)了機(jī)房管理人員的計(jì)算機(jī)專業(yè)水平以及管理水平。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的建立需要充足的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來支撐，同時(shí)需要依附于多種虛擬平臺(tái)為技術(shù)載體，搭建出系統(tǒng)性、整體性、層次性的計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)[10]。而虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的人機(jī)交互功能使得開發(fā)者在視聽方面能夠更為直觀的得到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)果，節(jié)省了后期工作人員管理使用維護(hù)硬件的成本，為計(jì)算機(jī)專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展增添了科技力量。

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