基于虚拟化的网络实验教学创新模式的研究与实践

２０１２年第３期　福　建　电脑　１７５　基于虚拟化的网络实验教学创新模式的研究与实践　陈悦　（上海金融学院信息管理学院上海２０１２０９）　【摘　要】：本文围绕利用有效的利用虚拟化技术，对基于虚拟化的网络实验教学创新模式的应用，在　理论和实践上进行了探索和研究．为金融信息化网络人才的培养提供新的方法和思路。　【关键词】：虚拟化；网络实验教学；金融信息技术；ＶＭｗａｒｅ　我国的信息化战略正在以信息化带动工业化、以　现有的网络实验室都采用物理设备，如交换机、路　工业化促进信息化的融合战略稳步推进．而在信息化　由器、服务器等。搭建时往往采用固定模式，不具有灵　应用最早、投入最多的金融领域．已经在数据大集中后　活性，实验不能随意更改结构，因此实验在设计时只能　进入了信息技术与银行业务深度融合的发展阶段。从　根据实验室的具体结构来设计．而不是根据实际的应　产品创新、风险管理，到金融监管、宏观调控、金融管理　用需求来设计，造成实验项目单一、程式化，缺乏变化　决策等各方面无不需要信息和计算机技术的强力支　和创造性。　持，因此，大量掌握信息技术及其应用知识、熟悉金融　实验室应该提供具有多层次系列化的计算机实　理论与实务并能把握金融业发展脉搏的复合型金融信　验，从网络配置等基础实验到ＶＬＡＮ、路由、ＴＣ　Ｐ协　息人才．已成为金融信息化建设的基本保证　其中计算　议等综合实验，再到多路由复杂网络、服务器集群、网　机网络是金融信息化人才培养中一门重要的基础课　络负载均衡、网络安全防护等难度较高的创新性实验，　程，该课程是实践性很强的专业课程．其网络实验教学　但目前采用一次性投入建设的物理实验室想要完成多　不仅仅是对理论教学的补充和深化．而且对培养学生　层次实验设计，困难很大．几乎无法实现。　运用最新的网络技术解决实际问题的能力有着举足轻　二、网络实验教学的改革思路　重的作用。　针对计算机网络技术的发展和实验教学的现状，　一、计算机网络实验教学现状和存在问题　进行网络实验教学改革的重点是培养学生对新技术的　“计算机网络”课程是信息化技术的一门基础课　掌握和在此基础上的创新能力。可考虑以下几个思路：　程．具有完整的理论教学体系．教材内容也在不断改革　１．要紧跟先进的网络技术。实验教学不能与时代脱　和更新．逐步涉及到网络发展的前沿技术　也意识到实　钩．要紧跟技术发展潮流．尽快把成熟应用的新知识新　践教学的重要性．学生必须通过大量严格的实验训练才　技术引入实验教学．让学生在掌握基础理论知识的同　能真正掌握和深入理解网络技术的基本理论和概　”．　时．还能吸收和理解新知识。　但由于多种因素，造成网络实验教学的质量很难提高．　２．加强学生的实践能力　现代网络技术对学生要求　无法提供一个灵活、先进、易于管理的网络实验平台，　不仅仅是掌握基础知识．而是要能对网络工程进行思　不利于学生创新能力的培养。总体上看．目前主要存在　考、设计和规划，对学生的综合能力提出了要求。因此　以下问题：　在实验设计时要注重培养学生对网络的分析、设计、排　计算机网络技术发展的速度非常快．对高校网络　除、效率、管理等方面对能力，设计出具有综合性、复合　实验室中设备档次、性能和类型提出了更高的要求。但　性的网络实验．　因投人经费、场所等条件限制。实验窒建设无法及时跟　３．加强学生创新能力的培养。现代网络技术要解决　上网络技术的发展。目前大部分高校的网络实验室开　的问题复杂．从传统的办公局域网．到包括多分支机构　展的实验项目基本停留在演示性和验证性实验上【２】．学　的广域网．再到复杂的城域网，这些都需要学生具有一　生不能在实验课中接触这些新技术．造成理论和实验　定的创新能力，能利用现有的技术灵活解决各种问题。　的脱节．影响教学效果　对实验教学内容进行筛选、补充、综合，增设一些综合　计算机网络技术的复杂性决定了计算机网络实验　性、设计性和创新性的实验项目【３］，模拟多种复杂的现　课程的复杂程度．尤其是涉及到金融信息中的复杂网　实网络问题．引导学生去创造性的解决问题。　络结构．服务器集群，网络安全体系、ＵＮＩＸ小型机等难　三、应用虚拟化技术。提高网络实验教学质量　点　要想在实验中重现这些技术，不光资金投入巨大，　１．网络设备的虚拟化应用　而且实验的管理也相当复杂。从实验的设计、准备、实　目前已有软件能仿真模拟一些常见的网络交换设　验初始化到学生使用、恢复都要花费相当多的时间．实　备、路由器、防火墙等．不仅能实现命令的完全仿真，而　验效率较低　．　且能灵活搭建各种网络结构．模拟网络故障．在基本功　１７６　福建　电脑　２０１２年第３期　能上可取代实际的物理交换设备．在使用便捷、快速部　正常时给它重新分发请求。　署、方便管理、低成本投入等方面大大优于实际物理设　备实验室。可以将实验室管理人员从繁琐的物理设备　配置、密码重设、设备维护等工作中解脱出来，让教师　更专注于实验的设计。　其中ＧＮＳ３是一款非常出色的仿真软件．作为一款　图形化的网络模拟器．它允许在计算机上的虚拟环境　中运行的Ｃｉｓｃｏ　１０Ｓ系统．真实的模拟网络交换机。不　仅如此．ＧＮＳ３能够支持思科ＡＳＡ和ＰＩＸ防火墙．思科　ＩＰＳ．以及Ｊｕｎｉｐｅｒ路由器等多种网络设备，而且通过配　图１利用虚拟服务器模拟集群技术　置．可以将虚拟的网络拓扑结构连接到真实的网络环　境。可以将虚拟实验与真实网络结合起来．为实验设计　提供更灵活的设计　２．应用服务器的虚拟化应用　应用服务器的虚拟化产品很多。有ＶＭｗａｒｅ　Ｓｅｒｖｅｒ，　Ｃｉｔｒｉｘ　ＸｅｎＳｅｒｖｅｒ．Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｓｅｒｖｅｒ等．都能在一台物理服　务器上虚拟出多台服务器．服务器可以是不同的平台．　包括Ｗｉｎｄｏｗｓ，Ｌｉｎｕｘ、Ｓｏｌａｒｉｓ等操作系统。互相间可以　网络互通。运行上互不干扰，可完全等同于多台物理服　务器。由于虚拟机采用了备份、安全、隔离与封装技术　等在现代操作系统中很难实现的功能【４Ｊ，在部署、安装　配置、备份等方便有着物理服务器所不可比拟的优越　性．管理人员可在短短十几分钟时间内完成整个实验　室的快速部署与恢复。结合快照技术，大大缩短两个实　验间的重新配置过程。每台电脑可以同时虚拟成多台　服务器．可组成多种服务器架构，实现复杂网络环境下　的各种服务器相关应用的仿真。　３．利用虚拟化技术设计复杂网络实验．培养学生的　创新能力　虚拟化技术能够实现多种网络技术．突破了传统　物理实验设备的局限，不再拘泥于书本传统试验．将先　进的网络技术．尤其是可把金融信息化所涉及的技术　引入到实验中来．让学生在实验中学习新知识。提高创　新的能力。可以从以下几个方面设计新的实验。　（１）服务器负载均衡集群实验。集群ｆ　ｄｕｓｔｅｒ，也称为　群集是指通过相关的软件或协议。使２台及２台以上　的一组互相独立的计算机之间协同工作．从而将一组　计算机绑定为一台虚拟计算机的技术［５１　越来越多的关　键任务和大型应用正运行在Ｊ２ＥＥ平台上。网上银行、　大型网上商城、搜索引擎之类的应用要求很高的可用　性（ＨＡ），这些应用具有大访问量、大并发数、大流量等　特点．技术采用多服务器组成集群来提高系统响应。　在实验中利用多台虚拟服务器方式模拟一个典型　的ＷＥＢ层集群技术．可以包括Ｗｅｂ负载均衡和服务　器失效转移。如图１．一个虚拟服务器安装带有　ＩｐｃｈａｉｎＳ的ＨｎＨＸ系统来模拟昂贵的负载均衡设备．其　他服务器模拟Ｊ２ＥＥ应用。在实验中分析多种负载均衡　算法的特点．可以模拟出部分服务器宕机的情况下．负　载均衡器如何检测到失效．并不再分发请求到失效的　服务器上。同时也监视服务器恢复状况．当服务器恢复　（２）搭建复杂网络，模拟多种金融信息中心的网络　架构　利用ＧＮＳ３搭建一个典型的商业银行的网络架　构，包括多个分支机构，包括接入交换机、汇聚交换机、　核心交换机、路由器、防火墙、ＶＰＮ等虚拟设备，学生可　根据的银行业务的变化来调整网络架构．以优化网络　性能　由于是采用虚拟化设备．学生可专注于技术创新　而不是将有限实验时间浪费在线路和设备的调整上。　教师可模拟多种网络故障。引导学生进行故障排查。恢　复网络，加强学生对所学知识的活学活用。　（３）模拟中小银行信息安全体系。金融服务于社会　的手段日趋现代化．依赖于金融信息技术，但网络信息　安全风险笼罩在各个业务上　采用虚拟化技术模拟多　种网络攻击，包括非法访问、密码破解、协议分析仪窃　取信息、间谍软件、信息篡改等，让学生在实验中深刻　认识信息安全的重要性．通过模拟的攻击与防护实验。　让学生在实战中学习网络安全的知识。利用虚拟机快　照技术．可以快速恢复被破坏的服务器．提高实验效　率。　　‘计算机网络是一门应用性很强的课程．必须在大　量实验课程中才能深刻理解和掌握专业知识．采用虚　拟化技术能解决目前计算机网络课程实验教学环节中　存在的很多问题．在有限经费投入的情况下．提高网络　实验的教学质量　虚拟化技术提供多种灵活可扩展的　实验方法．有利于培养学生发现问题、解决问题和创新　的能力。自主设计创新性的实验项目．紧跟网络新技术　的发展，成为具有高素质、创新型金融信息网络人才，　这对于计算机网络课程实践教学建设和发展具有实际　意义　参考文献：　ｆ１１胡晓娅．基于创新能力培养的计算机网络课程教改研究．理工　高教研究ｖ２７　２００８．８　ｆ２】窦如林施卫娟．虚拟化技术在网络实验教学中的应用．时代教　育．Ｎｏ５　１４７　ｆ３１徐守志覃颖张红卫创新型计算机网络实验教学体系研究　实验实训与实践教学１８２文章编号：１６７２—５９１３（２００９）１３—０１８２—　０３　『４１李馥娟虚拟机技术在复杂网络实验中的应用实验技术与管　理第１２期２００９．１２　８１　［５１归达伟．计算机集群技术Ⅱ】．西安邮电学院学报，２００４，９（４）：９８—９９．