基于.NET组件技术的虚拟网络实验系统的设计与实现

收稿日期:2007-06-28基金项目湖南省教育厅基金资助项目(B )作者简介龚向坚(),男,湖南娄底人,南华大学计算机科学与技术学院硕士研究生,助教主要研究方向网络仿真并行计算第21卷第4期南华大学学报(自然科学版)Vol .21No .42007年12月Journal of Unive rsity of S outh Chi na (Science and Technol ogy)Dec .2007文章编号:1673-0062(2007)04-0038-04基于.NET 组件技术的虚拟网络实验系统的设计与实现龚向坚,陶　滔3,邹腊梅(南华大学计算机科学与技术学院,湖南衡阳421001)摘　要:基于.NET 组件技术的虚拟网络实验系统,采用C #作为前台开发工具,S Q LServer 2000作为后台数据库的C /S 模式,结合了.NET 组件技术、仿真技术,提供友好的用户操作界面,为学习和研究网络技术提供经济、实用、通用性强的实验平台.关键词:.NET 组件;虚拟网络;仿真;网络协议中图分类号:TP393.03;G 434 文献标识码:BThe Desi gn and Rea li za ti on of V i r tua l Networ k La bora tor ySyste m Ba sed on .NET Com ponen t TechnologyGO NG X i a ng 2ji a n,TAO Tao 3,ZO U L a 2m e i(School of Computer Science and Technol ogy,Unive rsity of S outh China,Hengyang,Hunan 421001,China )Abstrac t:This paper intr oduce s the design and r ealizati on of virtua l net w ork laborat orysyste m ba sed co mponent technol ogy.The syste m is C /S Mode,using C#as the fr ont -end tool and S QL Se r ver 2000as back -end tool .The syste m integrates.N ET component technol ogy and si m ulation technol ogy and supp lies friendly user operate inter 2face .It pr ovides an ec onom ical,p ractical,general laborator y platf or m f or studying net wor k technol ogy .Key wor ds:.N ET Component ;V irtual Net wor k;Si m ulati on;N et work Pr otocol 随着因特网的快速发展和普及,越来越多的人想要通过网络实验学习网络的基本构成和运行原理.为此,人们搭建网络实验室,对网络运行情况进行分析、归纳、寻找存在的问题.但组建一个网络实验室,需要大量的网络实验设备,此外网络的升级换代周期短,经常需要更换网络实验设备,所有的这些因素限制了人们对网络的了解以及网络本身的发展.本文研究和开发出一套基于.NET 组件技术的网络虚拟实验系统[1-2].该系统虚拟了网络实验设备,利用虚拟设备组建网络,仿真网络运行,并得到与实际网络运行类似的运行结果,具有界面友好,操作简单,运行过程直观明了的特点.1　虚拟网络系统的整体框架本系统目的是设计和实现一个虚拟网络的实:0420:1977-.:.验环境,该环境要求能模拟实际网络的组建、运行以及运行结果的分析等[3].实际网络包含网络硬件和网络软件两部分,网络硬件主要包含主机、交换机、路由器等设备,网络软件主要是网络协议(TCP、I P、HDLC等)和网络设备配置操作系统,因此,虚拟网络系统包含网络硬件和网络软件的虚拟实现.此外,为了方便用户操作,本系统设计了友好的用户界面.整个虚拟网络实验系统结构如图1所示.2　网络虚拟实验系统的关键技术2.1　系统实现的技术路线本系统采用面向对象的方法设计和实现,使用V isual Studi 的C#作为前台开发工具,使用S QL Ser ver作为后台数据库;系统的实现过程中有两个问题最为关键,一是对网络设备的模拟,二是对网络系统中各节点设备并行工作的仿真;我们使用类和对象来模拟网络系统中的节点网络设备,并将其实现为独立的.NET组件,使用基于多线程的对象并行来仿真网络系统中各节点设备的并行工作,用线程之间的通信来模拟网络之间的通信[4-5].虚拟网络平台中发生的数据帧、链路状态表、路由表、链接表、AR P表等信息存放在S Q L Ser ver数据库中,便于存取、跟踪访问和分析.图1　系统结构图F i g.1　S tr uctur e of system2.2　.N ET组件技术组件是一种独立、可重复使用的二进制功能单元,CO M组件是微软曾经力推多年的一种代码复用的技术框架,但它的弊端也很明显,我们面对众多的CO M组件之间的版本控制和DLL地狱、注册表、G U I D等.微软最新推出的V isual Studi 充分利用底层CLR组件支持,并提供一整套开发工具使组件开发简单而高效,用户只需关心组件的商业逻辑,而由V isual Studi o.Ne t来完成其余复杂的工作.C#面向组件开发,内置专门针对组件开发的多种特性,使开发基于.NET的组件得心应手;同时.NET组件具有“即插即用”的能力,支持直接开发具有自描述性的组件,使组件部署无需人工干预,使得组件的实现和使用变得简单易行3　网络设备的仿真本系统采用面向对象的仿真方法进行网络设备模型构建,从系统的需求分析出发,可以认为网络虚拟实验系统是一个由离散的网络设备按照一定方式组成的系统.按照面向对象的仿真建模框架[6],网络虚拟实验系统的仿真建模过程为:由最底层面向对象程序设计语言源代码(C#)编写出对象(网络设备)结构,并组成相应的基本类,再组合成仿真建模所需的、具有一定功能的仿真类.由仿真类构造各种网络虚拟实验所需的标准仿真功能模块,最终建立起网络虚拟仿真模型.因为主机,路由器,交换机是互联网络中最常用三个设备,因而将此三个设备独立设计为3个类并实现为组件,有利于代码的复用,提高了系统的开发效率,三个类的功能和方法的描述以及相应的类图如图所示)主机()类93第21卷第4期 龚向坚等:基于.NET组件技术的虚拟网络实验系统的设计与实现. 2.2. 1PC属性:I P地址,网络接口类型,ARP表,发送、接收缓存等;方法:网络操作命令,网络协议,实验操作命令等;2)交换机(S w itch)类属性:MAC地址,网络接口类型、数量,转发表,发送、接收缓存等;方法:交换机配置命令,网络协议,实验操作命令等;3)路由器(Router)类属性:I P地址,网络接口类型,数量,数据链路状态表,路由表,发送、接收缓存等方法:路由器配置命令,网络协议,实验操作命令等.图2　Pc-Router-S witch类图F i g.2　P c-Router-Sw i tch cl a ss d i a gr am 上图中Device类为父类,PC类、Router类、S w itch类为Device类的继承类.因为主机、路由器、交换机是互联网络中最常用三个设备,因而将此三个设备类独立设计并实现为组件,有利于代码的复用,大大提高了系统的开发效率,由于每个类只需简单的继承.NET框架类库的component 类,就可实现组件所需的基本功能,成为在.NET 平台下通用的组件,所以使得代码质量高、开发周期短.3　网络虚拟实验系统应用举例OSPF协议是一个相当复杂的网络协议,以此为例详细介绍本系统的操作过程:首先利用本系统的组网功能选择虚拟网络设备设计、组建一个互联网络,然后利用系统的设备配置功能将所选的设备配置好,最后使用系统的互联网络运行仿真功能进行仿真运行3　组建虚拟互联网络使用网络拓扑结构设计子系统进行组网操作和组建的虚拟互联网络如图3所示:图3左为网络设备选择区,提供组网所需的所有设备图形,图3右为组网区域,用户可以通过鼠标从网络设备选择区选择不同设备和传输媒介拖放到组网区域按需组建虚拟互联网络.3.2　对网络设备进行配置系统仿真了绝大部分主流网络设备的配置操作系统,其配置方法和步骤与真实设备类似,在此不再赘述.3.3　网络仿真运行结果下面是使用本虚拟网络实验系统仿真生成的路由表(部分):#OSPF Routing Table Contents:#A rea I D,Destina tion,Type,Mask,Cost,Path Type,Numbe r of Paths,Paths:(Next Hop,Adverti2 zing Router)#,3,N,55 5555,,I N TR R,,3,5304南华大学学报(自然科学版) 2007年12月. .10.0.0.0202.104.44.2e t w ork2.2.2.2402A-A EA1202.104.44. 4202.104.44.20.0.0.0,202.104.44.0,N et wor k,255.255. 255.240,3,I N T RA-AR EA,2,202.104.44.36, 202.104.63.5,202.104.44.34,202.104.63.50.0.0.0,202.104.32.96,Ne t w ork,255.255.255. 224,3,I NTRA-AREA,1,202.104.44.34,0.0.0. 00.0.0.0,202.104.32.64,Net wor k,255.255. 255.224,3,I N TRA-AREA,1,202.104.44.34,0.0.0.00.0.0.0,202.104.32.0,Net wor k,255.255. 255.224,3,TYPE1EXTERNAL,1,202.104.44. 36,202.104.44.1300.0.0.0,202.104.32.32,Net wor k,255.255. 255.224,3,TYPE1EXTERNAL,1,202.104.44. 36,202.104.44.1300.0.0.0,202.104.44.128,Net work,255. 255.255.128,3,TY PE1EXTERNAL,1,202.104.44.36,202.104.44.1300.0.0.0,202.104.45.0,N et wor k,255.255. 255.0,22,TYPE1EXTERNAL,1,202.104.44. 36,202.104.44.1300.0.0.0,202.104.32.144,Ne t w ork,255. 255.255.240,22,TYPE1EXTERN AL,1,202. 104.44.34,202.104.44.2530.0.0.0,202.97.20.176,Net wor k,25.255. 255.248,22,TYPE1EXTERNAL,1,202.104.44. 35,202.97.20.1820.0.0.0,202.104.32.224,Ne t w ork,255. 255.255.224,22,TYPE1EXTERN AL,1,202. 104.44.34,202.104.44.2530.0.0.0,202.104.32.192,Ne t w ork,255. 255.255.224,22,TYPE1EXTERN AL,1,202. 104.44.34,202.104.44.2530.0.0.0,202.104.32.160,Ne t w ork,255. 255.255.240,22,TYPE1EXTERN AL,1,202. 104.44.34,202.104.44.2530.0.0.0,202.104.40.0,Net wor k,255.255. 255.0,22,TYPE1EXTERNAL,1,202.104.44. 34,202.104.44.253EN D_ROUTI NG_TABLE图3　用户操作界面F i g.3　The i n terfa ce of u s er oper a te4　结语本文结合.NET组件技术、面向对象设计技术、仿真技术实现虚拟网络系统的开发与应用.该系统提供友好的用户操作界面,弥补了人们在网络原理理论学习过程中抽象、难懂、乏味的缺陷,彻底改变了研究人员传统研究网络的方法,为改善现有网络的性能提供了更加经济、实用的研究平台.本文中的仿真运行结果表明该系统设计合理、拥有良好的开放性、通用性,无论在网络教学或网络研究中均具有较好的实用价值(下转第56页)14第21卷第4期 龚向坚等:基于.NET组件技术的虚拟网络实验系统的设计与实现.3　结论众所周知,虽然时滞很难测得,但在人工神经网络中却经常出现.现实生活中,绝对的常时滞是不存在的,常时滞仅是一种理想的情形,在大多数情况中,时滞往往是变化的.既然时滞可以改变系统的动力学行为,从而对时滞系统稳定性的研究就很重要了.本文通过建立Lyapunov函数及利用Y oung不等式,对一类变时滞细胞神经网络的全局指数稳定性进行了研究,得到了几个与时滞无关仅与系数有关的判定条件.参考文献:[1]Chua L O,Yang L.Ce llular neural net works theory andapplications[J].IEEE Trans.Circuits Syst.1988,35(10):1257-1290.[2]Cao J D,Z hou D M.S t ability ana lysis of de layed cell ula rneu ral net works[J].Neura l Net works,1998,11(9):1601-1605.[3]Cao J D.On stability of delayed ce llular neura l ne t w orks[J].Phys.Lett A,1999,261(5/6):303-308.[4]Cao J D.Gl obal st abilit y ana lysis in de lay ed ce llular neu2ral ne t w o rks[J].Phys.R ev.E,1999,59(5):5940-5944.[5]Cao J D.Gl oba l exponen tial stability and pe rodic solu2ti ons of delayed cellular neura l net works[J].Co mput Syst.Sc i.,2000,60(1):38-46.[6]Z hou D M,Cao J D.Gl obal ex ponenti a l st ability condi2tions for ce llular neura l net works with ti me-va rying de2 lays[J].Appl.Ma put,2002,131(2):487-496.[7]Zhou D M,Zhang L M,Cao J D.On Gl oba l ex ponentialstability of ce llular neura l net works with Lipschitz-con2 tinuous ac tivati on functi on and va riable de l ays[J].Ap2 p l.Ma th.Co mput,2004,151(2):379-392.[8]Chua L O,Roska T.Ce llul a r neura l net works with non2linea r and de lay-t ype template e l em en ts[J].Proc.CNN A,1990,90(A):12-25.(上接第41页)参考文献:[1]Earnsha w R A.V irtua l R eality Appli ca tion[M].Lon2don:Academ ic P ress,1995.[2]IIIy efalvi-V itez.Z,Neme t h.P,Pinkola.J,e t.Virt ualLab o ratory Support for T echn o l ogy M icroelectronicsPackaging Educati on[J].Elec tronic Co mponents andConference,1999,49:1068-1073.[3]欧阳星明,姚小龙,谢欣荣.网络虚拟实验室的设计与实现[J].计算机工程.2004,30(2):185-186.[4]刘民岷,杨　平,吴浩文.基于虚拟仪器的实验室建设[J].实验技术与管理.2002(1):93-95.[5]宁　超,张世英,高巍然,韦素媛.网络虚拟实验的研究与开发[J].实验技术与管理.2005(4):76-80. [6]齐　宏,冼建生.计算机仿真、虚拟实验和网络实验室[J].中国远程教育,2004(12):71-73.65南华大学学报(自然科学版) 2007年12月。