远程虚拟网络实验室的关键技术研究

远程虚拟网络实验室的关键技术研究
摘要：针对当前高校网络实验设备不足及现有模拟软件不能进行远程实验的问题，首次提出利用cisco iou实现远程虚拟网络实验室，并详细描述了实现中的关键技术。

利用这些技术，各高校可以构建适合自己的实验室，实验教学将不再受设备数量、时间和空间的限制，教学效果也会在一定程度上得到提升。

关键词：远程访问；虚拟实验室；cisco iou；文件操作
中图分类号：g434 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）03-0487-04
1 概述
随着网络技术的进步，网络已经渗透到人类社会的各个领域。

网络技术人才的需求量也随之大幅增长。

一名合格的网络工程师不但要有坚实的理论基础，还要有丰富的实践经验。

因此，高校网络教学中应提供相应的实验环境和较多的实践时间，以便让学生能够通过实验掌握所学知识。

由于网络设备价格昂贵，所以高校普遍存在网络实验设备不能满足需求的问题[1]。

如何解决网络实验环境问题已经成为近年来的研究热点。

参考文献[2-3]提出使用dynamips搭建虚拟实验平台，优点是可以加载思科设备的ios镜像，实验环境接近真实设备；参考文献[4-6]提出用netsim组建虚拟网络实验室，netsim不但支持csico的认证考试，同时还支持自定义网络实验。

参考文献[7-9]提出用packet tracer搭建网络工程虚拟实验环境，packet tracer是思科公司开
发的免费实验平台，方便易学。

虽然上述方案都有效缓解了网络实验设备不足的问题，但都存在资源消耗大，不支持在线实验的问题。

针对以上方案存在的不足，结合当前实验教学的需求，提出了构建远程虚拟网络实验室的方案，并详细阐述了实现该方案的关键技术。

通过此实验平台学生可以随时随地完成各种类型的实验，包括基础实验和综合实验。

教师可以灵活设计和管理教学中的实验，可以通过系统评分有效掌控学生的实验能力，最大限度地提高实验效果。

2 实验室的总体设计
2.1 功能模块设计
为了最大限度地满足学生实验的需求，不限制实验的时间和空间，系统采用b/s架构进行设计。

与现有虚拟网络实验室架构相比，其优点是客户端无需安装任何软件，就可以通过ie浏览器远程访问实验室。

系统的总体模块设计如图1所示。

2.2 实验流程设计
实验室的用户有教师和学生两种角色。

为了安全，系统为他们分配不同的操作权限。

教师可以对现有实验进行浏览、修改、删除和分发等管理，也可以添加新实验。

学生利用此平台可以完成老师安排的必做实验，也可以完成自行设计的实验。

只有教师添加了某个实验所需的文件，并将该实验进行了分发，学生才可以查看和练习此实验。

教师分发实验和学生进行实验的流程如图2所示。

3 关键技术
3.1 实验模拟技术
整个实验平台的核心是运行于服务器上的网络设备模拟软件。

目前，常用的设备模拟器有dynamips、bonson netsim、gns3、packet tracer、工大瑞普等。

这些软件的主要缺点是不支持远程实验或占用系统资源严重，因此不适合作为服务器端的实验模拟器。

cisco iou是市面上最新出现的一款思科模拟器，和其它模拟器相比，它有三个重要特点：一是用它跑多台虚拟路由器对cpu资源的占用率依然较低；二是支持用自定义的端口号进行远程连接；三是它是基于unix平台的模拟软件，适合作为虚拟实验室的服务器端软件。

因此，虚拟网络实验室系统选用它作为整个系统的核心模拟器。

3.2 网络安全技术
对于网络数据传输来说，其安全性是至关重要的。

系统从防范非法用户侵入和避免合法用户误操作两个方面进行安全设计。

防范非法用户侵入主要采用session技术、md5（message-digest algorithm 5，信息摘要算法5）加密技术和防止sql注入技术来实现。

避免合法用户误操作主要通过权限限制和异常处理技术来实现。

3.3 文件上传技术
文件的上传与下载是系统的主要功能之一，常用的文件上传技术可分为无组件上传和用组件上传[10]。

无组件上传的优点是程序员可以根据实际需求灵活设计上传方案，但缺点是程序员需要编写大量的代码。

应用组件上传，实现起来比较简单而且功能较为强大，
有效提高了程序开发的效率。

常用的上传组件有jspsmartupload 和commons-fileupload，后者的实现方法如图3所示。

3.4 实验分发技术
教师通过实验分发功能将实验文件发送到学生文件夹中，之后学生才能进行该实验。

实验管理功能如图4所示。

分发功能所用到的技术有文件夹的批量生产技术和文件的复制技术。

系统首先根据学生信息表中的学号为每个学生产生相应的实验文件夹，然后把实验文件拷贝到每个学生的文件夹中。

（1）文件夹批量生产技术
遍历学生信息表，根据每个学生的学号为其产生相应的文件夹，具体方法如下。

（2）文件复制技术
每个实验都有若干个必须的文件，教师在添加实验后，文件被保存在服务器的实验文件夹中。

教师在执行分发功能后，实验文件被复制到每个学生的文件夹中，具体实现方法如图4所示[11]。

3.5 远程访问技术
telnet协议是tcp/ip协议族中的一员，是internet远程登陆服务的标准协议和主要方式。

它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。

在终端使用者的电脑上使用telnet程序，用它连接到服务器。

学生进入某个实验时，系统会根据设备数量为其批量生成对应的超链接。

不同于一般的超链接，本处采用基于telnet协议的超链接来登录每个设备。

实现代码如下：
4 结论
首次提出基于cisco iou搭建远程虚拟网络实验室，无论是实验模拟平台还是系统功能架构都较现有方案更加优越。

此实验平台的实现可以较好解决学校实验设备不足和学生实验时间少的问题，能够在一定程度上提高学生的动手能力和实验教学的效果。

不足之处在于系统还不支持在线设计拓扑，教师需要离线设计拓扑，然后上传至服务器。

下一步的工作是研究如何实现在线设计拓扑图，使得学生不但可以完成教师预先安排的实验，也可自主设计新实验，从而使得系统功能更加完善，操作更加人性化。

参考文献：
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