基于虚拟化的计算机网络实验平台的研究与实现

2019-02-13

数字通信世界 2019年11期

（民航山东空中交通管理分局，济南 250107）

1 引言

计算机网络实验平台的建立，可以使人们能够不受时空的限制，进行计算机项目的学习，提高学习效率，降低维护成本与系统成本，并能够快速准确的反馈实验结果。计算机网络虚拟平台，可以将抽象复杂的理论知识具象化和直观化，提高人们的理解能力，人们可以实际体验到存在的网络和机器，满足人们的实验要求和学习需求。

2 计算机虚拟化技术

虚拟化技术具有资源利用率高、安全性能优异、可扩展性好、成本低、实用性强等优势，与传统的物理机模型相比，虚拟技术的管理硬件不是主机操作系统而改为虚拟机监视器。通过虚拟监视器进行硬件的调度和使用，解决了以往物理机使用的缺点，极大地提高了硬件使用率，而且还能保证虚拟技术应用的稳定性和科学性，避免信号传输中途中断。虚拟化技术也可以理解为客户机的操作系统，将计算机硬件资源比如网络资源、中央处理器、存储器、内存等有效整合起来。相对于传统的方法来说，可以加快资源的交换速度和资源的利用率，不受物理状态与地域的限制，并能够简化软件配置过程，提高硬件的容量，实现多个中央处理器的并行，提高物理机的工作效率。

3 虚拟化计算机网络实验平台的总体设计

在进行计算机网络实验平台的构建的过程中，首先需要明确实验室平台购置的目的以及整体的系统架构，保证后续虚拟平台构建工作的顺利完成。计算机网络课程需要将网络划分成层级结构，明确各层次的网络设备以及网络协议，以TCP/IP为中心，明确系统需要解决的问题，从实际需求和网络建设效果出发设计功能结构。在虚拟化技术的基础之上进行网络实验平台的构建是当前计算机课程教育教学活动的重要组成部分，人们可以通过已有的系统选择自行搭建网络实验，访问远程资源，提交实验所需资源，实现系统的远程管理与不同用户之间的交互和沟通，网络实验平台的系统管理员需要监控系统运行的实际状况，并对各种用户进行有效的管理活动，计算机网络虚拟实验平台的用户主要包括管理员、教师和学生三种。

计算机网络虚拟实验平台系统的设计，需要包括课程所涉及到的绝大多数的实验，包含协议数据抓取分析实验、操作配置实验、网络编程实验以及应用层协议实验等。操作对象主要包括服务器和路由器，要求学生能够在实验操作中明确相关设备的基本设置以及工作原理，提高知识的实践能力和应用水平。在网络实验平台中，可以设计一台路由器镜像和Windows客户端，通过登录客户端进行路由器的访问并配置。网络编程实验可以使学生在实验平台中通过相关软件和系统编写基本的网络程序，明确传输层编程方法和网络通信的形式，以编写出简单的网络软件。计算机网络实验平台的设置需要包括一台服务器和客户端，并在同一网络环境下实现客户端与服务器的通信。协议抓取实验的目的是让人们能够掌握具体网络包的引用格式以及现存网络协议中所对应的网络包的内容和形式，并明确网络包的实际应用价值以及应用方法。实验平台可以通过提供一台连接网络的客户端来完成协议抓取实验[1]。

4 非功能性需求

除了上述系统功能性需求之外，还需要保证用户之间网络流量隔离、前后端高效通讯、实验设备镜像设计以及系统运行的高性能等非功能性需求的设置与维护。首先，用户需要利用前后端通信进行拓扑图的提交和反馈，但传统网页的加载形式会使得数据提交之后进行刷新而影响用户的实际操作体验，造成交互数据量的增加，影响系统运行的稳定性和科学性。因此，实验网络系统可以设置异步HTTP请求的方案，增强用户的通信质量。其次，计算机网络实验平台一般需要不超过三台的虚拟机进行实验数据抓取分析试验，操作配置实验等，但网络层的实验往往需要六台以上的虚拟机。硬件配置与网络设备的类型有关，要根据计算机网络实验平台的工作要求和工作内容，合理配置硬件的内存以及CPU，结合用户人数以及实验内容合理设置虚拟机的数量以及相应的硬件配置，保证计算机网络实验能够顺利有序的完成，提高资源配置的公平性。另外，网络拓扑图对应的后台资源包括应用服务器、客户机、路由器、交换机和它们之间的连线，虚拟机的合理有效分配是保证各项后台资源能够有效配置的前提，相关后台配置的设置需要在同一个局域网中进行通信，交换机连接的设置也要在一个局域网中，这样需要在路由器连接的网络过程中实现数据包的有效隔离，提高信号的强度和准确性，避免用户之间网络的相互影响而干扰网络平台的正常运作[2]。