基于互联网远程访问控制的网络工程实验室的设计与实现

杨震 冯媛媛 刘萱

摘要：本文通过分析目前高校网络工程实验室现状与不足，提出了利用互联网，让学员很容易地与真实的网络实验室设备进行交互操作；在远程访问控制系统的集中管理下，全球范围的学员和教员都可以实时、方便地接入到实验室，共享昂贵的网络实验设备，完成相应的实验；使网络实验室能以全天候的方式提供开放的实验服务，解决传统网络实验室只能在限定时间、限定地点做实验以及设备易损耗等客观问题。

关键词：网络工程实验室；互联网；远程访问控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）07-0073-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract：Based on the analysis of the current situation and shortcomings of network engineering laboratories in Colleges and universities， this paper puts forward that using the Internet， students can easily interact with real network laboratory equipment； under the centralized management of remote access control system， students and teachers all over the world can access the laboratory in real time and conveniently， share expensive network laboratory equipment， and complete the corresponding. The network laboratory can provide open experimental services in an all-weather manner， and solve the objective problems of traditional network laboratory， such as limited time， limited location and equipment vulnerability.

Key words： network engineering laboratory； internet； remote access control

1 高校网络工程实验室现状

随着信息技术的深入应用和快速发展，计算机网络已广泛地应用于社会的各行各业。为了适应社会对人才培养的需求，全国许多高校都开设了计算机网络技术、网络工程等相关专业。该类专业具有很强的实践性特点，网络工程实验室的建设就是专业建设的主要内容之一，对人才培养发挥着重要支撑作用。网络实验室的建设普遍具有以下特点：

1）价格昂贵，功能较全面的网络实验室动辄百万以上。

2）利用率不高，学生一般只能在上课期间才能进入实验室对设备进行调试和配置，无法实现全天候24小时开放机房，也满足学生不同时段需做实验的要求。

3）教师备课和学生实验必须在网络实验室里进行，不能通过远程在家里、教室、宿舍等异地来完成自己的实验。

4）大量的设备没有缺乏功能先进的管理软件进行管理和调度，如实验安排、远程电源管理等。

5）目前，市场上的网络实验室管理控制系统一般是由网络设备厂商针对自己产品定制开发，不能有效兼容其他品牌产品。比如：神州数码的NETCOLLEGE，锐捷网络的RG-LIMP等。

2 基于互联网远程访问控制的网络工程实验室的设计

基于以上原因，利用互联網远程访问控制的网络工程实验室的建设尤为重要。四川工程职业技术学院网络工程实验室采用基于网络（Internet/intranet）接入的教学系统OpenLab进行设计和建设。网络工程实验室是由4部分组成：管理服务器、接入PC（Console Switch）、智能电源和实验设备拓扑。

2.1 实验设备拓扑

实验设备拓扑是指实验所需的、可以通过Console口（串口）配置的全部网络设备，包括：路由器、交换机、防火墙、无线AP、语音电话、服务器等。采用什么厂家设备、需要多少数量和何种拓扑结构，是由教学实验设计要求和规模而确定，通常按拓扑（包/组）为单位，不同的设备拓扑提供不同的实验内容，如：《路由与交换基础》实验包、《无线Wireless LAN》实验包、《VoIP》实验包、《防火墙和VPN安全》实验包等。

2.2 接入PC

接入PC是一台专用的接入电脑（又称Console Switch），负责将全部网络实验设备的Console口连接起来；可以使用多台接入PC，只要给每台接入PC分配一个可到达IP，连接到实验设备接入控制网络（LAN / WAN）上。接入PC是由电脑、多串口卡和专用通讯软件组成，每台电脑可根据实际需要选配不同数量的多串口卡。

2.3 管理服务器

管理服务器是安装了管理软件的WEB服务器，服务器有两个网络端口：一个是对外的服务端口，接入到开放的LAN/WAN网络上；所有用户都是通过次端口登录到此服务器，通过认证后，就可以进入权限允许的相关网络设备进行实验操作，客户端的操作配置工具默认是超级终端软件。另一个是内部管理端口，连接到实验设备控制网络上，管理分布在不同地方的接入PC。

2.4 智能电源管理单元

智能电源是带程序控制接口的电源开关插座，管理软件OpenLab通过对智能电源的控制，实现对网络设备供电电源的启动/停机进行自动控制和远程手动控制。自动控制模式分常开、常关、有流量自动开无流量自动关，可在不同的时间段设定不同的电源自动控制模式。

3 基于互联网远程访问控制的网络工程实验室的实现

3.1 根据课程的要求和具体设备的型号制定不同的实验方案和手册

不同的学校、不同的专业方向对课程有不同的要求，不同的课程内容配套不同的实验内容。同一个实验，使用不同厂家的设备，设备连接的拓扑结构会有差异，操作步骤和指令有不同，所以实验指导手册是根据设备的选型情况而定。

3.2 安装与搭建网络设备

网络设备可以以实验小组为单位分别安装在不同的机柜，放置在实验教室不同的位置上；也可以集中安装在统一的机房里，集中管理与维护；前种方式特点是学生能直接接触到设备，对设备有直观的感受，便于理解，但不利于设备保养和维护。后种方式非常方便实验室管理和设备维护，但对于初学者不太容易理解。

3.3 安装网络实验室管理系统

安装接入PC（Console Switch），连接实验室各种网络设备，安装实验室管理软件到相应的服务器内。

3.4 配置实验室管理系统

配置实验室管理系统的各项数据，主要包括实验设备的基本管理数据、智能电源的基本数据、网络拓扑数据、用户账号、针对教师账号的实验安排等。

3.5 系统运营

实验具体实施和管理：

l 教师账号--开设/修改学生账号，分配具体实验拓扑给学生，实时监控学生的实验过程；

l 学生账号—按教师指定的时间段和拓扑设备，使用电脑远程接入到实验室做实验。

3.6 开放实验室

在设备空闲的时候，实验室可以对外远程开放，使用普通账号进入，系统带计费和扣费功能，通过充值卡收费。

4 网络工程实验室建设的效果

基于互联网远程访问控制的网络工程实验室建设完成后，经过几年的运行和优化，已经取得以下的效果：

4.1开放实验

通过互联网连接到网络工程实验室，学生和老师可以在任何IP可达的地方做实验，如：多媒体教室、教学办公室、学生宿舍和教师家里；实验室可以7X24全天候开放使用，无须人员值守，提供最大化的实验时间；还可以将不同校区，不同学校的实验室网络设备统一管理和调配，实验设备共享，利用所有的实验设备资源随时随地提供实验服务，增大对实验安排的彈性，比传统实验室增多数倍的实验量。

4.2 轻松管理

在实验过程中，虽然学生与设备物理隔离，但由于学员登录访问的仍然是真实设备，因此实验操作命令与传统实验模式完全一致；这样能解决传统实验模式下因直接插拔配线所导致贵重设备人为损坏的问题，保证实验室设备正常运作，减少维修费用。实验室管理员可以远程管理实验室，无须值守在实验室内，减轻实验室管理强度。提供多种在线管理工具：能实时监测每一个在线用户的使用过程、能快速恢复实验设备的初始状态、能过滤各种恶意操作、实验设备自动开关管理和远程重启等功能。

4.3 实验方便

系统能提供预先编排实验的功能，使实验的安排更有序。可以预约实验拓扑和实验时间，保证计费用户在实验室空闲的前提下能按计划做实验。提供老师进行实验示范、学生上交作业等教学辅助工具，方便实验教学实施。在线消息发布系统方便管理员、老师、学生和计费用户在线进行信息沟通、答疑、交流以及教学信息发布等。

4.4 兼容不同设备

平台可以管理不同类型的网络设备，如路由器、交换机、防火墙、无线AP、语音电话、服务器等。可以连接不同厂家的网络设备，如思科、华为、3COM、D-Link、神州数码、星网锐捷等。

5 结束语

本文提供的基于互联网远程访问控制的网络工程实验室解决方案已经通过实践得到充分验证。下一步我们将邀请更多院校加入，以期建设一个在全国范围内，有影响力的、开放的、智能的、节能的联合网络实验室，为我国计算机网络技术专业的人才培养提供有力的技术保障。

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【通联编辑：光文玲】