一种基于多虚拟平台的计算机网络综合实验模拟系统构建

许斌

摘要：虚拟平台技术是计算机专业中的新兴平台技术，可将虚拟软件平台中的计算机硬件融合至同一个计算机操作系统中，在此计算机操作系统中可灵活操作虚拟硬件。在现代网络服务商提供的网络服务中，基于虚拟平台技术的计算机操作系统已实际应用至网络服务商的实践实验中，同时虚拟平台技术的发展已同步面向计算机专业实训领域。文章针对计算机实验室的软、硬件综合实训方案设计的特殊需求，创新实验了计算机专业实训中未曾出现的新功能，以期提高计算机实验室的利用率。

关键词：多虚拟平台技术应用;计算机网络实验系统;创建虚拟机

中图分类号：C642.4;TP393-4

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（ 2020）12-0090-04

0 引言

在计算机专业的实验室中，可通过软、硬件技术的综合应用将计算机实验室划分为四个“母体”实验机房，并通过前期的总体研究以及规划设计方案支撑平台设计方案[1]。该计算机实验室通过实践与初步结果分析对比，发现在计算机实验室配合使用计算机网络综合实验模拟系统时研究出的目标可采用中、高配置的计算机系统，并创新建设出较高性能服务器（ Server）和高质量网络平台（Web Platform），在实际实验应用中取得了符合前期设想的效果，为计算机网络综合实验模拟系统的构建提供了良好的硬件环境基础。

1 多虚拟技术平台搭建优势及特点

1.1 多虚拟技术平台软件

在现代科学技术的支撑下，应用较多的虚拟软件有QEMU、Virtual PC等专业的虚拟机软件[2]。都可在wmdows系统上进行模拟计算。例如Virtual Machine是一种能够在多系统运行并操作便捷的一种虚拟机，可为计算机网络的综合应用提供较为专业的硬件配备。Vmware软件则可以通过一台主计算机模拟操作出多台子虚拟计算机的效果，将多样化的操作系统运行至同一个计算机内，子虚拟计算机同样可模仿主计算机的应用模式对安装系统（Installation System）、格式化（Forrnat）、应用软件等进行操作。Vmware在虚拟实验中可适应不满足实验条件的计算机单机实验。

1.2 多虚拟技术平台特点

虚拟平台在计算机网络综合实验中的模拟模型构建主要占有以下4点优势

1）虚拟平台可模拟系统硬盘衍生出多个文件，且可对原系统进行快速修复以及还原稳定状态。

2）虚拟平台可在虚拟机的应用过程中实现多系统的联动协同操作，将文件、有线网络、周边电子设备通过平台进行共享。如2个Vmware可在wmdows系统中同时运行，进行虚拟环境中的对话，可设置为一个虚拟机在前台，一个虚拟机子在后台进行呼应式运行[3]。

3）虚拟平台可根据硬件模板虚拟出多个标准硬件，并且基本类似于主机的硬件构造，可在一定时间内进行复制

4）虚拟机可根据主计算机进行多台虚拟机的相互并发运行，且各虚拟机之间可进行客户服务方式的运行方法。

2 计算机网络综合实验模拟系统方案设计

为满足计算机网络架构的建立需求，创建富有层次性、系统性、整体性、时效性以及空间感的计算机网络实验系统是基础[4]。在搭建实验方案构架时，可从实验类型、实验主题、实验层次3大方面进行糅合分析，以基础理论作为实验方案的基底，以明确实验目的为最终实验目标，形成由“点”至“面”的科学实验方案。计算机网络综合实验模拟系统架构如图1所示。

根据实验的性质以及实验目的可将计算机网络综合实验模拟系统分为以下3个类型。

1）综合型实验模拟系统。包括计算机网络攻击及防范方法测试以及网络终端综合安全策略设计。

2）验证型实验模拟系统。验证型计算机网络综合实验模拟系统可分为对网络设备的配置、网络协议验证分析、基本网络指令设置等[5]。

3）设计型实验模拟系统。主要针对计算机网络参数的分析、网络安全策略实施、以及相关计算机运行的协议程序开发。

根据计算机网络专业理论内容，可将计算机网络综合实验模拟系统具体分为以下3个主题。

1）计算机网络配置。主要将网络细分为网络应用、安全、服务。

2）计算机网络结构。网络模型是计算机网络体系结构的骨干，网络策略、网络连接方式是支脉，最终架构出整个计算机网络结构。

3）计算机网络组织。主要分为网络现实、网络物理结构。

根据计算机网络综合实验模拟系统建立的难易程度可将实验过程分为以下3个层次。

1）研究探索型層次。主要将计算机网络实验模拟系统的研发过程作为关键环节，将实验目标、实验设计方案、实验结果分析探究作为计算机综合实验模拟系统中间的层次环节，最后在个体团队的配合下，将实验的主题性、类型、层次进行统筹设计，构建多样化且同时具备稳定性和安全性的计算机网络综合实验模拟系统[6]。

2）专业实践层次。将计算机网络的架构设计、应用性、以及计算机安全性能的设计与实现作为主要的构架部分。

3）基本实践层次。以计算机网络专业理论为基础，设计者应熟悉网络的相关关键技术以及计算机的各类软件系统以及硬件系统的性能指标，将网络中各种状态的含义进行掌握熟悉。

在满足计算机网络综合实验模拟系统构建的条件需求下，设计恰当的试验平台以及明确实验目的和难以程度都是为后期的实验操作进行的合理铺设。

3 计算机网络综合实验平台的选择与模拟系统构建

3.1 多虚拟平台下计算机网络综合实验系统的选择

根据计算机网络综合实验的设计方案，可挑选出人机互动性强、平台成熟度高、操作便捷、成本低廉的虚拟实验平台。在确定实验主体和实验类型后计算机网络综合实验系统需凭借3种虚拟实验平台的技术手段来支撑整体系统运行的流畅度、稳定性、安全性，即搭建虚拟计算机网络系统、虚拟计算机网络设备应用、虚拟计算机网络实验模拟3大平台[7]。VMW（VMware Workstation的简称）可用于计算机网络系统的模拟，其自身的流畅性在虚拟网络方面具有鲜明的使用优势;ubuntu64（简称UB）在虚拟网络设备应用方面可便捷计算机网络综合实验系统的数据可视化、设置系统详细数据等功能的开发使用，并且支持在多种型号的计算机系统中运行，如图2所示;在计算机网络实验模拟平台的设计开发过程中，可使用NS2软件模拟平台，其拓展性相较其他软件更具优势，且对计算机下达指令的反应速度较为敏感，如图3所示。

NS2的系统模拟功能仅适用于Unix内核的操作系统，本文在局域网的链接状态下对远程NS2的操作系统进行了扩充功能的设置，且基于Java语言编写的客户端能够同时运行于Unix和Windows操作系统[8]。

3.2 基于多虚拟平台的计算机网络综合实验系统构建

3.2.1 虚拟技术实现平台的搭建

在多虚拟平台的应用基础上搭建计算机网络综合实验模拟系统是本文研究的主要内容，各项目的实现都是依托于虚拟平台的搭建，4个虚拟计算机实验室的使用效果都取决于虚拟平台搭建时的应用系统是否合适，由此可知，虚拟平台技术的平台搭建可分为以下2个环节。

1）虚拟软件的选择。构建此计算机网络综合实验模拟系统的关键技术在于虚拟平台技术，经过反复的测试和比较，将微软公司出品的Vmware Workstation做为虚拟平台软件，由Windows操作系统提供优异的技术支持，Vmware Workstation的适应能力较强，可搭配不同硬件的配置进行应用。

2）计算机实际操作平台的选择。计算机的实际操作平台主要受操作系统通用性和虚拟软件支持平台的影响，在兼顾“四合一”的的平台搭建基础需求上，最终确定使用Windows2000server和Win-dowsXP双系统进行搭建。WindowsXP可实现数据开发与测试、网络操作系统构建以及Windows2000serv-er可实现网络平台服务功能以及数据开发测试功能，是本计算机系统与软件实验室操作系统最终确定的2大平台[9]。

3.2.2 计算机网络综合实验模拟系统运行模式

在上文对实验类型、实验主题、实验层次的详细设计论述下，通过选择合适的实验方案和相应的虚拟拓展平台可构建出此综合实验系统。详情如表1所示。

3.3多虚拟平台技术使用于计算机网络综合实验的效益与分析

3.3.1 提供完善独立实训平台

以往的计算机网络实验平台仅仅只能保障一组网络实验环境的稳定性，对于实验过程中计算机配备不足的问题可从根本上依靠多虚拟平台技术进行问题解决。当使用多虚拟平台技术后，可将单一的计算机硬件虚拟化为多台计算机，将网络的相关实训进行整合处理。传统的网络实验测试平台可在多部计算机中进行联动应用。

3.3.2 节省实验室资金投入

在传统模式下搭建4个实验室需要分别进行计算机硬件创建，但往往也不会达到最理想的效果。IOS系统的网络计算机实验室投资会消耗巨大的资金成本，通过以往的项目资金核算发现实验室的建设大约需要130万（计算机网络综合实验室50万+软件开发实验室30万+IOS系统实验室45万+Unix系统实验室10万）左右的资金支持。但多虚拟平台技术的应用使得四个实验室的搭建更加便捷，包括最先进的多媒体设备以及网络安全服务控制系统，且费用较低，与传统模式下相差2倍左右。

3.3.3 优化场地及管理模式

传统的4个实验室机房占地面积约为420m2，占地面积过大，造成一定的资源浪费，且对后期管理人员来说无疑是一个巨大的维护工程量。而虚拟平台技术在新型计算机网络综合实验台的应用从根本上缓解了这一现象，从占地面积的角度来讲，只需占用以往四分之一的面积（约120m2）就可将综合实训完成。从后期人员维护角度来讲，从单一的机房硬件管理维护增加了软件技术故障辅导等项目，促进了机房管理人员的计算机专业水平以及管理水平。

4 结语

计算机网络综合实验模拟系统的建立需要充足的计算机专业基础知识来支撑，同时需要依附于多种虚拟平台为技术载体，搭建出系统性、整体性、层次性的计算机综合实验模拟平台[10]。而虚拟实验平台的人机交互功能使得开发者在视听方面能够更为直观的得到实验内容结果，节省了后期工作人员管理使用维护硬件的成本，为计算机专业的可持续发展增添了科技力量。

参考文献

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