云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)分析

摘要：高職院校承擔(dān)著培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用型人才的重任，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與應(yīng)用能夠有效提升其教學(xué)效率。然而，就我國(guó)各地高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面來(lái)說(shuō)，整體情況并不樂(lè)觀。該文主要探討了以云計(jì)算為基礎(chǔ)的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建設(shè)及其效果。

關(guān)鍵詞：高職院校;網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室;云計(jì)算

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）08-0088-02

網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室主要采取BSDA結(jié)構(gòu)，由Web服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器以及客戶端幾大部分所組成，兼具開(kāi)發(fā)周期短、資金投入低等特征，并且具備較強(qiáng)的拓展性與兼容性，可以有效提升儀器設(shè)備的應(yīng)用效率。通過(guò)對(duì)云計(jì)算的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及計(jì)算資源隨時(shí)隨地的共享，并能讓學(xué)生獲得教師及同學(xué)的遠(yuǎn)程幫助。如何在云計(jì)算環(huán)境之下實(shí)現(xiàn)對(duì)高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步優(yōu)化建設(shè)，值得我們深思。

1 我國(guó)高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中存在的問(wèn)題

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)各高職院校相繼投入對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，目前已初具規(guī)模，有效改善了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的軟硬件環(huán)境，對(duì)于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。不過(guò)，在實(shí)際建設(shè)與應(yīng)用中仍然存在諸多問(wèn)題，值得廣大教育工作者關(guān)注。

1.1實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本過(guò)高，更新緩慢

對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行建設(shè)要有大量資金的投入，然而部分高職院校由于資金有限，造成網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部功能不夠完善，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)程形成直接影響。此外，隨著各種應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各種設(shè)備需要進(jìn)行更新，造成原有的部分設(shè)備遭到閑置和淘汰，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室維護(hù)成本投入過(guò)大。

1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)制約性較大

部分高職院校雖然配置了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，但是出于對(duì)設(shè)備保護(hù)方面的考慮，采用設(shè)備初始化或者軟件還原等方式對(duì)經(jīng)過(guò)使用之后的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備做還原處理。此種方式雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備安全的保護(hù)，但學(xué)生每一次實(shí)驗(yàn)所獲數(shù)據(jù)無(wú)法保存，造成無(wú)法查找以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。倘若實(shí)驗(yàn)過(guò)程不具備良好的連續(xù)性，對(duì)于實(shí)驗(yàn)效果的影響可想而知。

1.3軟件維護(hù)和更新難度較大

網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室不僅要充分滿足于本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，還要承擔(dān)部分相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境具有較強(qiáng)的多樣性要求，這也導(dǎo)致對(duì)各種設(shè)備的維護(hù)與管理工作更為復(fù)雜。通常情況下，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部所配置的終端機(jī)中都安裝了多個(gè)操作系統(tǒng)，從而符合不同實(shí)驗(yàn)對(duì)于系統(tǒng)所提出的要求，而這有時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)出現(xiàn)軟件沖突以及反應(yīng)過(guò)慢等問(wèn)題。

2 高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)態(tài)資源管理需求

近些年來(lái)，仿真技術(shù)得以不斷優(yōu)化發(fā)展，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬所獲得的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)已然基本可以替代真實(shí)設(shè)備完成各項(xiàng)行為。然而，我國(guó)絕大多數(shù)高職院校所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室采取c/s應(yīng)用模式，在此種模式之下，大部分網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對(duì)應(yīng)的計(jì)算功能需要由客戶端來(lái)完成，需要在每臺(tái)計(jì)算機(jī)中安裝軟件，軟件資源非常分散而導(dǎo)致浪費(fèi)。此外，還要定期針對(duì)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)中的軟件系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)仿真軟件作更新、升級(jí)以及漏洞修補(bǔ)處理，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)某些重要數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)化保護(hù)。因此，其實(shí)際維護(hù)成本較為昂貴，客戶端會(huì)隨時(shí)面臨病毒入侵的危險(xiǎn)，導(dǎo)致客戶端中數(shù)據(jù)丟失與系統(tǒng)癱瘓，安全性非常差。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室還存在資源應(yīng)用不夠均衡的問(wèn)題，比如在沒(méi)有考試時(shí)，學(xué)生可能很少會(huì)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作，在上課期間和臨近考試階段卻有大量學(xué)生登錄實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。這種情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源配置與應(yīng)用上的嚴(yán)重失衡。

利用云計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)服務(wù)器集群的設(shè)置，利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)施向客戶端供給請(qǐng)求應(yīng)用服務(wù)。由于云應(yīng)用主要存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，所以云計(jì)算結(jié)合存儲(chǔ)技術(shù)能夠大量縮減云存儲(chǔ)內(nèi)部服務(wù)器數(shù)量，繼而實(shí)現(xiàn)縮減系統(tǒng)建設(shè)成本投入的目的。此外，還能有效控制系統(tǒng)由于服務(wù)器所導(dǎo)致的單個(gè)故障與性能障礙，縮減數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍┲虚g環(huán)節(jié)，提升系統(tǒng)整體性能與工作效率。云系統(tǒng)通過(guò)云端對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而防止對(duì)本地資源存儲(chǔ)的使用，達(dá)成異地使用與存儲(chǔ)的目的，繼而讓客戶端硬件配置方面呈現(xiàn)出最小化效果，而功能卻達(dá)到最大化。

以O(shè)penStack云計(jì)算平臺(tái)為依托的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，能夠十分便捷地開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)與維護(hù)處理，將其融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，一方面能夠?yàn)楦呗氃盒９?jié)約實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)過(guò)程中所購(gòu)置設(shè)備與使用設(shè)備方面的資金;另一方面則能學(xué)生供給更為高級(jí)化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂中所學(xué)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)內(nèi)容的理解。以此為基礎(chǔ)，真正在高職院校中構(gòu)建起一個(gè)對(duì)各層次教學(xué)實(shí)現(xiàn)覆蓋，同時(shí)符合綜合實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)室。

3 以負(fù)載預(yù)測(cè)為依托的云資源動(dòng)態(tài)管理

3.1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)架構(gòu)

以O(shè)penStack云平臺(tái)為依托的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，主要構(gòu)成包括云計(jì)算平臺(tái)以及基礎(chǔ)設(shè)備（如圖1所示）。其中，基礎(chǔ)設(shè)備主要有計(jì)算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲(chǔ)設(shè)備。云平臺(tái)中包含nova計(jì)算節(jié)點(diǎn)、用戶認(rèn)證、鏡像管理以及云存儲(chǔ)，通過(guò)鏡像服務(wù)中供給網(wǎng)絡(luò)仿真軟件f比如GNS3、packet tracer等），并結(jié)合鏡像創(chuàng)建所需虛擬機(jī)實(shí)例。系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)可以對(duì)設(shè)備、內(nèi)存、存儲(chǔ)以及計(jì)算功能進(jìn)行集中處理，組合成虛擬化教學(xué)資源池，在客戶端可以利用瀏覽器或遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)向虛擬機(jī)實(shí)例的登錄，繼而開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。

3.2 負(fù)載預(yù)測(cè)自動(dòng)伸縮框架

為實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)當(dāng)中用戶負(fù)載所呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的適應(yīng)，繼而提升資源利用率，應(yīng)用云平臺(tái)動(dòng)態(tài)管理方式，結(jié)合資源自動(dòng)框架，而自動(dòng)伸縮具有多層次性，其中所包含的組件主要包括：

3.2.1 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

該組件屬于對(duì)監(jiān)控應(yīng)用程序以及在云中運(yùn)行全部服務(wù)器與應(yīng)用程序響應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)加以存儲(chǔ)的倉(cāng)庫(kù)，負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)用程序處于任何監(jiān)控周期之下各種請(qǐng)求類型數(shù)量及SLA相關(guān)參數(shù)的記錄。每一個(gè)虛擬機(jī)中所配置的內(nèi)存、CPU以及二者的利用率都將被記錄成系統(tǒng)參數(shù)。

3.2.2 負(fù)載分類器

因?yàn)閼?yīng)用程序負(fù)載一般會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，所以自動(dòng)伸縮模型需要利用負(fù)載分類器開(kāi)展負(fù)載分類工作，通過(guò)k—means聚類算法以完成分類。

3.2.3 彈性策略

所謂彈性策略，指的主要是資源調(diào)度策略，其中主要有性能優(yōu)先與成本優(yōu)先這兩個(gè)方面，優(yōu)質(zhì)的彈性策略可以讓虛擬機(jī)實(shí)例所呈現(xiàn)的響應(yīng)速度、任務(wù)吞吐率以及資源利用率等各方面實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化效果。

3.2.4 管理控制

針對(duì)資源加以監(jiān)控處理，每間隔一段時(shí)間便對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況加以記錄或是某一事件經(jīng)過(guò)觸發(fā)所展現(xiàn)的記錄行為，隨后將其發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際情況的報(bào)告。此外，還能依據(jù)上報(bào)的資源監(jiān)控狀況實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的科學(xué)控制。

3.2.5 資源模型與成本模型

資源模型及成本模型主要是由中央智能和資源模型實(shí)現(xiàn)對(duì)所需資源的評(píng)估，能夠?qū)?yīng)用程序?qū)嶋H吞吐量形成影響，可以確認(rèn)虛擬機(jī)需要的組件以及相應(yīng)預(yù)留資源。

3.2.6 虛擬化管理

對(duì)虛擬機(jī)的鏡像管理加以控制，繼而激發(fā)出全新虛擬機(jī)配置，并對(duì)完成使用的虛擬機(jī)進(jìn)行回收與重新分配。

3.2.7 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

對(duì)虛擬機(jī)鏡像和其他云平臺(tái)當(dāng)中資源及用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.2.8 負(fù)載預(yù)測(cè)器

對(duì)所需請(qǐng)求數(shù)據(jù)參考當(dāng)中的值進(jìn)行預(yù)測(cè)，將其當(dāng)作原始數(shù)據(jù)，隨后結(jié)合KMP算法，預(yù)測(cè)隨后重構(gòu)區(qū)間應(yīng)用請(qǐng)求的具體預(yù)期數(shù)量。最后，將信息傳輸至彈性框架，通過(guò)具有最佳適宜度的規(guī)則對(duì)資源進(jìn)行合理分配。

此框架主要包含兩個(gè)流動(dòng)：①由請(qǐng)求至虛擬機(jī)實(shí)例，利用網(wǎng)關(guān)與管理控制器實(shí)現(xiàn)流動(dòng)。通過(guò)對(duì)管理控制器的應(yīng)用，能夠均衡應(yīng)用請(qǐng)求與服務(wù)器當(dāng)中請(qǐng)求服務(wù)間的負(fù)載控制;②由彈性收縮至模型改進(jìn)。這一流程的完成過(guò)程處于系統(tǒng)后臺(tái)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)中心連續(xù)的應(yīng)用提煉更為完整化的資源模型。此模型相應(yīng)的提煉流程能夠允許彈性收縮，同時(shí)還能有效適應(yīng)負(fù)載工作量所呈現(xiàn)的自然性變化。

4 基于云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)效果

4.1 節(jié)約網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入

用戶僅需一臺(tái)能夠連接網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備，便能通過(guò)云計(jì)算技術(shù)，應(yīng)用云計(jì)算平臺(tái)所供給的各類軟硬件資源。而終端客戶僅需擔(dān)負(fù)少量費(fèi)用，不但縮減了實(shí)驗(yàn)室中各類軟硬件的整體成本，同時(shí)不用考慮設(shè)備更新過(guò)程所形成的資金壓力，其維護(hù)成本被大幅壓縮。

4.2 存儲(chǔ)容量大，實(shí)驗(yàn)連續(xù)

在云計(jì)算平臺(tái)中，配置了非常巨大的存儲(chǔ)空間，學(xué)生所開(kāi)展的各類實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)都可以得到妥善保存。對(duì)于實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)和結(jié)果，都能實(shí)現(xiàn)永久存儲(chǔ)，繼而幫助學(xué)生繼續(xù)上次未完成的操作。也可以在實(shí)驗(yàn)室之外的地點(diǎn)，通過(guò)入網(wǎng)終端設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行隨時(shí)隨地的查看與操作，提升了實(shí)驗(yàn)室的整體利用效率，還能幫助指導(dǎo)教師優(yōu)化對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果的指導(dǎo)、評(píng)價(jià)效果。

4.3 促成教學(xué)資源共享

在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中利用云計(jì)算，能夠?qū)?shí)驗(yàn)信息及資源向云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)，平臺(tái)之下的各院校均可自由獲取其中的資源，以助力實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的高效共享。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以云計(jì)算為依托針對(duì)高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行建設(shè)具有非常良好的發(fā)展前景，值得廣大教育工作者投入更多的時(shí)間和精力對(duì)其建設(shè)與實(shí)踐應(yīng)用方法進(jìn)行深入研究，以促進(jìn)教學(xué)效果的優(yōu)化，為國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展注入新的活力。

參考文獻(xiàn)：

[1]林杰，基于云平臺(tái)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2018，26（24）：32-35+40.

[2]楊巍.云計(jì)算下的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)分析[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2017（12）：91+96.

[3]洪文圳，黃曉峰，陳玉琴.綜合型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2017，15（02）：148-151.

[4]陳玉明.基于云平臺(tái)的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2017（02）：109-110.

[5]劉士賢.基于云計(jì)算的高職院校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2017（01）：109-110.

[6]劉春紅，宋耕，徐曉潔.基于云平臺(tái)的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，35（02）：98-102.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】

收稿日期：2019-12-2

基金項(xiàng)目：2018年廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院創(chuàng)強(qiáng)校外實(shí)踐教學(xué)基地項(xiàng)目（NY-2018 CQ2JD-03）;2019年云計(jì)算與大數(shù)據(jù)專業(yè)委員會(huì)云計(jì)算輔助教學(xué)在高職院校教學(xué)中的應(yīng)用研究（GDYJSKT19-14）

作者簡(jiǎn)介：曾?。?990-），男，廣東人，本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)、現(xiàn)代教育。