DRAGON-Lab联邦上的网络实践环境整合

摘要：DRAGON-Lab是我国唯一基于联邦架构的大规模下一代互联网技术合作研究平台。对此，介绍基于该架构的网络实验室以及实验管理平台的建设方案，有效盘活校内网络实验设备，带动高校间的网络实验资源共享；提出有偿式、置换式高校联邦成员资源共享的服务模式，有效提高现有网络设备的利用效率；并用基于DRAGON-Lab分布式实验资源的省级网络比赛案例，验证该平台的IPv6实验服务应用功能。

关键词：DRAGON-Lab联邦；网络工程；资源整合；网络大赛；IPv6

网络工程专业自2003年诞生以来，发展迅速。很多高校都建立了相关网络实验室[1-3]，但是，在网络实践平台体系化管理以及实践资源全面共享方面仍有很多需要完善之处。

随着新一代互联网研究浪潮在全球兴起，我国作为互联网用户人数最多的国家[4]，非常关注该领域的发展，并积极参与国际方面的研究与合作。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》[5]特别强调：要加快教育信息基础设施建设，把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。

该发展纲要对高校网络类实验环境建设提出了新的挑战，需要我们深入思考，即如何在现有网络专业实践环境中，引入能探索、研究和设计未来互联网的新功能。在提升整体实验平台研发能力的同时，最大限度地利用现有资源，这是网络实践环境深层建设的重要内容。

2010年初，我校加入DRAGON-Lab联邦计划，利用联邦实验管理平台整合现有网路工程专业实践环境，逐步形成河北省实验室网络逻辑主节点，上与国家级主节点清华大学相连，下与河北省各高校网络实验中心相通。该平台将为河北省教育科研信息港提供支持Ipv6的网络架构，为开展下一代网络实践性研究与探索奠定基础。

1DRAGON-Lab联邦计划

DRAGON-Lab联邦实验室是中国教育和科研计算机网――大型纯IPv6互联网主干网CNGI-CERNET2各种服务应用的研究实验床，是我国唯一基于联邦架构的大规模下一代互联网技术合作研究平台。

联邦是一种独特的合作形式，它主要包含两层含义，即自治与合作。自治意味着联邦中的资源由各成员自主投入、自行维护、自愿合作。联邦是一种松耦合的合作形式，成员投入的资源可能不是稳定的，但具有一定规模后，随机效应的影响会逐渐降低，而优势非常明显，即发展和运行成本低，可持续发展能力强。DRAGON- Lab的主要技术特点可以归纳为以下几个方面。

1.1多时空运行网络环境

DRAGON-Lab将整合包括互联网交换中心、国际主干网、国家主干网、园区网、卫星网、无线网等在内的各种类型的网络应用环境，能够随时摄录和重放IPv4/IPv6运行网络流量，能够从运行网络引入OSPF、ISIS和BGP路由信息。因此通过DRAGON- Lab，可进行大时间和空间跨度的真实网络行为研究和运行网络实验。

1.2网络设备统一有效管理

使用DRAGON-Lab专用实验配置系统，可以将现有实验室中设备统一管理，打破原有实验室相互隔离，互不应用的局面。通过打造实验统一平台，充分利用原有的设备，使本地综合设计网络实验成为可能。

1.3远程可视化实验配置

DRAGON-Lab是一个远程实验室，使用一个专用客户端程序就能以可视化的方式远程定制实验环境。

1.4可编程实验[6]

DRAGON-Lab提出可编程实验的创新思想，通过把实验环境定义转化为可执行的实验脚木程序，提高实验的可重复性。

2基于DRAGON-Lab的实践环境整合

网络工程专业是强调学生动手操作与实际技能应用的专业，因此，其实践环境建设异常重要。它是网络专业课程体系充分实施并有机运转的保障，是训练学生网络工程技术、网络安全与应用技术能力的实践基地，是落实专业培养定位中系统掌握网络工程技术与信息安全基础知识的实验验证平台。

2.1网络工程专业实验室建设基本准则

我校网络类专业课程实践环境建设始于2004年。在借鉴国内相关高校网络实验室和校园网网络管理中心建设经验基础上，确立了网络工程专业实验室建设基本原则：满足网络基本理论与技术各个层需要验证要求，符合网络人才综合实践技能实训流程标准，并兼顾一定前沿技术和科研需要。

从2005年至2008，我们依据此原则规划并建立了由通信技术、网络技术、网络性能评测、网络与信息安全实验室。2010年加入DRAGON-Lab联邦后，又对现有实验室设备资源进行整合。

2.2网络实践环境建设与整合

基于DRAGON-Lab联邦实验及管理平台将上述个实验室的设备统一管理、规划、调度、使用。打破了实验室之间的物理间隔，构建了多时空运行网络环境，实现了虚拟与现实相结合的综合实验资源整合，使网络设备得到充分利用。为研究和模拟大型网络的规划和性能分析创造了坚实的基础。实验环境网络拓扑结构如图1所示。具体说明如下：

1) 通信技术实验室。

主要承担网络规划、组建网络等实验。实验内容包括：网络工程需求分析、网络建设规划设计、网络设备及选型、系统集成、综合布线和接入技术等综合布线技术，还可以进行有线电视网络方面实习实践。

2) 网络技术实验室。

主要承担计算机网络原理、网络工程以及网络管理、网络协议与标准等相关课程的实验，主要实验内容包括网络管理相关实验：如网络的规划、设计、操作运行、管理、监视、分析、控制、评估等。网站建立与开发实验：如网站建立与开发实验包括：网站开发项目需求分析，网页的制作，配置网站运行的软硬件环境，对网站系统性能进行分析，优化网站页面等。

3) 网络性能评测实验室。

主要服务于网络规划、网络性能测试与评价方面的综合设计型实验和研究型实验。实验室可为教师和研究生的研究提供必要的环境和条件，同时，也可作为科学研究基地，充分发挥设备的利用率。

4) 网络与信息安全实验室。

主要训练学生对网络维护中出现的各种安全、病毒攻击、信息加密等方面能力，制定、验证并实施学到的网络安全策略，接待网络与信息安全设计等方面实习。主要实验内容包括：网络安全评估、网络安全策略、防火墙技术、入侵检测技术、漏洞扫描、安全评估技术、防病毒技术、路由器及安全控制技术等实验。

5) DRAGON-Lab实验管理平台。

DRAGON-Lab的调度管理以脚本语言为支撑，物理资源的驱动都用脚本语言描述，应用接口API则是一个脚本调用，甚至实验本身也定义为一个可执行的脚木程序。当增加新的设备资源时，只需为新设备写一个脚本驱动，并实现己经定义好的API接口，就可以将新设备投入使用了，上层管理系统不需要为此做改动。

正是DRAGON-Lab平台底层的对网络设备管理的方便性，使我们可以对我校现有实验用网络设备环境进行有机整合，统一纳入DragonLab管理平台，真正实现了网络实验设备的共享。

另外DRAGON-Lab联邦实验室支持IPv6/IPv4 双协议栈，支持实验环境的远程可视化配置，支持远程实验，能够提供多时空运行网络环境等特点，可以将我校原有的IPv4网络设备顺利地容纳到DRAGON- Lab的IPv6的专网中，实现设备利用的最大化。

3基于DRAGON-Lab盘活省内实验资源

作为首批河北省网络工程特色专业示范单位，我校在国家DRAGON-Lab联邦实验室计划中，担当着河北省网络实验室设备资源的逻辑管理主节点角色。面临的重要任务就是：盘活河北省内各高校的网络实验设备资源，实现基于DRAGON-Lab平台的所有成员资源共享，以及拓展、延伸现有实验项目，为各个高校之间的科研实验合作搭建桥梁。

3.1省内网络实践环境现状

目前，省内很多高校在网络实验设备选配时，以满足某门课程或某类实验为主，导致实验资源存在局限性。当资金人力等受限时，将无法为所有相关课程配置实验设备，致使实验覆盖面不能满足专业需求；此外，已有设备有时仅在几门专业课程实验中使用，利用率低。

显然，对于网络工程这个专业而言，依据上述目标建设的实验室是远远不够的。因为网络工程最初发展是强调组网技术，中期是网络设备调试和网络安全，未来，针对网络性能测试与下一代网络的研究将成为网络发展的前进方向，而这一切又需要借助于大量网络设备模拟现实环境，这对任何一个高校来讲，都不堪重负。

3.2省内网络实验资源共享机制

借助DRAGON-Lab联邦机制，我们可以将全省联邦实验室成员的网络设备规划到统一的实验平台上，使高校成员可以借助平台开展一些难度较高，需要网络设备较多的科研项目；此外，对于一些资金有限、没有能力建设完备实践环境的高校，也可以通过该平台开展实验，而不需再购置相关设备，这可以减轻专业发展的经济压力。

DRAGON-Lab联邦实验管理平台负责省内高校实验设备资源的协调和统一管理，实现盘活全省会员高校实验设备资源的目的。在管理模式上，可实行置换式服务和有偿式服务两种模式。即各个成员单位可通过提供一定量的网络共享设备资源，来免费享受相关的服务；无法提供共享资源的高校，通过少量付费方式，使用需要的网络设备资源。

DRAGON-Lab联邦会员使用方法非常便捷，用户通过一个专用客户端程序选择实验资源，设计并提交实验方案。实验环境的搭建由DRAGON-Lab自动完成，对于用户来说，看到的是经过封装的实验资源。

在DRAGON-Lab实验平台中申请并完成一个实验，需经历5个部分：1)实验定义；2)实验申请；3)实验调度；4)实验加载；5)实验重置。其中第1、2两部分由实验者完成，第3～5部分由实验平台管理系统自动完成。实验管理平台统筹安排实验时间，确定预约授权。对于己经取得授权的实验系统将通知用户，用户在指定的实验时间登录实验平台开始实验，此时实验平台已经按照事先定义好的实验方案完成设备的连接与配置。

3.3基于DRAGON-Lab的实验资源共享应用

2010年4月16-18日，由河北省教育厅、河北省工业和信息化厅联合主办的第二届省高校网络技能大赛，采用了基于DRAGON-Lab的实验资源共享平台，成为国内首例典型应用成功案例。

本届大赛充分利用网络环境，共享位于石家庄(石家庄铁道学大学)、唐山(河北理工大学)、廊坊(北华航天工业学院)以及北京(清华大学) 4所高校的交换机、路由器、服务器等实验资源，实现了分布式比赛模式。应用这种网络实验资源共享机制，可减少比赛用网络设备的集中调用，使参赛选手就近比赛，有效降低了赛事运转成本。

在此典型案例应用中，我们注重新技术、新知识与教学实践的融合，利用下一代互联网试验床――DRAGON-Lab联邦实验平台，开展的Ipv6网络服务方面比赛。内容涉及路由器、交换机、服务器的IPv6地址配置与规划。

1) 路由器的配置：IPv4和IPv6地址转换、静态路由及OSPFv3路由协议的配置、ISATAP隧道的配置等。

2) 交换机的配置：交换机的IPv6地址配置、划分VLAN、子网采用无状态配置获取IP地址等。

3) 系统应用部分：在PC机上配置ISATAP隧道；在服务器其上配置IIS服务，使用其通过IPv6地址进行访问等。

4结语

通过基于DRAGON-Lab联邦架构的网络实验室建设、实验管理平台建设以及的资源整合，盘活了我校网络实验环境中所有设备，带动了省内网络实验资源共享。我校作为河北省的网络实验设备逻辑管理主节点，提出了有偿式、置换式高校联邦成员资源共享的服务模式，可有效提高省内现有网络设备的利用效率；成功举办了国内首例基于DRAGON-Lab分布式实验资源的省级网络比赛，验证该平台的IPv6实验服务应用功能；为响应国家“十二五”规划中提出整合各级各类教育管理资源，搭建国家教育管理公共服务平台，为促进河北省高校网络实验资源管理现代化进程作出贡献。

参考文献：

[1] 张杰,张建伟.构建网络工程专业实践教学体系[J]. 计算机教育,2009(19):119-122.

[2] 王建民,范通让,沙金. 网络工程专业课程体系的研究[J]. 石家庄铁道学院学报:社科版,2009,3(3):96-98.

[3] 李道全,薛炜华,姜梅,等. 网络工程专业实践教学体系研究与实践[J]. 计算机教育,2010(6):141-144.

[4] 中国互联网络信息中心. 第26次中国互联网络发展状况统计报告[R]. 北京:2010-7-15.

[5] 国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[S]. 北京:2010-07-30.

[6] 王继龙,李钟辉,吕国晗,等．DRAGON-Lab―新一代互联网技术综合实验验证平台[J]. 中国科学(E辑),2008(38):1783-1794.

Network Engineering Practical Teaching Environment Based on DRAGON-Lab

FAN Tong-rang, WANG Jian-min, ZHAO Yong-bin

(Faculty of Information Science and Technology, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China)

Abstract: DRAGON-Lab is the only federal structure based on large-scale collaborative research platform for the next generation of Internet technology. Since our school joined the federal program, based on it, we had carried out construction of network laboratory, experimental management platform and the integration of the experimental resources, and proposed compensation type and replacement type members of the Federal Universities of resource sharing service model which can effectively improve the utilization efficiency of all network equipments. At the same time, on DRAGON-Lab platform, the first network contest successfully had held in order to verify IPv6 service applications. DRAGON-Lab federal program will be promoted the modernization of the network resource management experiments of Universities in Hebei province.

Key words: DRAGON-Lab Federal; Network Engineering; practice resources integration; networks technique contest; IPv6