| 标题 | 基于云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台建设探索 |
| 范文 | 刘勇 王忠义 胡晶晶 [摘要]目前，软硬件升级和维修的工作量大，实验室建设资金紧缺、规模有限等问题在我国高校计算机实验室普遍存在。但是随着云计算在许多领域逐渐普及，为了更好地适应新时代发展，促进实验室教学更灵活多变，更好地开拓实践内容和形式，达到实验教学更好的效果，所以提出了将虚拟实验室为基础，构建基于云计算计算机实验教学平台的方案，同时逐渐应用到各高校计算机实验教学之中。本文从三个方面分析了云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台的实践教学，以供相关人士交流参考。 [关键词]云计算;虚拟化的;计算机网络攻防;实验教学平台 [中图分类号] TP393.0 [文献标识码]A 伴随着现代信息技术以及“互联网+”计划的迅速发展，对于实践教学方式也发生了很大的改变。其中教育信息化受到了很大的关注。为了培养出实践能力强创造思维能力强，综合素质高的应用型人才，实验教学环境也有了很大的发展和提升。教育信息化也纳入了国家发展战略层面。云计算技术具有高扩展性和虚拟化的计算模式，很多领域都会涉及云计算技术。因此云计算技术为很多高校提供了教学和资源建设的思路，有许多高校也逐渐建设云平台虚拟实验室，并开设与之相关的课程和教学实践。构建云计算计算机实验教学平台，不仅可以使高校计算机实验室中每台计算机获得需要的各种资源，同时学生也可以根据自己的实际需要获得不一样的服务，进一步提升资源利用率，降低实验室对软硬件的维修和升级成本，为学校对学生创新实践教学提供了支撑。 1 建设背景 网络现如今已经成为我们生活中所不可或缺的东西，人们对网络的依赖程度也在日益加深，在这样的背景下，构建和谐的网络环境，保障网络安全和公民的信息安全就显得非常重要。但如今我国在网络安全攻坚系统的设计方面还不太完全，网络安全系统存在一些漏洞，近年来发生的一些威胁网络安全的事件也表明，维护网络安全，预防信息化战争，增加国家网络软实力，越来越成为维护国家安全的重中之重。如何提高网络安全水平，近年来就有学者提出，可以利用云技术提高网络安全水平，本文就从用云计算技术提高网络安全水平的意义和怎么用云计算技术提高网络安全水平两个角度谈基于云计算技术的网络安全攻防实验平台研究。 2 计算机实验室存在的问题 在计算机实验室中，提高教学质量关键就是逐步提高计算机的软硬件，但就现在高校而言，实验室内的计算机仍是每台独享的资源。如果对每台计算机的软件进行更新升级和维护，则需要耗费很多成本。由于信息化的发展和各高校无纸质版考试的盛行，使目前各高校计算机实验室规模仍不能满足学生们进行各种考试以及科研的需要，由于學生们所选的专业以及方向不同，高校为学生们准备所需要实验室软件环境也不同，这导致计算机实验室无法提供较为个性的服务，进一步导致实验室的利率降低。且每台计算机需要日常的维护工作量大，耗费了人力物力及财力。 3 云计算教学和虚拟平台的设计及构建 3.1 云计算教学和虚拟平台的设计 云计算虚拟实验室主要通过对服务器的计算整合以及存储和对网络资源的管理和分配，实现虚拟化。主要为教学和科研实验以及创新实践提供更好的实验环境以及资源，达到注重应用的同时减轻设备的目的。云计算教学和虚拟平台中，实验室的硬件设备主要是以架设云平台为核心，具有开放性，灵活性、扩展性、兼容性的特点，融合了计算网络存储以及安全资源的虚拟化，进一步实现自动管理资源。 3.2 云计算教学和虚拟平台的构建 虚拟化管理平台由三层组件构成。其中云业务管理中心在最上层运行，主要将资源及策略整合成数据中心资源池，达到混合运用资源的目的。虚拟化管理平台在中间层运行.达到计算数据、管理网络和存储软件虚拟化的目的。虚拟化内核系统则在最底层运行。虚拟化内核系统主要用于屏蔽异构硬件之间的差异，进一步实现管理透明化，消除上层用户的操作对硬件设备的依赖性，对功能进一步优化。虚拟实验室提供了强大的服务器资源。如数据结构程序设计等实验都可以在云平台实现运行。这进一步提高了计算机实验室的使用率。同时学校也可以通过和企业合作。邀请公司的培训教师为学生开设相关课程以及项目培训，使学生在学习实验的基础上，可以解决实际中的问题。学校可以充分利用云平台的特点，将实验中涵盖的软件报告以及教学资源、学生信息等资源进行整合放到云平台当中，使教师和学生之间进行充分的学习交流，达到资源使用的最大化。 4 云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台的实践教学 对于大学生创新能力培养的一个重要措施就是创新实践训练，这个措施同时也响应了李克强总理于达沃斯开幕式上提出的大众创业、万众创新的口号。为了更好地开展实践教学，更要加强创新基地的建设和提升。云平台通过互联网提供动态易扩展且为虚拟化的资源。通过云平台可以构建云数据中心，支持大量实验资源的管理以及存储。充分达到使教师和学生可以整合以及共享资源，同时不受时间和地区等各种因素的限制，方便教师和学生随时随地通过智能终端接人云平台。 4.1 实验教学平台的基地建设 大学生创新能力培养的一个重要措施便是对创新实践的训练。由于创新基地作为推动学生进行课外学习和科技实践活动的主要场所，所以必须对创新基地进行建设和升级。可以充分利用虚拟实验室所提供云平台，根据相关创新项目来构建与之相应的实验环境。从一系列项目可以看出，采用了云平台方式开创的新基地建设与以往的管理模式有所不同。例如构建模拟化实验室的核心是云平台服务，云平台服务所承担的业务种类很多，所以在架设服务器的时候，要确保电源24小时不间断运行。在硬件资源的分配转变上，采用虚拟化技术将硬件资源整合后，学生在使用时，不需要匹配机号和型号，并且可以根据自身项目的需要制定出个性服务。这种方式的转变极大提高了对硬件维护和管理的效率，同时使实验室负责老师有更多的时间与精力投入到实验室管理的其他工作中去。 4.2 实验教学平台的创新实践教学 创新基地为教师教学提供一个了很好教学的平台，教师可以利用云计算提供的各种服务以及资源，对教学环节进行不断改革创新以及更深探索，融合创新实践基本理念以及要素。在开展创新实践过程中，教师通过结合虚拟化实验提供的资源，根据学生专业年级兴趣等内容安排具体的创新实践训练。例如，教师应首先制定相关项目计划，根据企业保留的项目资源划分不同专业，先从低年级学生培养，高年级时进行实际项目训练。其次，对于基础学科进行集中化的方式实施教学，使年级较低的学生能掌握最基本的技能，并且可以根据学生自身的兴趣以及擅长的领域定制项目并进行二次分配。最后将项目与比赛相结合实施以赛促学。教师在开始制定项目时，可以根据自身实际需要定制，这样既充分锻炼了学生的能力，又更好地与现实相结合。不仅提高学生的创新意识，而且还可以将自己的作品参加与之相关的设计大赛，挑战杯大赛等活动，通过比赛获取更多的灵感以及收获。 4.3 实验教学平台的应用案例 目前在云平台上应用的教学案例主要有两种。一种是全校计算机应用基础课程实验教学，另外一种是信息工程学院专业课实验教学。拿计算机应用基础课程作为例子，在传统的教学模式中，学生们亲自上机的机会很少，教师做不到及时与学生进行研究，跟踪学生的学习过程。若使用云计算计算机实验教学平台变可以充分解决这个问题。教师可以在实验开始之前，设置权限通过个人账号登录云平台设置教学内容，根据学生的选课情况以及人数创建相应的实验虚拟机。学生在实践教学平台搭建成功后，登录自己的个人账号登录云平台选择相应课程。教师随时可以监督学生的实验情况，并且相互之间可以进行沟通。云平台的操作模式是为每个同学创立了单独的实验空间，所以在实验过程中学生们的实验室相互独立，并且互不干扰。这极大地提高了学生动手实践能力，同时也提高了教学质量。对于信息工程学院的专业课教学则需要大量软件。云平台模式是把所有软件资源都集中在服务器上，学生仅仅需要基础设施接入云端申请资源便可以使用，有效提高了资源利用效率。同时教师和学生都可以通过登陆云平台进行预约，教师和学生同时登录云平台开展教学实践科研项目等培训。既满足了学生学习的需求，同时又提高了学校整体的科研能力和团队创造能力。 4.4 网络攻防实验步驟 在实验教学平台搭建完成之后，由教师修改实验类别或学生用户名等内容，并且注意维护学生信息以及实验所需的攻击软件工具包、虚拟攻击机、虚拟靶机、镜像库防护软件工具包和漏洞库等一系列实验资源。学生通过教师提供的账号，通过输入用户名和密码连接到实验教学平台。学生将账号与实验教学平台建立连接后，便可以使用平台上为学生分配的磁盘空间。学生根据教师所提供的实验题目选择与之相符合的虚拟机镜像，并将创建的虚拟攻击机实例和虚拟靶机实例创建到属于自己的磁盘空间上。学生可以利用实验教学平台提供的防护软件工具包和漏洞库配置虚拟靶机实例以及攻击软件工具包配置攻击机实例。同时还为学生提供了模拟真实复杂的网络环境，学生可以为虚拟靶机配置硬件防火墙等防护设备。当学生成功连接好设备并完成实验配置后，需要利用虚拟攻击机实例和虚拟把机实例开展网络攻防实验，在实验未完成前也可以保存当前实验状态，以便下一次可以继续进行当前实验，若已完成实验，则可以关闭虚拟机实例。在学生开始实验时，监控中心会自动收集经过虚拟攻击机实例和虚拟把机实例的数据包数据，方便学生随时下载监控中心捕捉的数据包，并对其结果进行分析。学生在所有实验完成后，监控中心会自动监测虚拟攻击机内的虚拟攻击机实例和虚拟靶机实例的状态，销毁没有操作的虚拟攻击机实例和虚拟把机实例，及时释放资源。 5 结语 在信息化快速发展的今天，云计算技术在教学领域日益广泛，不仅在安排课程方面增添了新的内容，而且让实验室实现一体化多元应用效果。充分利用资源，逐渐开拓出了一个崭新的教学空间。本文主要针对高校计算机实验室中存在的问题提出了云计算教学和虚拟平台设计及构建，以及云计算和虚拟化的计算机网络攻防实验教学平台的实践教学。学生可以通过实践教学平台进行远程有线网络攻防实验，从而可以达到更深刻的体验，真实复杂网络环境下网络攻防的一系列过程。同时学生在为虚拟攻击机模块配置攻击软件时，能更深刻理解软件运行的各种细节以及网络加固和防火墙工作原理。达到虚拟攻击机和虚拟靶机之间网络攻防演练的教学目的。该平台通过实现教学资源整合和共享提供创新实践体系和与课程有关资源的服务。用户可以通过互联网按所需内容获得云端的计算网络和存储服务，有效解决了实验室存在的各种问题。同时提高了资源利用效率，有助于培养学生创新创造的能力以及实践能力，使云计算提供的服务和资源管理，能够更高效地运用到实践教学和管理之中。 [参考文献] [1]吴吉义，平玲娣，潘雪增，等云计算：从概念到平台[J].电言科学，2009 （12）。 [2]郭新庆，高职临床医学专业人体解剖学数字化实验教学平台的建设与实践[J].解剖学研究.2017（06）. [作者简介]刘勇（1985-）.男，山东省德州市人，初级职称，研究方向：计算机应用。 |
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