专利名称：基于虚拟化与嵌入式平台的网络综合实训平台的制作方法
技术领域：
本发明设计由虚拟化技木、ARM嵌入式平台、嵌入式Linux等所实现，覆盖包括网络命令类，协议分析类，网络服务类，网络安全类，网络编程类实验的ー种面向高等/高职院校计算机及计算机相关专业开发的Genisys综合网络实训系统。
背景技术：
(I)虚拟化技术虚拟化技术是指计算机元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。本质上，虚拟化就是由位于下层的软件 模块，通过上ー层软件模块提供一个与它原先所期待的运行环境完全一致的接ロ方法，抽象出一个虚拟的软件或硬件接ロ，使得上层软件可以直接运行在虚拟环境上。操作系统很多情况下是通过虚拟机监视器VMM (Virtual Machine Monitor)来与硬件进行通信，由VMM来决定其对系统上所有虚拟机的访问。在纯软件虚拟化解决方案中，VMM在软件套件中的位置是传统意义上操作系统所处的位置，而操作系统的位置是传统意义上应用程序所处的位置。虚拟机是对真实计算机环境的抽象和模拟,虚拟机监视器VMM (Virtual MachineMonitor)需要为每个虚拟机分配一套数据结构来管理它们状态，包括虚拟处理器的全套寄存器，物理内存的使用情況，虚拟设备的状态等等。VMM调度虚拟机时，将其部分状态恢复到主机系统中。主机处理器直接运行Guest OS的机器指令，由于Guest OS运行在低特权级另O，当访问主机系统的特权状态时，权限不足导致主机处理器产生异常，将运行权交给VMM。此外，外部中断也会导致VMM运行。VMM可能需要先将该虚拟机的当前状态写回到状态数据结构中，分析虚拟机被挂起的原因，然后代表Guest OS执行相应的特权操作。最后，VMM将运行权交还给Guest OS, Guest OS从上次被中断的地方继续执行，或处理VMM “塞”入的虚拟中断和异常。(2) ARM嵌入式平台ARM处理器是ー种16位/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器。嵌入式系统最明显的优势是可嵌入到任何微型或小型仪器设备中。ARM应用软件的开发工具根据功能的不同，分别有编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、库函数、评估板、JTAG仿真器等。(3)嵌入式 Linux嵌入式Linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的ー种操作系统。它被广泛应用在移动电话、个人数字助理、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。嵌入式Linux就是利用自身的许多优点，把它应用到嵌入式系统里。它的优点是版权免费，性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市速度，有较好的实时性、稳定性、安全性，并且适用于多种CPU和多种硬件平台，是ー个跨平台的系统。
发明内容
本发明是一种基于虚拟化技木、ARM嵌入式平台和嵌入式Linux系统实现的，ー种面向高等/高职院校计算机及计算机相关专业开发的Genisys综合网络实训系统。传统的网络实训系统使用大量的网络设备，利用率低，品牌差异大；所需成本高，机器数量少，不能满足大量学生要求，大部分学生未能实际操作，仅仅“拷贝”实验报告交差；不能很好地理解协议原理本身，不能很好的观察实验交互过程。为了解决这个问题，我们研发了一套基于虚拟化技木、ARM嵌入式平台和嵌入式Linux系统实现的网络实训系统。系统需要先在实验机上从服务器上下载PCTerminal安装程序并安装，确认与ServerBox之间的串ロ线与网线连接正确。学生启动ServerBox,运行PCTerminal程序,认证身份，进入系统，选择实验，按照实验指导进行实验，同吋，学生还可以向服务器上传实验报告，也可以点击PCTerminal中的考试模块，进入到考试部分，參见模拟考试。教师可以访
问E3 ePracticor服务器中心，检查每个学生的实验报告和考试成绩。如图说明图I是表示产品部署图。图2是表不组合方式一。图3是表示组合方式ニ。图4是表不组合方式ニ。图5是表不PCTerminal主界面图。图6是表不ServerBox主界面图。下面參照附图
对本发明的实施方法进行说明I、等价网络拓扑利用上述等价网络拓扑所实现的实训系统，可以用于管理实验系统，并完成部分实验。利用这些硬件，还可以自由的组成多种网络拓扑结构。(I)组合方式一这是ー种双网段单路由的网络拓扑结构(如图2所示)，利用SeverBox实现路由功能。(2)组合方式ニ这是ー种三网段双路由网络拓扑结构(如图3所示)，利用两个SeverBox实现路由功能。(3)组合方式三这是通过PCTerminal包含的虚拟机与PC跟SeverBox相连的网卡桥接,从而用那个ー套实验设备虚拟出包含3台PC的局域网的网络拓扑(如图4所示)。2、工作流程(I)启动 ServerBox将Serverbox实验盒(如图6所示)与实验主机连接,手动开启Serverbox实验盒。Serverbox实验盒是ー个基于ARM处理器构建的嵌入式硬件平台，具备多网ロ /USB/液晶屏/键盘，运行嵌入式Linux操作系统，集成了实验所需的网络/网络安全服务，根据学生所选的实验进行配置初始化，能模拟交換/路由/防火墙设备，学生可以组合多台Serverbox设计复杂网络拓扑，开展路由/安全实验。(2)进入PCTerminal主界面,进行相应操作打开PCTerminal,根据相应设置进入PCTerminal主界面(如图5所示)。实验机控制台PCTerminal运行在实验PC机上,负责实时监测与Serverbox实验盒的串口连接是否正常，根据用户所选的实验名称对Serverbox实验盒进行初始化配置，为用户提供实验指导说明，支持协议分析器、虚拟机、SSH客户端的直接调用，支持一键将系统还原到初始状态。(3)干预功能协议分析类实验支持干预机制，协议通信在实验PC机与Serverbox实验盒之间进行，支持对协议交互的步骤进行分解，学生在Serverbox上通过键盘作出干预决策，控制协议的交互过程，通过液晶屏查看干预过程，从而深刻理解协议的工作原理。3、系统功能在该系统中，用户分为学生和教师，两种用户在系统中所使用的功能如下所述(I)学生学生启动ServerBox,运行PC Terminal程序,认证身份,进入系统,选择实验,按照实验指导进行实验，向服务器上传实验报告；同时，还可以点击PC Terminal中的考试模块，进入到考试部分，参加模拟考试。(2)教师教师可以访问E3 ePracticor服务器中心，检查每个学生的试验报告和考试成绩；每次试验后，为不影响下一个班级的实验课，需要恢复serverbox/虚拟机默认状态；同时，还可以更新实验。4、系统组成实训系统由实验机控制台、嵌入式实验盒以及实验类别三大部分组成。其中实验控制台包括=PCTerminal运行在实验PC机上,包括PCTerminal客户端程序、协议分析器、虚拟机、SSH客户端；嵌入式实验盒包括=Serverbox实验盒是一个运行嵌入式Iinux的实验板，集成了网络/安全软件服务。实验类别覆盖的实验种类包括网络命令类，协议分析类，网络服务类，网络安全类，网络编程类。权利要求
1.一种面向高等/高职院校计算机及计算机相关专业开发的Genisys综合网络实训系统，系统基于虚拟化与嵌入式系统技术，包括PCTerminal和Serverbox实验盒,其特征在于 实验机控制台=PCTerminal运行在实验PC机上,包括PCTerminal客户端程序、协议分析器、虚拟机、SSH客户端； 嵌入式实验盒Serverbox实验盒是一个运行嵌入式Iinux的实验板,集成了网络/安全软件服务。
实验类别系统覆盖的实验种类包括网络命令类，协议分析类，网络服务类，网络安全类、网络编程类。协议分析类实验支持干预机制，学生可以对协议交互的步骤进行分解，作为干预政策，控制协议的交互过程，从而深刻理解协议的工作原理。
实验拓扑组合学生可以在单机环境下完成相关实验，也可以组合多台Serverbox开展实验。
2.如权利要求I所述的实验机控制台，其特征在于 实验机控制台PCTerminal运行在实验PC机上，负责实时监测与Serverbox实验盒的串口连接是否正常，根据用户所选的实验名称对Serverbox实验盒进行初始化配置，为用户提供实验指导说明，支持协议分析器、虚拟机、SSH客户端的直接调用，支持一键将系统还原到初始状态。
3.如权利要求I所述的嵌入式实验盒与实验拓扑组合，其特征在于 Serverbox实验盒是一个基于ARM处理器构建的嵌入式硬件平台，具备多网口 /USB/液晶屏/键盘，运行嵌入式Linux操作系统，集成了实验所需的网络/网络安全服务，根据学生所选的实验进行配置初始化，能模拟交换/路由/防火墙设备，学生可以组合多台Serverbox设计复杂网络拓扑，开展路由/安全实验。
4.如权利要求I所述的协议干预，其特征在于 协议分析类实验支持干预机制，协议通信在实验PC机与Serverbox实验盒之间进行，支持对协议交互的步骤进行分解，学生在Serverbox上通过键盘做出干预决策，控制协议的交互过程，通过液晶屏查看干预过程，从而深刻理解协议的工作原理。
全文摘要
本发明是一种面向高等/高职院校计算机及计算机相关专业开发的Genisys综合网络实训系统，系统包括PCTerminal和Serverbox实验盒，PCTerminal运行在实验PC机上，包括PCTerminal客户端程序、协议分析器、虚拟机、SSH客户端；Serverbox实验盒是一个运行嵌入式linux的实验板，集成了网络/安全软件服务。系统覆盖的实验种类包括网络命令类，协议分析类，网络服务类，网络安全类，网络编程类。协议分析类实验支持干预机制，学生可以对协议交互的步骤进行分解，作出干预决策，控制协议的交互过程，从而深刻理解协议的工作原理。学生可以在单机环境下完成相关实验，也可以组合多台Serverbox开展实验。
文档编号G09B19/00GK102708726SQ20121014692
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者严军, 张祖国, 耿威 申请人:北京蓝波今朝科技有限公司