摘要：DRAGON-Lab是我國唯一基于聯(lián)邦架構(gòu)的大規(guī)模下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)合作研究平臺。對此，介紹基于該架構(gòu)的網(wǎng)絡實驗室以及實驗管理平臺的建設方案，有效盤活校內(nèi)網(wǎng)絡實驗設備，帶動高校間的網(wǎng)絡實驗資源共享；提出有償式、置換式高校聯(lián)邦成員資源共享的服務模式，有效提高現(xiàn)有網(wǎng)絡設備的利用效率；并用基于DRAGON-Lab分布式實驗資源的省級網(wǎng)絡比賽案例，驗證該平臺的IPv6實驗服務應用功能。
　　關(guān)鍵詞：DRAGON-Lab聯(lián)邦；網(wǎng)絡工程；資源整合；網(wǎng)絡大賽；IPv6
　　
　　
　　網(wǎng)絡工程專業(yè)自2003年誕生以來，發(fā)展迅速。很多高校都建立了相關(guān)網(wǎng)絡實驗室[1-3]，但是，在網(wǎng)絡實踐平臺體系化管理以及實踐資源全面共享方面仍有很多需要完善之處。
　　隨著新一代互聯(lián)網(wǎng)研究浪潮在全球興起，我國作為互聯(lián)網(wǎng)用戶人數(shù)最多的國家[4]，非常關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展，并積極參與國際方面的研究與合作?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》[5]特別強調(diào)：要加快教育信息基礎(chǔ)設施建設，把教育信息化納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，超前部署教育信息網(wǎng)絡。
　　該發(fā)展綱要對高校網(wǎng)絡類實驗環(huán)境建設提出了新的挑戰(zhàn)，需要我們深入思考，即如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡專業(yè)實踐環(huán)境中，引入能探索、研究和設計未來互聯(lián)網(wǎng)的新功能。在提升整體實驗平臺研發(fā)能力的同時，最大限度地利用現(xiàn)有資源，這是網(wǎng)絡實踐環(huán)境深層建設的重要內(nèi)容。
　　2010年初，我校加入DRAGON-Lab聯(lián)邦計劃，利用聯(lián)邦實驗管理平臺整合現(xiàn)有網(wǎng)路工程專業(yè)實踐環(huán)境，逐步形成河北省實驗室網(wǎng)絡邏輯主節(jié)點，上與國家級主節(jié)點清華大學相連，下與河北省各高校網(wǎng)絡實驗中心相通。該平臺將為河北省教育科研信息港提供支持Ipv6的網(wǎng)絡架構(gòu)，為開展下一代網(wǎng)絡實踐性研究與探索奠定基礎(chǔ)。
　　1DRAGON-Lab聯(lián)邦計劃
　　DRAGON-Lab聯(lián)邦實驗室是中國教育和科研計算機網(wǎng)——大型純IPv6互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)CNGI-CERNET2各種服務應用的研究實驗床，是我國唯一基于聯(lián)邦架構(gòu)的大規(guī)模下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)合作研究平臺。
　　聯(lián)邦是一種獨特的合作形式，它主要包含兩層含義，即自治與合作。自治意味著聯(lián)邦中的資源由各成員自主投入、自行維護、自愿合作。聯(lián)邦是一種松耦合的合作形式，成員投入的資源可能不是穩(wěn)定的，但具有一定規(guī)模后，隨機效應的影響會逐漸降低，而優(yōu)勢非常明顯，即發(fā)展和運行成本低，可持續(xù)發(fā)展能力強。DRAGON- Lab的主要技術(shù)特點可以歸納為以下幾個方面。
　　1.1多時空運行網(wǎng)絡環(huán)境
　　DRAGON-Lab將整合包括互聯(lián)網(wǎng)交換中心、國際主干網(wǎng)、國家主干網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、無線網(wǎng)等在內(nèi)的各種類型的網(wǎng)絡應用環(huán)境，能夠隨時攝錄和重放IPv4/IPv6運行網(wǎng)絡流量，能夠從運行網(wǎng)絡引入OSPF、ISIS和BGP路由信息。因此通過DRAGON- Lab，可進行大時間和空間跨度的真實網(wǎng)絡行為研究和運行網(wǎng)絡實驗。
　　1.2網(wǎng)絡設備統(tǒng)一有效管理
　　使用DRAGON-Lab專用實驗配置系統(tǒng)，可以將現(xiàn)有實驗室中設備統(tǒng)一管理，打破原有實驗室相互隔離，互不應用的局面。通過打造實驗統(tǒng)一平臺，充分利用原有的設備，使本地綜合設計網(wǎng)絡實驗成為可能。
　　1.3遠程可視化實驗配置
　　DRAGON-Lab是一個遠程實驗室，使用一個專用客戶端程序就能以可視化的方式遠程定制實驗環(huán)境。
　　1.4可編程實驗[6]
　　DRAGON-Lab提出可編程實驗的創(chuàng)新思想，通過把實驗環(huán)境定義轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的實驗腳木程序，提高實驗的可重復性。
　　2基于DRAGON-Lab的實踐環(huán)境整合
　　網(wǎng)絡工程專業(yè)是強調(diào)學生動手操作與實際技能應用的專業(yè)，因此，其實踐環(huán)境建設異常重要。它是網(wǎng)絡專業(yè)課程體系充分實施并有機運轉(zhuǎn)的保障，是訓練學生網(wǎng)絡工程技術(shù)、網(wǎng)絡安全與應用技術(shù)能力的實踐基地，是落實專業(yè)培養(yǎng)定位中系統(tǒng)掌握網(wǎng)絡工程技術(shù)與信息安全基礎(chǔ)知識的實驗驗證平臺。
　　2.1網(wǎng)絡工程專業(yè)實驗室建設基本準則
　　我校網(wǎng)絡類專業(yè)課程實踐環(huán)境建設始于2004年。在借鑒國內(nèi)相關(guān)高校網(wǎng)絡實驗室和校園網(wǎng)網(wǎng)絡管理中心建設經(jīng)驗基礎(chǔ)上，確立了網(wǎng)絡工程專業(yè)實驗室建設基本原則：滿足網(wǎng)絡基本理論與技術(shù)各個層需要驗證要求，符合網(wǎng)絡人才綜合實踐技能實訓流程標準，并兼顧一定前沿技術(shù)和科研需要。
　　從2005年至2008，我們依據(jù)此原則規(guī)劃并建立了由通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、網(wǎng)絡性能評測、網(wǎng)絡與信息安全實驗室。2010年加入DRAGON-Lab聯(lián)邦后，又對現(xiàn)有實驗室設備資源進行整合。
　　2.2網(wǎng)絡實踐環(huán)境建設與整合
　　基于DRAGON-Lab聯(lián)邦實驗及管理平臺將上述個實驗室的設備統(tǒng)一管理、規(guī)劃、調(diào)度、使用。打破了實驗室之間的物理間隔，構(gòu)建了多時空運行網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)了虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的綜合實驗資源整合，使網(wǎng)絡設備得到充分利用。為研究和模擬大型網(wǎng)絡的規(guī)劃和性能分析創(chuàng)造了堅實的基礎(chǔ)。實驗環(huán)境網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。具體說明如下：
　　1) 通信技術(shù)實驗室。
　　主要承擔網(wǎng)絡規(guī)劃、組建網(wǎng)絡等實驗。實驗內(nèi)容包括：網(wǎng)絡工程需求分析、網(wǎng)絡建設規(guī)劃設計、網(wǎng)絡設備及選型、系統(tǒng)集成、綜合布線和接入技術(shù)等綜合布線技術(shù)，還可以進行有線電視網(wǎng)絡方面實習實踐。
　　2) 網(wǎng)絡技術(shù)實驗室。
　　主要承擔計算機網(wǎng)絡原理、網(wǎng)絡工程以及網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡協(xié)議與標準等相關(guān)課程的實驗，主要實驗內(nèi)容包括網(wǎng)絡管理相關(guān)實驗：如網(wǎng)絡的規(guī)劃、設計、操作運行、管理、監(jiān)視、分析、控制、評估等。網(wǎng)站建立與開發(fā)實驗：如網(wǎng)站建立與開發(fā)實驗包括：網(wǎng)站開發(fā)項目需求分析，網(wǎng)頁的制作，配置網(wǎng)站運行的軟硬件環(huán)境，對網(wǎng)站系統(tǒng)性能進行分析，優(yōu)化網(wǎng)站頁面等。
　　3) 網(wǎng)絡性能評測實驗室。
　　主要服務于網(wǎng)絡規(guī)劃、網(wǎng)絡性能測試與評價方面的綜合設計型實驗和研究型實驗。實驗室可為教師和研究生的研究提供必要的環(huán)境和條件，同時，也可作為科學研究基地，充分發(fā)揮設備的利用率。
　　4) 網(wǎng)絡與信息安全實驗室。
　　主要訓練學生對網(wǎng)絡維護中出現(xiàn)的各種安全、病毒攻擊、信息加密等方面能力，制定、驗證并實施學到的網(wǎng)絡安全策略，接待網(wǎng)絡與信息安全設計等方面實習。主要實驗內(nèi)容包括：網(wǎng)絡安全評估、網(wǎng)絡安全策略、防火墻技術(shù)、入侵檢測技術(shù)、漏洞掃描、安全評估技術(shù)、防病毒技術(shù)、路由器及安全控制技術(shù)等實驗。
　　5)DRAGON-Lab實驗管理平臺。
　　DRAGON-Lab的調(diào)度管理以腳本語言為支撐，物理資源的驅(qū)動都用腳本語言描述，應用接口API則是一個腳本調(diào)用，甚至實驗本身也定義為一個可執(zhí)行的腳木程序。當增加新的設備資源時，只需為新設備寫一個腳本驅(qū)動，并實現(xiàn)己經(jīng)定義好的API接口，就可以將新設備投入使用了，上層管理系統(tǒng)不需要為此做改動。
　　正是DRAGON-Lab平臺底層的對網(wǎng)絡設備管理的方便性，使我們可以對我?，F(xiàn)有實驗用網(wǎng)絡設備環(huán)境進行有機整合，統(tǒng)一納入DragonLab管理平臺，真正實現(xiàn)了網(wǎng)絡實驗設備的共享。
　　另外DRAGON-Lab聯(lián)邦實驗室支持IPv6/IPv4 雙協(xié)議棧，支持實驗環(huán)境的遠程可視化配置，支持遠程實驗，能夠提供多時空運行網(wǎng)絡環(huán)境等特點，可以將我校原有的IPv4網(wǎng)絡設備順利地容納到DRAGON- Lab的IPv6的專網(wǎng)中，實現(xiàn)設備利用的最大化。
　　3基于DRAGON-Lab盤活省內(nèi)實驗資源
　　作為首批河北省網(wǎng)絡工程特色專業(yè)示范單位，我校在國家DRAGON-Lab聯(lián)邦實驗室計劃中，擔當著河北省網(wǎng)絡實驗室設備資源的邏輯管理主節(jié)點角色。面臨的重要任務就是：盤活河北省內(nèi)各高校的網(wǎng)絡實驗設備資源，實現(xiàn)基于DRAGON-Lab平臺的所有成員資源共享，以及拓展、延伸現(xiàn)有實驗項目，為各個高校之間的科研實驗合作搭建橋梁。
　　
　　3.1省內(nèi)網(wǎng)絡實踐環(huán)境現(xiàn)狀
　　目前，省內(nèi)很多高校在網(wǎng)絡實驗設備選配時，以滿足某門課程或某類實驗為主，導致實驗資源存在局限性。當資金人力等受限時，將無法為所有相關(guān)課程配置實驗設備，致使實驗覆蓋面不能滿足專業(yè)需求；此外，已有設備有時僅在幾門專業(yè)課程實驗中使用，利用率低。
　　顯然，對于網(wǎng)絡工程這個專業(yè)而言，依據(jù)上述目標建設的實驗室是遠遠不夠的。因為網(wǎng)絡工程最初發(fā)展是強調(diào)組網(wǎng)技術(shù)，中期是網(wǎng)絡設備調(diào)試和網(wǎng)絡安全，未來，針對網(wǎng)絡性能測試與下一代網(wǎng)絡的研究將成為網(wǎng)絡發(fā)展的前進方向，而這一切又需要借助于大量網(wǎng)絡設備模擬現(xiàn)實環(huán)境，這對任何一個高校來講，都不堪重負。
　　3.2省內(nèi)網(wǎng)絡實驗資源共享機制
　　借助DRAGON-Lab聯(lián)邦機制，我們可以將全省聯(lián)邦實驗室成員的網(wǎng)絡設備規(guī)劃到統(tǒng)一的實驗平臺上，使高校成員可以借助平臺開展一些難度較高，需要網(wǎng)絡設備較多的科研項目；此外，對于一些資金有限、沒有能力建設完備實踐環(huán)境的高校，也可以通過該平臺開展實驗，而不需再購置相關(guān)設備，這可以減輕專業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟壓力。
　　DRAGON-Lab聯(lián)邦實驗管理平臺負責省內(nèi)高校實驗設備資源的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)盤活全省會員高校實驗設備資源的目的。在管理模式上，可實行置換式服務和有償式服務兩種模式。即各個成員單位可通過提供一定量的網(wǎng)絡共享設備資源，來免費享受相關(guān)的服務；無法提供共享資源的高校，通過少量付費方式，使用需要的網(wǎng)絡設備資源。
　　DRAGON-Lab聯(lián)邦會員使用方法非常便捷，用戶通過一個專用客戶端程序選擇實驗資源，設計并提交實驗方案。實驗環(huán)境的搭建由DRAGON-Lab自動完成，對于用戶來說，看到的是經(jīng)過封裝的實驗資源。
　　在DRAGON-Lab實驗平臺中申請并完成一個實驗，需經(jīng)歷5個部分：1)實驗定義；2)實驗申請；3)實驗調(diào)度；4)實驗加載；5)實驗重置。其中第1、2兩部分由實驗者完成，第3～5部分由實驗平臺管理系統(tǒng)自動完成。實驗管理平臺統(tǒng)籌安排實驗時間，確定預約授權(quán)。對于己經(jīng)取得授權(quán)的實驗系統(tǒng)將通知用戶，用戶在指定的實驗時間登錄實驗平臺開始實驗，此時實驗平臺已經(jīng)按照事先定義好的實驗方案完成設備的連接與配置。
　　3.3基于DRAGON-Lab的實驗資源共享應用
　　2010年4月16-18日，由河北省教育廳、河北省工業(yè)和信息化廳聯(lián)合主辦的第二屆省高校網(wǎng)絡技能大賽，采用了基于DRAGON-Lab的實驗資源共享平臺，成為國內(nèi)首例典型應用成功案例。
　　本屆大賽充分利用網(wǎng)絡環(huán)境，共享位于石家莊(石家莊鐵道學大學)、唐山(河北理工大學)、廊坊(北華航天工業(yè)學院)以及北京(清華大學)4所高校的交換機、路由器、服務器等實驗資源，實現(xiàn)了分布式比賽模式。應用這種網(wǎng)絡實驗資源共享機制，可減少比賽用網(wǎng)絡設備的集中調(diào)用，使參賽選手就近比賽，有效降低了賽事運轉(zhuǎn)成本。
　　在此典型案例應用中，我們注重新技術(shù)、新知識與教學實踐的融合，利用下一代互聯(lián)網(wǎng)試驗床——DRAGON-Lab聯(lián)邦實驗平臺，開展的Ipv6網(wǎng)絡服務方面比賽。內(nèi)容涉及路由器、交換機、服務器的IPv6地址配置與規(guī)劃。
　　1) 路由器的配置：IPv4和IPv6地址轉(zhuǎn)換、靜態(tài)路由及OSPFv3路由協(xié)議的配置、ISATAP隧道的配置等。
　　2) 交換機的配置：交換機的IPv6地址配置、劃分VLAN、子網(wǎng)采用無狀態(tài)配置獲取IP地址等。
　　3) 系統(tǒng)應用部分：在PC機上配置ISATAP隧道；在服務器其上配置IIS服務，使用其通過IPv6地址進行訪問等。
　　4結(jié)語
　　通過基于DRAGON-Lab聯(lián)邦架構(gòu)的網(wǎng)絡實驗室建設、實驗管理平臺建設以及的資源整合，盤活了我校網(wǎng)絡實驗環(huán)境中所有設備，帶動了省內(nèi)網(wǎng)絡實驗資源共享。我校作為河北省的網(wǎng)絡實驗設備邏輯管理主節(jié)點，提出了有償式、置換式高校聯(lián)邦成員資源共享的服務模式，可有效提高省內(nèi)現(xiàn)有網(wǎng)絡設備的利用效率；成功舉辦了國內(nèi)首例基于DRAGON-Lab分布式實驗資源的省級網(wǎng)絡比賽，驗證該平臺的IPv6實驗服務應用功能；為響應國家“十二五”規(guī)劃中提出整合各級各類教育管理資源，搭建國家教育管理公共服務平臺，為促進河北省高校網(wǎng)絡實驗資源管理現(xiàn)代化進程作出貢獻。
　　
　　參考文獻：
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