◆謝 林

(中國礦業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院 江蘇 221000)

淺析虛擬化實驗環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息安全實驗

◆謝 林

(中國礦業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院 江蘇 221000)

實驗是培養(yǎng)實驗者動手實踐能力和自主探究能力的有效途徑，但是資源受到限制，實驗資源越來越不能滿足實驗者的實驗需求。然而，網(wǎng)絡(luò)信息安全是一門實踐性很強的學(xué)問，需要有很好的實驗環(huán)境，但是現(xiàn)有普遍的實驗室環(huán)境并達(dá)不到實驗者的需要。為解決這一實際問題，本文重點探究利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建實驗環(huán)境，以打破傳統(tǒng)實驗環(huán)境的限制，提升實踐質(zhì)量。

虛擬化；實驗環(huán)境；網(wǎng)絡(luò)信息安全；優(yōu)勢：方法

0 引言

網(wǎng)絡(luò)信息安全實驗的目標(biāo)要求實驗者不僅要掌握基本的網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)原理，還要求實驗者利用理論知識進行實踐。網(wǎng)絡(luò)信息安全的實驗復(fù)雜且有一定的破壞性，現(xiàn)有的實驗室條件和傳統(tǒng)的實驗環(huán)境基本沒辦法滿足實驗開展的需要。而虛擬化實驗環(huán)境卻能夠有效的改變這一局面，能夠為多維實踐互通提供良好的平臺，使得實驗者有更好的實驗體會，實驗質(zhì)量也同樣能夠得到有效的提升，實驗結(jié)果也能夠更加嚴(yán)謹(jǐn)和準(zhǔn)確。

1 傳統(tǒng)實驗環(huán)境的局限

網(wǎng)絡(luò)信息安全實踐對實驗室要求較高，其不僅要求實驗室具備基本的計算機、網(wǎng)絡(luò)等實驗設(shè)備，還要求網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具備一定的復(fù)雜性，通過營造復(fù)雜的實驗環(huán)境來鍛煉實驗者解決實際問題的能力，促進實驗者實踐操作能力的提升。但是傳統(tǒng)實驗環(huán)境還不能滿足這一實踐需求：一是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都較為簡單。網(wǎng)絡(luò)信息安全實驗中攻擊和防御技術(shù)是十分重要的內(nèi)容，但是傳統(tǒng)實驗室基本無法根據(jù)實驗項目需要靈活的進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署，基于固定網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的實踐基本上都是驗證型項目，對實驗者提高應(yīng)對復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)安全問題的能力幫助不大。二是受設(shè)備數(shù)量限制。網(wǎng)絡(luò)信息安全實踐中的攻擊實驗對實驗設(shè)備會造成一定程度的影響，后期網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護保養(yǎng)工作也較為復(fù)雜，而實驗室實驗設(shè)備有限。

2 虛擬化實驗環(huán)境的優(yōu)勢

虛擬化實驗環(huán)境是指通過計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)實驗平臺，通過計算機模擬技術(shù)打造仿真實驗環(huán)境。在三維虛擬化實驗環(huán)境中，實驗者可以通過鼠標(biāo)、鍵盤實現(xiàn)對各種虛擬儀器的組裝配置，并根據(jù)實驗要求完成實驗條件改變、數(shù)據(jù)采集等操作，完成虛擬實驗過程。虛擬化實驗環(huán)境與傳統(tǒng)實驗環(huán)境相比有以下幾方面優(yōu)勢：一是自主性。不論是虛擬化實驗環(huán)境還是傳統(tǒng)實驗環(huán)境都需要按照實踐計劃開展，但是虛擬化實驗環(huán)境的一個優(yōu)勢特點就是其具有良好的自主性，動態(tài)、非固定的試驗?zāi)Ｊ皆试S實驗者根據(jù)需要自由搭建實驗框架，對實驗步驟及方法也可以自主進行設(shè)計。此外，虛擬化實驗環(huán)境中具有多樣的輔助功能，其多樣的實驗?zāi)Ｐ蛶鞛閷嶒炚哌M行虛擬實驗提供了很多有益參考。二是開放性。虛擬化實驗環(huán)境的開放性主要表現(xiàn)在實驗資源的開放性。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗可以靈活的選擇實驗內(nèi)容和實驗時間，并且實驗者可以自由的選用各種虛擬實驗設(shè)備，不會被設(shè)備數(shù)量所局限。此外，所有取得虛擬實驗室管理員許可的實驗者都能夠進入該系統(tǒng)進行實驗操作，有效解決了實驗器材的排他性問題，根本上解決了實驗資源不足問題。三是高效率。傳統(tǒng)實踐教學(xué)活動因為受到時間、空間、實驗資源的限制常常采用分組實踐或?qū)嵺`演示的方式以完成既定的實踐任務(wù)，但是這種方式無法保證每個實驗者都能夠親自參與實驗。虛擬化實驗環(huán)境有效保證了每個實踐者的實驗參與度，極大的提升了實踐效率。

3 搭建虛擬化實驗環(huán)境的原則及方法

3.1 建設(shè)的基本原則

數(shù)字化仿真技術(shù)是虛擬化實驗環(huán)境建設(shè)的核心，其操作界面是多媒體技術(shù)制作的虛擬環(huán)境，但是系統(tǒng)應(yīng)用的實驗?zāi)Ｐ褪且罁?jù)真實實驗設(shè)計的。在建設(shè)中應(yīng)當(dāng)注重以下幾項原則：一是仿真性原則。虛擬化實驗環(huán)境的搭建是為了解決實踐教學(xué)資源不足問題，因此其在建設(shè)時必須高度逼近于真實實驗操作，除了實驗使用的虛擬儀器、設(shè)備必須高度仿真外，實驗操作過程也必須盡可能的接近現(xiàn)實，盡量減少系統(tǒng)延遲導(dǎo)致實驗失真。二是交互性原則。虛擬實驗環(huán)境應(yīng)當(dāng)要能夠?qū)崿F(xiàn)實驗者間的網(wǎng)上互動，實驗者在仿真環(huán)境中完成具體的實驗操作，操作過程中的信息能通過系統(tǒng)及時反饋，此外，系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)建立實驗者間的互動平臺，方便實驗者將實驗中的經(jīng)驗和做法進行及時的交流。三是易操作性原則。建成的虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要易于操作，其操作界面應(yīng)當(dāng)簡單友好、易于維護，避免因為結(jié)構(gòu)復(fù)雜而影響實驗者的體驗感，讓每位實驗者都能夠快速的開展實驗操作。同時虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采取集中式管理方式，由網(wǎng)絡(luò)管理員統(tǒng)一進行權(quán)限配置。四是安全可靠性原則。虛擬化實驗系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)要具備一定的穩(wěn)定性，其承載量要能夠滿足實驗者同時在線操作的需要，并且要能夠提供全天候服務(wù)，允許實驗者自由靈活的選擇實驗時間。網(wǎng)絡(luò)管理員要定期對虛擬實驗系統(tǒng)進行維護，核心數(shù)據(jù)庫要定期進行備份，保障系統(tǒng)安全有序運行。

3.2 建設(shè)方法

虛擬化實驗環(huán)境是以網(wǎng)絡(luò)為載體，利用計算機仿真技術(shù)搭建的虛擬實驗環(huán)境，在建設(shè)時一方面要選擇合適的仿真開發(fā)工具，其必須能夠與多媒體相對接，以實現(xiàn)多媒體—后臺仿真系統(tǒng)—多媒體間的數(shù)據(jù)傳輸，例如可以選用Labview開發(fā)電子電路技術(shù)類虛擬實驗，選用Matrix開發(fā)自動控制類虛擬實驗，利用MultiGen等仿真軟件開發(fā)虛擬視鏡類虛擬實驗，針對不同的虛擬化實驗環(huán)境類型選用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)軟件。另一方面是做好仿真軟件與多媒體設(shè)備間接口的研制，虛擬化試驗中的操作及結(jié)果展示需要借助多媒體設(shè)備進行展示，因此探究計算機仿真技術(shù)與多媒體設(shè)備的對接問題也是虛擬化實驗環(huán)境建設(shè)的核心，但是市場上使用的仿真軟件基本上是用于仿真設(shè)計，在與多媒體環(huán)境的對接方面研發(fā)能力不足，加強仿真軟件與多媒體設(shè)備間接口的研制是當(dāng)前建設(shè)工作的重點。圖1顯示了虛擬化實驗環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息安全系統(tǒng)。

圖1 信息安全實驗系統(tǒng)

4 結(jié)束語

虛擬化實驗環(huán)境與傳統(tǒng)實驗環(huán)境相比在實現(xiàn)資源充分共享、節(jié)約實驗設(shè)備、提高實驗效率、打破時間空間限制等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，有效利用有限的資源完成了任務(wù)、提高了實踐操作能力，為網(wǎng)絡(luò)信息安全實驗提供了嶄新的思路。但是虛擬實驗終究不能完全替代真實實驗，其理想化的實驗效果使實驗者無法體驗故障排除、誤差分析等實驗操作過程，因此實驗室在實施實踐改革中要靈活的運用虛擬化實驗環(huán)境。

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