（计算机应用技术专业论文）网络实验模拟及测评系统研究.pdf

摘要进入二十一世纪以来，计算机的发展速度是惊人的，其中网络的普及之快更是超乎想象。互联网己深入到社会生活的各个方面，它为信息的发布、交流和共享提供了有利的平台，给人们之间的信息交流和共享带来了极大的方便。能够充分而又迅速地了解各种网络技术和网络设备，不断地学习和掌握各种网络构建和配置方法，已成为一个要投身于i t 行业人员的必备基础知识。然而，由于网络实验室硬件设施的限制，能够亲自动手操作的机会很少。因此，开发一套与网络教学相结合、具有自动测评功能的实验模拟平台势在必行。目前市面上已有些类似的软件产品，但它们都具有很强的针对性，无法与教学紧密结合。而且网络实验教学普遍存在生师比过大的情况，因此不但开设实验难，实验辅导和检查更难。基于以上原因，本文提出了集网络拓扑构建、路由器配置、配置过程查寻及实验结果自动评定等功能于一体的网络实验模拟系统架构，使得网络实验能够不依赖于硬件环境而顺利开展，尤其是对实验结果自动测评算法的研究，使得教师少，学生多，实验效果不易掌握的现状从根本上得以改善，有利于实验教学现代化的实现。关键词：实验模拟、网络拓扑、路由器、产生式规则、测评算法a b s t r a c tt h et e m p oo fc o m p u t e ri sm a r v e l o u ss i n c e2 1c e n t u r y ，a n dt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r ki sm o r eu n i m a g i n a b l e n e t w o r ke x i s t se v e r y w h e r ei ns o c i e t y ，i tp r o v i d e sb e n e f i c i a lp l a t f o r mf o r t h ep u b l i c a t i o n 、e x c h a n g ea n ds h a r i n go fi n f o r m a t i o n ，a n db r i n g se n o r m o u sc o n v e n i e n c ef o rp e o p le i fy o uw a n t t ot h r o wy o u r s e l fi n t oi tt r a d e ，a n di t i st h en e c e s s a r yb a s i ck n o w l e d g et h a tf i n d ao u ta l lk i n d so fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t sr a p i d l y 。s t u d ya n dg r a s pt h em e t h o do fn e t w o r kc o n s t r u e t i o na n dc o n f i g u r a t i o nc e n t i n u o u s l y u n f o r t u n a t e l y ，b e c a u s eo ft h er e s t r a i n to ft h eh a r d w a r ei nn e t w o r kl a b o r a t o r y ，af e wu s e r sc a nh a v et h ec h a n c et op r a c t i c e s oi t i sb o u n dt od e v e l o pap l a t f o r mo fn e t w o r k se x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o n ，w h i c hi sc o m b i n e dw i t hn e t w o r kt e a c h i n ga n dh a v et h ef u n c t i o no ft e s ta u t o m a t i c t h e r ea r es o m es i m i l a rs o f t w a r ep r o d u c t i o n si nm a r k e tn o w ，b u tt h e yc a n tc o m b i n e dc l o s e dw i t hn e t w o r kt e a c h i n gb e c a u s eo ft h eo b v i o u sd i r e c t i o n f u r t h e r m o r e ，t h ec o n d i t i o no ff e w e rt e a c h e r sa n dm o r es t u d e n t se x i s t sp o p u l a ri nn e t w o r ke x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，n o to n l yt h ee s t a b t i s h m e n ta n dt u t o r s h i pb u ta l s o t h et e s to fe x p e r i m e n t si sv e r yd i f f i c u l t y d u et ot h er e a s o n sa b o v e ，t h i sp a p e ra d v a n c e saf r a m eo fn e t w o r k se x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o ns y s t e m ，w h i c hi n c l u d e st h ec o n s t r u c t i o no fn e t w o r kt o p 、r o u t e r sc o n f i g u r a t i o n 、s e a r c h i n go fc o n f i g u r a t i o np r o c e s sa n da u t o m a t i ct e s tf o re x p e r i m e n t a lr e s u l t s 。p a r t i c u l a r l y ，t h er e s e a r c ht oa u t o m a t i ct e s ti m p r o v e st h eu n f a v o r a b l ep r e s e n ta c h i e v es i t u a t i o nf u n d a m e n t a l l y ，a n db e n e f i tt ot h em o d e r n i z a t i o ni ne x p e r i m e n t a l t e a c h i n gk e yw o r d s ：s i m u l a t i n ge x p e r i m e n t ，n e t w o r kt o p ，r o u t e r ，p r o d u c t i o nr u l et e s ta l g o r i t h mi i图表清单图2 1 1 1 产生式系统基本结构6图2 3 1a d o n e t 体系结构9图2 4 1 1m p l s 基本元素1 1图2 4 2 1m p l s 协议参考模型1 2图3 4 1 实验系统模块划分1 7图3 5 3 1 用户自主实验界面1 9图4 2 1 1 路由器接口配置实验界面2 2图4 2 1 2 以路由器为核心的m p l sq o s 范例2 3图4 2 2 1 第一层命令表2 5图4 2 2 2 第二层命令表2 5图4 2 3 1 系统内置实验答案表2 6图4 2 3 2 配置命令提示符对照表2 6图4 2 4 1 配置指令评分流程2 8图4 3 1 i 网络拓扑构建界面3 0图4 3 1 2 网络拓扑连接向导示意图3 0图4 3 1 3 协议封装3 1图4 3 1 4 完成连接的网络拓扑图3 2图4 3 2 rd e v i c e 类及其子类3 2图4 3 2 2 接口表3 4图4 3 2 3 设备接口关系表3 4表4 3 2 1 接口表数据，3 4表4 3 2 2 设备接口关系表数据3 5图4 3 2 4 设备信息表3 5表4 3 2 3 设备信息表3 6表4 3 3 1 端口类型对照表3 9图4 3 5 1 1 网络设计对话框4 2图4 3 5 1 2 已知条件表结构4 2图4 3 5 1 3c o n d i t i o n 表内容4 3图4 3 5 1 4 配置命令表c o m m a n d 4 5图4 3 5 i 5 配置命令产生算法4 7图4 3 5 1 6 产生式答案表( p r o d u c t a n s w e r ) 4 8vw7 6 3 4 2 6声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：牵进年阳厂年6 月厂目学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：二萑蜷硼厂年6 月r 日南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及测评系统研究1 绪论1 1 选题背景r 口 1“信息化、数字化、全球化、网络化”是2 l 世纪人类社会的重要特征。以计算机网络迅猛发展而形成的“网络化”则是推动信息化、数字化和全球化的基础和核心。基于计算机网络的各种网络应用系统通过在网络中对数字信息的采集、存储、传输、处理和利用，在全球范围把人类社会更紧密地联系起来，并以不可抗拒之势影响和冲击着人类社会的各个方面，将成为2 1 世纪全球信息社会最重要的基础设施”“。从半年前的6 8 0 0 万网民到现在的7 9 5 0 万网民，互联网在我国保持着稳定的发展态势。互联网已深入到社会生活的各个方面，它为信息的发布、交流和共享提供了有利的平台，给人们之间的信息交流和共享带来了极大的方便。从最初的e m a i l 、f t p 到w v n v ( w o r l dw i d ew e b ，万维网) 、p 2 p 、i m ( i n s t a n tm e s s a g i n g ，即时通讯) 等，信息传播和反馈的加快，改变了人们以前的生活和交流方式。现在上至七、八十岁的老人，下至几岁的孩子都能从网上获得不同的生活体验。无论是军事、科研、教育、工业、农业还是商业，都在利用网络完成各种不同的工作，满足自己多方面的需求。与许多发达国家相比，我国的互联网事业有着更大的发展空间，与网络相关的产品会受到越来越多的关注，网络逐渐渗透到国民生产生活的各个领域，这是未来社会的必然发展趋势。在这种大环境下，能够充分而又迅速地了解各种网络技术和网络设备，在网络工程的建设过程中学习和掌握各种网络构建和配置方法，已成为一个要投身于i t 行业人员的必备基础知识。鉴于以上所述，如今在各个高校，计算机网络这课程受到越来越多的重视，选修该课的学生数众多也就不足为奇了。由于这门课具有很强的实践性，仅靠来自于课堂上或书本中的理论知识，与搭建实际的网络还相距甚远，而且事实证明脱离实践的理论教学本身效果也不会理想。因此，与课本和实际应用紧密联系的网络实验就显得尤为重要，通过实验既可以加深学生对理论知识的理解，又可以培养他们的学习兴趣，提高他们的实际动手能力，使越来越多的人才加入到与网络相关的工作中，为我国网络事业的发展培养大批高素质的接班人。现在很多高校已意识到这一问题，纷纷建立自己的网络实验室，开设有关的网络实验，甚至是投入相当长的时间进行网络课程设计，其目的只有一个，就是让学生真正掌握并熟练应用计算机网络知识，为今后踏上工作岗位打下坚实的基础。但是由于学校普遍存在着资金短缺的问题，计算机网络环境中所需的各种设备，诸如路由器、交换机等价格又都十分昂贵，而且众所周知，这些设备更新得非常快，系里购置这些设备毕竟只是学生实验而非用于真正的网络搭建，因此大1绪论硕士论文量购买是不可能也是没必要的。同时，由于学生人数的不断增加，加上非计算机专业学生对计算机网络课程的选修，而教师人数相对减少，使得不但开网络实验难，辅导实验难，实验检查更难。这样对学生的掌握情况很难有个全面、真实的了解，也就无法针对学生实验中的薄弱环节进行知识巩固和加强。为了从根本上解决目前存在的这些矛盾，提高计算机网络教学质量和教学效果，给更多的学生提供实践操作的机会，提出了开发计算机网络实验模拟及测评系统的方案。基于网络教学的实验模拟平台，是在目前计算机网络课程所开设实验需求的基础之上进行研究开发的，实验内容主要是进行网络拓扑的构建和各种路由器的配置。因为路由器作为实际网络中的核心设备，具有不可替代的重要作用，而它的配置又相对于交换机复杂，学会路由器的配置就可以说掌握了网络配置的大部分内容。该平台不但能够提供进行实验操作的功能，而且还具有辅助教学的功能，如实验过程查询功能和实验结果自动评测功能。教学实验模拟平台的开发能够解决实验设备紧张，网络实验开设难的问题；而自动评测功能解决了实验课检查、评分难的问题。如今，积极推崇教学手段现代化，大力提倡使用计算机辅助教学，并已推广到许多课程的教学实践当中。而实验教学的现代化对开展计算机辅助教学也是一个很大的促进“，应大力支持。实验模拟平台的开发是开展教学现代化的重大举措之一，也是一个较好地解决学校经费和设备紧张问题的有效方案”“，因此可以说开发教学实验模拟平台迎合了教学发展的需要，使以前许多无法完成的教学实践环节变为可能，具有很强的实用性。1 2 课题的研究现状目前就很多公司和个人致力于实验模拟平台的研究和开发，因而，各种各样的实验模拟器被开发和应用于许多领域。它们所采用的模拟机制总的来说分为两种：一种是控制界面由计算机的多媒体技术仿真，实验所进行的具体的操作也是由计算机模拟实现并完成的：另一种是控制界面是由计算机的多媒体技术仿真，但其具体的操作是由实验模拟软件通过计算机网络调用实际的远程设备完成的，即通过计算机网络对实验设备进行远程控制”“。本文采用的是第一种机制，即所有操作都由计算机多媒体技术仿真。市面上现有一些技术比较成熟的网络实验模拟器，可以模拟网络环境进行相关实验，比如b o s o n 公司的b o s o nn e t s i m ，r o u t e r s i m 公司的r o u t e r s i m sn e t w o r k南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及测评系统研究v i s u a l i z e r ，c i s c o 公司的c i s c on e t w o r k i n ga c a d e m ye l a b 及c i s c oi n t e r a c t i v em e n t o r ( c i m ) ，s y b e x 公司的s y b e xt o d d r o u t e r 等。其中r o u t e r s i m 是经典老牌模拟器，目前的版本是r o u t e r s i m sn e t w o r kv i s o a l i z e r4 0 ，这一版本的r o u t e r s i m 提供了4 3 2 条命令，并有超过2 3 0 个实验，是为专门为c c n a 考生定制的”。s y b e xt o d d r o u t e r 同样是一款老牌模拟器，无论是界面风格还是适合类型，与r o u t e r s i m 如出一辙。c i m 是思科官方出品的专业的交互式指导工具，对于思科的设备支持以及命令支持方面有着无可争议的权威性，除此之外，它对于备考c c i e 的考生而言，有着巨大的帮助作用。b o s o nn e t s i m 模拟器的最大优点就是能够自定义网络拓扑结构，而且在一般的范围下没有什么限制，可以模拟出你想要的各种实验环境，而不受已有实验教程的影响。此外，c i s c o 公司的c i s c oc o n f i g m a k e r 是一个图形用户界面的路由器配置工具，我们可以用c o n f i g m a k e r 创建所有c i s c o 路由器的基础配置，做好配置后通过网络上传到路由器中。在网络的建设、器进行配置、维护，查看路由器的状态，维护、升级、改造过程中，如需对路由通过c i s c o 公司的c o n f i g m a k e r 软件可以迅速、方便地进行操作。用户不需要记下和输入复杂的命令，而直接通过拖动鼠标和输入一些简单的字符便能完成相应的操作。它使用连接表单和向导提示你操作的步骤，从设备列表框中选择搭建网络所用的设备和连线，构建网络拓扑图以及确定单个设备的配置。1 3 现存网络模拟环境的局限性上述的网络实验模拟器在设计上也各有优缺。b o s o n 的模拟器，它的最大优点就是能够自定义网络拓扑结构，遗憾的是它针对性太强，对初学者难度也太大，不适合作为学生实验环境使用。r o u t e r s i m 的特点完全是按照c c n a 的实验设计的，实验教程分的很细致，讲解也很清楚，它的最大缺点也正是由于完全局限于实验，网络拓扑不能改变，因而缺乏灵活性和自主性。c i m 是思科官方出品的专业指导工具，对于c c n a 、c c n p 及c c i e 考生而言有巨大的帮助，其缺憾就是做什么实验就只提供什么命令，没有任何自由选择。更重要的是这些模拟器基本上都是为了思科的c c n a 等考试认证而开发的，具有极强的针对性；而且要求用户具有相当的理论基础，还需要花费大量的时间去熟悉c i s c o 的各种设备，才能正确地使用它们。与我们的计算机网络课程内容有较大的差距，和我们的用户水平也不相称，不符合我们的需要。硕士论文c o n f i g m a k e r 的所有操作都是在操作向导的提示下完成的，没有配置命令的输入，使用户不能在这方面得到锻练，而且该平台无法完成配置结果的自动测评等功能，也不能达到用户实验情况反馈的目的。但它在网络拓扑构建方面的设计给予了很大的启示，使本系统的设计更加成熟和方便用户操作。通过对现存实验模拟平台的分析，认为其普遍存在针对性过强，应用范围单一，可扩展性和可维护性较差，不能完成实验结果的评判等缺点。同时，其内容过于复杂，对用户的要求也相对较高，与网络教学相去甚远，对初学者也不适用，因而不能作为教学实践环节的模拟系统。1 4 本文所做的研究工作本文以实验平台的系统架构与实现为总的研究方向，详细了解了当前计算机网络实验所涉及的内容，深入调研与分析了部分学生对该课实验应开设项目的期望，提出了一些具体的实验方案及其实现。所做的研究工作主要包括：1 ) 调研了目前计算机网络实验现状，分析了所开设的实验和课程设计中涉及的相关内容，提出了开发网络实验模拟及测评系统的思路及总体设计模型。2 ) 设计了符合实际需要的系统内置实验项目，使每位用户通过这些验证实验进一步了解各种网络设备在网络拓扑结构中的地位和作用，掌握各设备，主要是路由器在特定环境下的配置方法。3 ) 设计了用户自主实验环节，使实验更接近于实际网络的组建，从而提高用户的网络设计水平，增加系统的实用性和灵活性。4 ) 分析了路由器配置命令的格式和功能，在提取了相关命令特征的基础上设计了系统内置实验答案表，确定了匹配规则和流程，实现了该实验模块的自动评分和显示主要错误功能。5 ) 研究了各种网络拓扑构建规则，分析了交换机、路由器等网络设备接口及其连接特点和要求，提出了基于特征提取的网络组建及测评算法。6 ) 提出了基于产生式规则的配置命令标准答案产生算法，实现用户自主实验结果的自动测评。1 5 本文的组织结构全文由五章组成，具体内容安排如下：第一章是绪论，介绍了本课题的选题背景和实现该课题的重要性，分析了目前市场上已有的网络实验模拟软件及其局限性，在此基础上突出了本系统的实用性，列出了本文所做的工作及整篇文章的组织结构。4南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及测评系统研究第二章简要介绍了设计本系统用到的各项技术和相关理论知识，为今后的实现奠定基础。第三章提出了系统设计的总体模型，分析了系统设计原则，运行的软、硬件环境，开发的平台，简单说明了各模块功能。第四章具体描述了各模块的设计思路与实现方法。系统内置实验模块，分析了实验的设置，实现了配置结果的查询和自动评分；用户自主实验模块，提出了基于特征提取的的网络拓扑构建与测评算法，基于产生式规则的配置命令标准答案自动生成算法，及测评分数产生公式等。第五章是全文的总结部分，归纳了本文完成的工作，同时在已实现功能的基础上提出了对今后继续工作的展望。附录部分列出了路由器的一些基本配置命令和配置m p l s 网络的命令集。最后是致谢和参考文献。系统开发的理论基础硕士论文2 系统开发的理论基础本系统平台的开发是通过对许多相关理论知识和技术的研究、分析和应用才得以完成的，下面分别就用到的相关概念和技术加以介绍。2 1 产生式系统实验结果自动评分是本系统开发的一个主要内容，也是其特色之一，面评分的依据就是由许多事先定义好的产生式规则构成的知识库，因此产生式系统是该平台的重要理论基础。2 1 1 产生式系统概述所谓产生式系统，又称为基于规则的系统，这种系统的基本思想早在上世纪四十年代就已经提出来了，它采用产生式表示法来表示知识，形式简单，清晰明确，易于理解，增加了知识的可读性，且模块性好，减少知识间的联系，便于知识的获取、修改和扩充“。一个产生式系统是由工作存储器( w o r k i n gm e m o r y ，简称w m ) 、产生式规则库( p r o d u c t i o nr u l eb a s e ) 和规则解释程序三部分构成，规则解释程序包括匹配器、冲突消解器和解释器，其基本结构如图2 1 1 1 “。图2 1 1 1 产生式系统基本结构1 、工作存储器又称为全局数据库，它是一个动态数据库，用于存放与求解问题有关的各种当前信息，包括已知数据和推理过程中的中间结论。这些数据在推理过程中由规则解释程序用来激活相应的规则。6南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及测评系统研究2 、产生式规则库产生式系统的知识库由产生式规则组成，其基本形式为：如果( i f ) 条件部分那么( t h e n ) 动作部分”。规则的条件是否满足以当前工作存储器中事实为依据，如果存在事实满足该条件，则相应规则被激活。一条产生式规则的动作部分则定义了对工作存储器进行增删改等操作信息，也可以包含一些诸如输出等的副作用操作“。从产生式规则的形式上看，与传统程序设计语言的条件语句非常相似，但它们之间有着本质的区别：首先，产生式规则的条件部分描述的是一组复杂的模式其次，规则之间的控制流不象程序那样顺序传递：最后，被激活的规则也不一定立即执行。3 、规则解释程序又称为控制系统，它是负责选择规则的决策系统，其中，匹配器负责判断规则条件是否满足，冲突消解器负责选择可调用的规则，解释器负责执行规则的动作，并在满足结束条件时终止产生式系统的运行“。在进行规则匹配时经常会遇到不至一个规则适用的情况，这就产生了冲突，在这种情况下，冲突消解器就负责从中选择某一个规则来执行。消解冲突的常用策略有”1 ：专一性排序如果某一规则条件部分规定的情况比另一条规则条件部分规定的情况更有针对性，即一条知识比另一条知识更具体，即知识的条件部分是另一条知识条件的弱化，则弱化的知识比强化的知识具有更高的优先级。规则排序规则的编排顺序就代表了启用的优先级，称为规则排序。这种排序方法要求知识库组织时对各种知识的优先级次序要预先予以考虑，每条知识预先隐含地赋有一个优先级值。问题求解中，一旦一条知识为可用知识即选择之。当新的知识被注入知识库或系统自动学习的时候，这条知识的优先级应该由专门的算法来赋值。数据排序规则条件部分的所有条件按优先级次序编排。运行时首先使用在条件部分包含较高优先级的数据的规则。规模排序按规则条件部分的规模排列优先级，优先使用被满足条件较多的规则。就近排序把最近使用的规则放在优先的位置。系统开发的理论基础硕士论文上下文限制把产生式规则按所描述的上下文( 对象) 分组，在某种上下文条件下，只能够从其对应的那组规则中选择可用规则。r 1 12 。1 2 产生式系统的分类“按总体控制策略分，可分为不可挽回的产生式系统和试探性产生式系统。按推理方向分，可分为向前产生式系统( 又称数据驱动方式) 、向后产生式系统( 又称目标驱动方式) 和双向产生式系统。按规则的性质及结构分，可分为可交换的产生式系统、可分解的产生式系统和可恢复的产生式系统。2 1 3 产生式系统的推理方式产生式系统的推理有两种：向前( 正向) 推理和向后( 反向) 推理。正向推理从已知的事实出发，逐步推导出最后结论“，其推理过程大致是：1 ) 将初始事实数据置入工作存储器；2 ) 用工作存储器中的事实数据与产生式规则的前提条件进行匹配；3 ) 按冲突消解策略从匹配的规则实例中选择一条规则；4 ) 执行选中规则的动作，一次修改规则存储器；5 ) 用更新后的工作存储器，重复上述几步工作，直到得出结论或工作存储器不再发生变化为止。反向推理是首先提出假设，然后验证这些假设的真假性，找到假设成立的所有证据和事实“。其推理过程大致是：1 ) 看假设是否在工作存储器中，若在，则假设成立，推理结束；2 ) 找出结论与此假设匹配的规则；3 ) 按冲突消解策略从匹配的规则实例中选择一条规则；4 ) 将选中规则的前提条件作为新的假设，重复上述几步工作，直到假设的真假性被验证或不存在激活的规则。本系统在网络拓扑结构的测评及配置指令标准答案的生成等方面，多次用到了基于产生式规则的操作方法。2 2cs h a r p 简介cs h a r p ，也作c # ，是m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 中增加的一项全新的程序语言。它不但简单易用而且功能强大，它的基本语法是等同于c + + c 。它不但是一套完全面向对象的程序语言，同时它可应用于w e b - b a s e d 环境及分布式的网络作业环境。从程序语言的角度来看，c # 也是先进的，它具备一些c c + + 所欠缺的内存自动管理、t y p es a f e 等特性。在使用上其目标在于兼具v i s u a lb a s i c 的简8南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及钡4 评系统研究单易用和c c + + 所具备的弹性。不但能够将开发时间缩短，同时功能更强大、更稳定。c # 语言单从程序语言的角度来看，具有以下几个特点：简单、先进、面向对象、类型安全、强大的命名系统和整合性。正是由于它的诸多优势，本系统的开发就将c 舯 为程序设计语言。2 3a d o n e t 技术a d o n e t 是m i c r o s o f t 推出的以n e tf r a m e w o r k 为基础的数据操作模型。它是对m i c r o s o f ta c t i v e xd a t ao b j e c t s ( a d o ) 的一个跨时代的改进，它提供了平台互用性和可伸缩的数据访问。由于传送的数据都是x m l 格式的，因此任何能够读取x m l 格式的应用程序都可以进行数据处理。事实上，接受数据的组件不一定要是a d o n e t 组件，它可以是基于一个m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o 的解决方案，也可以是任何运行在其它平台上的任何应用程序。图2 3 ，1 显示了a d o n e t 解决方案中的主要组件。图2 3 1a d 0 n e t 体系结构1a d o n e t 的类由两个部分组成“：数据提供程序( d a t ap r o v i d e r ，有时也叫托管提供程序) 和数据集。数据提供程序负责与数据源的连接，数据集代表实际的数据。a d o n e t 分成两种不同类型的数据提供程序”：一种用于s q es e r v e r7 0 或更高版本，另一种适用于所有你可能已经安装的o l ed b 提供程序。用户同数据库交互时，需要连接一个数据库实例，向数据库执行命令，再断开连接，这称为“连接”模型。在另一种访问模型中，用户需要连接并将数据检索到一个缓存中，更新缓存，再重新连接，以便将数据库刷新修改，这称为“断开”模型。9系统开发的理论基础硕士论文a d o n e t 能有效地从数据操作中将数据访问分解为多个可以单独使用或一前一后使用的不连续组件。a d o n e t 包含用于连接到数据库、执行命令和检索结果的n e t 数据提供程序。通过a d o n e t ，开发人员既可以直接处理检索到的结果，又可以将数据放入a d o n e td a t a s e t 对象，并与多个源的数据集成到一起，以特殊的方式向用户公开。a d o n e t 借用x m l 的力量来提供对数据的断开式访问。而a d o n e t 和n e t 框架中的x m l 类集成于d a t a s e t 对象。d a t a s e t ，即数据集，是指数据库数据在内存中的拷贝。一个数据集可阻包含任意多个数据表，每一个一般都对应于数据库中的表或视图“。数据集组成了一个非连接的数据库数据视图。也就是说，它在内存中，并不和包含对应表的数据库维持一个活动连接。这种非连接的结构体系使得只有在读写数据库时才需要使用数据库服务器资源，因而提供了更好的可伸缩性。故a d o n e td a t a s e t 是a d o n e t 的断开式结构的核心组件。d a t a s e t 的设计目的很明确：为了实现独立于任何数据源的数据访问。因此，它可以用于多种不同的数据源，用于x m l 数据，或用于管理应用程序本地的数据“。d a t a s e t 包含一个或多个d a t a t a b l e 对象的集合，这些对象由数据行和数据列以及主键、外键、约束和有关d a t a t a b l e 对象中数据的关系信息组成。d a t a a d a p t e r提供了连接d a t a s e t 对象和数据源的桥梁。它使用c o m m a n d 对象在数据源中执行s q l 命令，以便将数据加载到d a t a s e t 中，并使对d a t a s e t 中数据的更改与数据源一致”。这一点非常符合本系统的设计要求。用户不必频繁访问数据库服务器，而只在更新记录时与数据库连接，降低了多个用户争夺同一数据的可能，最大程度上实现资源共享。在运行时，数据会从数据库中取出并先传给一个中间层业务对象，然后传至用户界面”“。为了适应这种数据交换，a d o n e t 采用了基于x m l 的持续的传递格式。也就是说，当数据从一个层传向另一个层时，a d o n e t 的方案是将内存中的数据( 即数据集) 表述为x m l ，然后以x m l 格式传递给其他组件。a d o n e t 将成为构建数据感知n e t 应用程序的基础“。不同于a d o 的是，a d o n e t 更具有通用性，不是专门针对数据库而进行的设计。a d o n e t 聚集了所有可以进行数据处理的类。这些类呈现了具有典型数据库功能的d a t ac o n t a i n e ro b j e c t s ，比如：索引、排序、浏览。尽管a d o n e t 是作为重要的n e t 数据库应用程序的解决方案，它更多的显示了涵盖全面的设计，而不仅是作为和a d o 模型一样的以数据库为中心。1 0南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及测评系统研究2 4m p l s 网络随着i n t e r n e t 的发展和广泛应用，使用它的人数急剧增加，网络拥塞的情况也臼益严重，如果不尽快改善这种状况，不久的将来很可能导致整个网络环境恶劣到无法忍受的地步。因此，很多机构和专业人士都在致力于研究解决方案，也由此出现了不少新的相关技术标准，而m p l s 以其特殊优势受到越来越多的重视。为了更全面地了解和掌握这一新技术，在本系统中增加了有关m p l s 网络构建的实验，以适应网络配置的新形式。2 4 1m p l s 的基本概念m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) ，即多协议标记交换，是一个可以在多种第二层媒质上进行标签交换的网络技术”。这一技术结合了第二层交换和第三层路由的特点，将第二层的基础设施和第三层的路由有机地结合起来。笫三层的路由在网络的边缘实施，而在m p l s 的网络核心采用第二层交换。作为个大规模运营商网络的未来关键技术，m p l s 可以带来如下好处9 。：( 1 ) 实现功能上的独立性( 2 ) 优化网络的性能( 3 ) 很好地控制资源( 4 ) 实现网络的演进( 5 ) 支持面向连接的保证，解决了传统i p 骨干网络的服务质量问题( 6 ) 可以提供i pv p n 业务( 7 ) 简化i p v 6 的实旋图2 4 1 1m p l s 基本元素在m p l s 网络中，包含下列一些基本的元素9 | ：在网络边缘的结点称为标签边缘路由器( l e r ，l a b e le d g er o u t e r ) ，网络的核心结点称为标签交换路由器( l s r ，l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r ) 。l e r 结点功能在m p l s 网络中完成的是i p 包的进入和1 1系统开发的理论基础硕士论文退出过程；l s r 结点在网络中提供高速交换功能。在m p l s 结点之间的路径称为标签交换路径( l s p 。l a b e ls w i t c h e dp a t h ) 。一条l s p 可以看成是一条贯穿网络的单向隧道。图2 4 1 1 中显示了m p l s 的基本元素，其中的f e c ( f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s ) 称为转发对等级别，就是定义了一组沿着同一条路径，有相同处理过程的数据包。m p l s 对网络的影响主要在三个方面，分别是。： m p l s 流量工程( t e ) 使用改进的链路状态路由选择协议( o s p f 和i s i s )来发现网络中的可用资源，通过资源预留协议( r s v p ) 来分配标签并且基于m p l st e 标签改进全局f i b 。m p l sv p n 产生很多的f i b ，并且使用多协议b g p 在网络上分布用户的路由选择信息和m p l s 标签。在a t m 环境中的m p l s 服务质量( q o s ) 改进标准的l d p 为每一个i p 前缀分配4 个标签，每个标签服务具有一个不同的q o s 级别。此外，m p l s 在i p 层与光层的衔接方面也充当了重要的角色，已经成为了i e t fm p l s 工作组研究的一个热点。“通用”的m p l s 协议g m p l s 将会在i p 层与光物理层的衔接上发挥它的能量。近来，还有一个较新的分支是将m p l s 应用到以太网链路上，并为以太网的快速恢复提出相应的解决方案。2 。4 。2m p l s 的体系结构如图2 4 1 1 所示，m p l s 的整个框架可以分成两个最主要的部分，一个是控制层面，包括m p l s 的信令( 即标记分配协议) 和路由”。控制层面负责标记交换路径的建立、拆除、保护、重建立和重路由等，是整个m p l s 理论的核心；另部分是数据平面，数据平面更多地侧重与各链路层媒质的配合问题，包括标记和标记封装等相关规定。1 2巨垂耍团圆 垂习、固 二二 固图2 , 4 2 1m p l s 协议参考模型困困南京理工大学硕士学位论文网络实验模拟及测评系统研究2 4 3m p l s 在路由器上的实现在路由器实现m p l s 的方案中，以c i s e o 公司的b g p m p l s 最为典型。目前以i p 路由器为基础的m p l s 实现的主要业务有两种：流量工程( t e ，t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 和虚拟专用网络( v p n ，v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k s ) 。虽然它们都采用了m p l s 技术，但实现方式有很大差别。l 、c i s c o 的流量工程以i o s 为基础，其实现包含以下几个部分”。：标记交换路径通道 增强域内路由协议 流量工程路径计算流量工程链路管理 标记交换转发模块c i s c o 的m p l s 流量工程中最主要的思路是在骨干网络的所有入口路由器和所有出口路由器之间定义全网状通道连接，由入口路由器根据报文要到达的目的网络决定采用哪条通道。在单个通道不足以承载某个流量时，则可选择在相同的入口和出口之间配置多条通道，利用多通道负载分享。c i s c o 的m p l st e 的实现还只限于单个自治系统中的单个a r e a 。目前还不提供任何跨越自治系统的方法。c i s c om p l s 流量工程目前所支持的路径类型比较简单，分别是显式路径( e x p l i c i tp a t h ) 和动态路径( d y n a m i cp a t h ) 。这两种路径均由资源预留协议( r s v p ，r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 建立，只是路径计算方法不同。显式路径采用离线方式计算路径，在配置直接指定中间结点。动态路径则完全采用c s p f ( 基于约束的最短路径优先算法) 来计算。下面分别列出显式路径和动态路径两种情况下的典型基本配置”。 显式路径r o u t e r ( c o n f i g ) # i pc e fr o u t e r ( c o n f ig ) # m p lst r a f f i c e n gt u n n e lsr o u t e r ( c o n f i g ) # i n t e r f a c el o o p b a c k or o u t e r ( c o n f i g - i f ) # i pa d d r e s si p a d d r e s sm a s kr o u t e r ( c o n f i g ) # r o u t e ri s i sr o u t e r ( c o n f i g r o u t e r ) # m p l st r a f f i c e n gl e v e ll e v e lr o u t e r ( c o n f i g - r o u t e r ) # m p l st r a f f i c e n gr o u t e r i dl o o p b a c k or o u t e r ( c o n f i g r o u t e r ) # m e t r i c s t y l es y t l er o u t e r ( c o n f i g ) # i n t e r f a c ei n t e r f a c er o u t e r ( c o n f i g i f ) # m p l st r a f f i c e n gt u n n e l st 1系统开发的理论基础硕士论文r o u t e r ( c o n f i g i f ) # i pr s v pb a n d w i d t hb a n d w i d t hr o u t e r ( c o n f i g ) # i n t e r f a c et u n n e l n or o u t e r ( c o n f i g i f ) # t u n n e ld e s t i n a t i o ni p a d d r e s sr o u t e r ( c o n f i g i f ) # t u n n e lm o d em p l st r a f f i e - e n gr o u t e r ( c o n f i g i f ) # t u n n e lm p l st r a f f i c e n gb a n d w i d t hb a n d w i d t hr o u t e r ( c o n f i g i f ) # t u n n e lm p l st r a f f i c e n gp a t h o p t i o nn oe x p l i c i tn a l n ee x p l i c i t p a t hr o u t e r ( c o n f i g i f ) # i pe x p l i c i t p a t hn a m ee x p l i c i t p a t he n a b l er o u t e r ( c o n f i g i f e x p l p a t h ) # n e x t a d d r e s si p a d d r e s sr o u t e r ( c o n f i g i f - e x p l p a t h ) # n e x t a d d r e s si p a d d r e s s动态路径r o u t e r ( c o n f ig ) # i pc e fr o u t e r ( c o n f ig ) # m p lst r a f f ic e n gt u n n e lsr o u t e r ( c o n f i g ) # i n t e r f a c el o o p b a c k or o u t e r ( c o n f i g i f ) # i pa d d r e s si p a d d r e s sm a s kr o u t e r ( c o n f i g ) # r o u t e ri s i sr o u t e r ( c o n f i g r o u t e r ) # m p l st r a f f i c e n gl e v e ll e v e lr o u t e r ( c o n f i