（计算机应用技术专业论文）基于web+services的网络实验模拟平台的研究与实现.pdf

硕士学位论文基于w e b $ e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 摘要 y 6 2 4 2 9 0 近十年计算机网络的发展更是势不可挡，网络已经深入到社会的每一个角 落。计算机网络课程是一门实践性较强的课程，实验对理论知识的巩固和实际 动手能力的培养显得尤为重要。网络设备的昂贵和实验经费的紧张使得开发网 络实验模拟平台成为解决这一矛盾的有效方法。 目前。已有的网络实验的模拟软件普遍存在着功能单一、灵活性差、更新 维护难、扩展性差等特点。基于目前的研究状况，本文提出了基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的架构模型。w e bs e r v i c e s 作为一个对象组件，它具有 良好的封装性、松散耦合性及高度的可集成能力等特性。该实验模拟平台采用 了w e bs e r v i c e s 技术，其内部模块及具体实验的模拟是由独立的w e b 服务来 实现，这样大大提高了平台的灵活性、增强了它的可扩展性和可维护性。平台 还提供了实验结果信息的查询和实验评测功能，迎合了教学所需。 关键字：w e bs e r v i c e s 、网络、实验模拟、路由器、网络构建 第j 页 硕士学位论文桀于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 a b s t r a c t i nr e c e n tt e ny e a r s ，c o m p u t e rn e t w o r kd e v e l o p sr a p i d l y n e t w o r ke x i s t s e v e r y w h e r ei ns o c i e t y c o m p u t e rn e t w o r ki sac o u r s ew h i c hn e e ds t u d e n t s t op r a c t i c em o r e e x p e r i m e n ti s e s p e c i a l l yi m p o r t a n tf o rs t u d e n t s t o m a s t e rt h e o r ya n dc u l t i v a t et h ea b i l i t yo fp r a c t i c e d e v e l o p i n gt h e p 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 nisa ne f f e c t i v em e t h o d t os o l v et h ep r o b l e mo ft h a tn e t w o r k sd e v i c ei s e x p e n s i v ea n dt h e r e i sal a c ko fe x p e r i m e n t a lo u t l a y p r e s e n t l y ，t h es o f t w a r eo fs i m u l a t i n gn e t w o r k se x p e r i m e n th a sb e e n d e v e l o p e da 1 1 h a v ec h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha s s i n g u l a rf u n c t i o n ，b a d f l e x i b i l i t y ，d i f f i c u l tu p d a t i n ga n di l i a i n t e f l a n c e ，p o o re x p a n s i b i l i t y ， e t c a c c o r d i n gt oa c t u a lr e s e a r c hs t a t u s ，t h i sp a p e rp r e s e n tt h em o d e l o ft h ep l a t f o r m sa r c h i t e c t u r eo fs i m u l a t i n gn e t w o r k se x p e r i m e n t b a s e dt h et e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e s a sa no b j e c t m o d u l e ，w e bs e r v i c e s h a sc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha se x c e l l e n t e n c a p s u l a t i o n ，i n c o m p a c t c o u p l i n g ，h i g h i n t e g r a t i o n a n ds oo n t h i sp l a t f o r m a d o p t s t h e t e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e s a n di n s i d em o d u l ea n de v e r ye x p e r i m e n ta r e i m p l e m e n t e db yw e bs e r v i c e s t h u s i t g r e a t l ye n h a n c et h ep l a t f o r m s f l e x i b i l i t y s t r e n g t h e ne x p a n s i b i l i t y a n d m a i n t a i n a b i l i t y t h e p l a t f o r ma l s op r e s e n t st h es e a r c hf u n c t i o no ft h ee x p e r i m e n t a tr e s a l t s a n dt h ee v a l u a t i n gf u n c t i o no fe x p e r i m e n t s ，w h i c hc a t e rt ot h et e a c h i n g d e m a n d k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，n e t w o r k ，s i m u l a t i n ge x p e r i m e n t ，r o u t e r b u i l d i n gn e t w o r k 第1 i 页 硕士学位论文 批于w e bs e r v i c e s 的婀络实验模拟平台的研究与实现 1 1 选题背景 l绪论 近几十年，计算机发展迅速，尤其是近十年网络的发展更是势不可挡。如 今，网络已经深入到社会的每一个角落。作为高校，给计算机专业的学生开设 网络课程已经成为一个必然。计算机专业的学生对计算机网络原理、网络工程 设计及网络实用技术的掌握与计算机网络教学是分不开的。计算机这门学科是 一门实践性比较强的学科，其中的计算机网络更是如此。给学生讲授有关计算 机网络的理论基础知识固然重要，但如果不给学生提供具体实践的机会，用实 验去验证一下所学的知识，其教学效果将很不理想。实验教学是加深理解理论 知识的重要途径之一 3 4 。因此，许多高校都先后积极的筹建网络教学实验室。 目前，大部分高校的网络教学实验室仅仅是一个由几十台微机相连而成一个局 域网。而要根据计算机这门课的要求开设网络实验，仅仅一个局域网是远远不 够的，如有关路由器，交换机的实验就不能够完成。不做实验，学生对理论知 识掌握有尤如纸上谈兵。 基于目前各高校的情况，每年招生人数大幅度增加，软硬件设施都相对比 较紧张，实验经费短缺更是一个普遍存在、老生长谈的问题。要大批量的购进 路由器，交换机这样价格比较昂贵设备用于学生实验显得不太切实可行。因此， 许多高校计算机网络课程的教学实验并不能够很好的完成，计算机网络教学实 验室也只是一个摆设而已。为了解决当前存在的矛盾，提高教学质量，培养高 素质的科技人才，提出了可开发实验模拟平台的解决方案。 基于网络教学的实验模拟平台是根据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。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，如自动评测功能。自动评测功能解决了目前存在的 学生多，实验辅导教师少，实验课检查、评测难的问题。同时，教学实验模拟 实验平台的开发能够解决目前高校实验经费短缺，实验设备紧张，网络实验开 设难的问题。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。 实验教学的现代化对大力开展计算机辅助教学是一个很大的促进。 实验模拟平台的开发是开展教学现代化的重大举措之一，也是一个较好的 解决经费和设备紧张问题的解决方案。开发教学实验模拟平台适应了教学发展 所需。 第1 页 硕士学位论文幕于w e bs e iv i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 1 2 课题的研究现状 实验模拟平台的研究和开发是当今的研究方向之一。因而，各种各样的实 验模拟平台被研究与开发。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。 1 2 1 关于网络实验模拟平台的研究现状 由于计算机这门学科是一门新兴的学科，尤其是计算机网络。关于计算机 网络知识的教学也只是最近几年才在教学中普及，加上它的知识更新比较快， 实验的模拟实现比较复杂且需要一定的开发周期，所以至今还没有出现一个功 能比较完备且适用于网络实验教学的实验模拟平台。现在各高校中，教师只能 够通过一些c a i 教学课件来给学生讲解和展示网络实验的基本原理及其大体 操作流程。 目前，市面上也存在关于计算机网络实验的模拟软件，如专用于c i s c o 公司c c n a 认证( c i s c oc e r t i f i e dn e t w o r ka s s o c i a t ee x a m ) 培训用的 r o u t e r s i mc c n a ， c i s c o 公司的c o n f i g m a k e r 等。 r o u t e r s i mc c n a 它是专门针对c i s c o 公司的网络设备而开发的，专门用 于c c n a 认证考试考前练习用的路由配置模拟软件。它提供给使用者一个交互 的操作界面。用户可以点击需要配置的设备，进入该设备的命令配置界面。该 软件的缺点在于它将实验内容固定在一个狭小的范围内，不具有可扩展性。另 外，它专用于思科的c c n a 认证考试，因而它的针对性过强，范围相对狭小。 c is c o 公司的c o n f i g m a k e r 是一个运行于m i c r o s o f tw i n d o w s 操作系统 上的小型的网络配置软件。它只能够用c i s c o 公司生产的路由器、交换机、 集线器等其它网络设备。它适用于那些熟悉l a n 基本原理和基本网路设计的中 小型企业的网络管理者和中间商为快速高效的配置以太网和w a n 的连通 性，c o n f i g m a k e r 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。 c o n f i g m a k e r 不需要使用通过命令行对网络产品进行配置。c o n f i g m a k e r 虽然 可以方便简易构建网络，但是它忽略了构建网络的操作细节，因而起不到实践 练习的效果。 第2 页 硕士学位论文 赫十w e b s e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 1 2 2 当前网络实验模拟平台存在的问题 研究与分析现有的软件发现，普遍存在针对性比较强，应用范围比较窄的 缺点。它们的针对性比较强，针对某个具体厂商的网络产品，具体运作需求而 开发的，因此它们的应用面比较窄。就1 2 1 节中提及的r o u t e r s i m 而言，它 是专门针对c i s c o 公司的网络设备而开发的，专门用于c c n a 认证考试考前训 练用的路由配置模拟软件。软件的功能比较单一，取乏智能性。软件虽保留了 用户的实验操作结果信息，但对其操作结果不作任何评判。软件的可扩展性和 可维护性差。对实验的设备信息，后期不能够修改，只能够保持模拟软件开发 时所采用的设备信息。当网络设备产品性能提升，功能增加时，软件要做到实 时的更新维护难度和消耗较大。 1 2 3 网络实验模拟平台应具备的功能 根据教学需求研究与开发的网络实验模拟平台，在吸取以往实验模拟平台 优点的基础上，克服目前实验平台所存在的不足，增加了实验平台的功能，采 用新兴的w e bs e r v i c e s 技术增强了实验平台的伸缩性、可扩展性、可维护性 和通用性。在该实验平台中，每一个具体实验的模拟实现都是通过相互独立的 w e b 服务来实现的。当需要更新某个实验时，只需要更新实现该实验模拟的服 务。此外，w e bs e r v i c e s 技术的应用，使客户端能够实时的了解到当前的更 新状态。实验平台提供的自动评测功能增强了实验平台的智能性，减轻了教师 的工作量，同时学生( 实验用户) 能够及时的知道实验结果，找出操作中的不 足，及时更正。网上的查询，在线评测，远程管理等功能方便的各角色用户。 1 3 所做的研究工作 e t ) 分析分布式系统模型； b ) 分析现有模拟系统； c ) 提出网络实验系统模型； d ) 路由器基本配冕实验的分析与模拟实现； e ) 网络拓扑构建实验的分析与模拟实现： f ) 在实验平台中w e bs e r v i c e 技术的分析与应用。 1 4 论文的结构 全文共分五章，各章内容如下： 第3 页 硕士学位论文 拱于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 第一章：绪论。主要分析了本课题研究的必要性，课题所属领域当前的研 究发展状况，本课题所研究、设计与开发的实验平台的优越性与特色所在，及 该论文所做的研究工作。 第二章：w e bs e r v i c e s 技术。主要介绍了本论文所阐述的实验平台采用 的关键技术一w e bs e r v i c e s 技术。包括它的知识概述及与之相关的协议的简 要描述。 第三章：网络实验模拟系统的设计与实现。提出了实验平台的结构模型， 一个基于w e bs e r v i c o s 技术的实验模拟平台的模型。分析现有网络实验，给 出该平台之上两个实验模块的实现：路由配置实验模块的实验和网络拓扑构建 实验模块的实验。 第四章：相关技术应用，分析本实验平台实现过程中的相关技术，即产生 式系统理论和a d o n e t 数据库访问技术在平台中的应用。 第五章：结论，阐述本文所描述的实验平台的优势与不足之处。以后需要 继续完成的工作。 本文还包含了两个附录：附录a 和附录b 。附录a 中列除了路由配置模拟 实验模块所实现的路由配置命令。附录b 中给出了网络拓扑构建实验模拟模块 目前所采用的设备的相关信息以及所提供的连接方式的描述。 第4 页 硕士学位论文 拱j 。w e bs e r v i c e s 的剜络实验模拟平台的研究与实现 2 1w e bs e r v i c e s 概述 2w e bs e r v i c e s 技术 w e bs e r v i c e s 是一种编程模型，是可通过标准的w e b 协议可编程访问的、 自适应的、自描述的w e b 组件。它提供在可缩放的、松耦合的和非特定平台的 环境下交换信息的能力，信息交换使用诸如h t t p 、x m l 、x s d 、s o a p 和w s d l 之类的标准协议。 w e bs e r v i c e s 是描述了一些操作的接口，通过标准化的x m l 消息传递机 制，可以通过网络访问这些操作 2 8 。w e b 服务使用基于x m l 的标准协议进行 服务描述、服务发现和相互调用，独立于软硬件环境和编程语言，具有跨平台 可集成能力。一旦部署了w e b 服务，其它的应用程序( 及其它的w e b 服务) 可 以动态的发现和调用所部署的服务。 w e b 服务的基本的平台是x m l 和h t t p 。h t t p 是一个在i n t e r n e t 上广泛使 用的协议，也就使得w e b 服务能够在i n t e r n e t 上广泛使用具备基本的协议基 础。x m l 是一种源语言，可以用来书写特定的语言来描述客户和服务之间或者 组件和复杂服务之间的交互。w e b 服务及其各种协调过程都采用x m l 的技术作 为核心。在应用服务器之后，x m l 格式的消息被转变成中间件的请求，返回的 结果也会转化成x m l 格式。有了x m l 作为核心技术，各种网站提供的服务都不 再局限于一些花花绿绿的页面，而是可以进行编程调用的w e b 服务。在此基 础上需要增加一些服务，同时保持简单性和普遍性，来把w e b 构建成一个功能 更强大的平台。以实现w e b 服务之削的调用、查找、服务描述等功能。在服务 调用与消息传递上采用s o a p 协议。在服务描述上采用w s d l 。在服务查找上采 用u d d i 规范( u n i v e r s a d e s c r i p t i o n ，d is c o v e r ya n d 1 i n t e g r a t i o n s p e c i f i c a t i o n ) 。 2 2 面向服务的架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 在w e bs e r v i c e s 体系架构中包括三类角色：服务提供者( s e r v i c e s p r o v i d e ) 、服务注册( s e r v i c e sr e g i s t e r ) 和服务请求者( s e r v i c e s r e q u e s t e r ) 。如图2 1 所示： 第5 页 硕士学位论文 基十：w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 同2 hh bs ”v i c e 体幕罂晦模型 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 服务提供者提供w e b 服务的实现并将服务描述发布到服务注册中心或直 接发送给服务请求者。服务描述包含服务的接口的细节，其中包括服务的数据 类型、操作、绑定信息和网络位置，还可能包括可以方便服务请求者发现和利 用的分类及其它源数据。服务描述的实现就是该服务，服务是一个软件模块， 它的部署在由服务提供者提供的可以通过网络访问的平台上。 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 对于请求者，当采用静态绑定时，在应用程序开发时服务请求者查找服务 并获得服务的描述信息，利用特定的开发工具生成用于服务调用的客户端 s t u b 对象，s t u b 作为客户端代理负责转发服务请求并返回处理结果。在静态 绑定情况下，服务注册中心是体系结构中的可选角色，因为服务提供者可以把 描述发送给服务请求者。同样，服务请求者可以从服务注册中心以外的其它来 源得到服务描述，例如本地文件、f t p 站点、广告和服务发现( a d v e r t i s e m e n t a n dd is c o v e r yo fs e r v i c e s ，a d s ) 、w e b 服务发现( d i s c o v e r yo fw e bs e r v i c e s ， d i s c o ) 。一般情况下，静态绑定因为s t u b 的存在而使得执行数度快且编程、 调试均相对简单。但在某些情况下，服务请求者需要在程序执行期间动态的检 索服务描述，然后使服务描述和服务提供者进行绑定并调用w e b 服务实现或同 它交互。这时，服务注册中心是必需的。 服务注册中心( s e r v i c er e g i s t e r ) 在典型情况下，服务注册中心充当服务提供者和服务请求者之间的中介， 为w e b 服务提供交易场所。 w e bs e r v i c e s 体系架构中包括三类基本的操作：发布( p u b l i s h ) 、查找 ( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 。 发布( p u b l i s h ) 第6 页 硕士学位论文摹于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 为了使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请求者可以查找到它。发 布服务描述的位置可以根据应用程序的要求而变化。 查找( f i n d ) 在查找操作中，服务请求者直接检索服务描述或在服务注册中心查询所要 求的服务类型。对于服务请求者，可能在两个不同的生命周期阶段中牵涉到查 找操作：在设计时，为了程序开发而检索服务的接口描述；在运行时，为了调 用而检索服务的绑定和位置描述。 绑定( b i n d ) 最后需要调用服务。在绑定操作中，服务请求者使用服务绑定中的细节来 定位、联系和调用服务，从而在运行对调用或启动与服务的交互。 w e bs e r v i c e s 体系架构中包括服务( s e r v i c r ) 和服务描述( s e r v i c e d e s c r i p t i o n ) 构建。 服务( s e r v i c e ) w e bs e r v i c e s 是一个由服务描述语言描述的接口，服务描述的实现就是 该服务。服务是一个软件模块，它部署在由服务提供者提供的可以通过网络访 问的平台上。服务的存在目的就是要被服务的请求者调用或者同服务请求者交 互。当服务的实现中利用到其它的w e bs e r v i c e s 时，它也可以作为请求者。 服务描述( s e r v i e ed e s c r i p t i o n ) 服务描述包括服务的接口和实现细节。其中包括服务的数据类型、操作、 绑定信息和网络位置。还可能包括可以方便服务请求者发现和利用的分类和其 它元数据。服务描述可以被发布给请求者或服务注册中心。 2 3w e bs e r v i c e ss t a c k w e bs e r v i c e s 是一个全新的技术架构。为了实现松散耦合下的对象访问， 以及在基本对象之上的事务、工作流、安全机制等，需要建立在现有的和新兴 的标准之上。例如，h t t p ，可扩展标记语言( e x t e n s b l em a k e u pl a n g u a g e ， x m l ) 、简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 、w e b 服务描述语言( w e bs e r v ic e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 以及通用描述、 发现和集成协议( u n i v e r s a ld e s c f i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ， i j d d i ) 。整个w e b 服务的技术协议被称为“w e bs e r v i c e ss t a c k ”，目前使用的 协议栈的结构如图2 2 所示： 第7 页 硕士学位论文基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 簇鬻豢鬻隧 w s f ls e r v i c ef 1 0 w s t a t i cu d d ls e r v i c ed i s c o v e r y d i r e c tu d d ls e r v ic ep u b l i n a t i o n 。 匕 s e r v i c ed e s c r i p t i o n ： 一 三 卜j ， w s d ls e r v i c ei m p l e m e n t a ti o n r 十 巾 =。 n s e r v i c ei n t e r f a c e 匕0 日o q。h ) u 皇 s o a p x m l b a s e dm e s s a g i n g r +( d 3f 。 r 十叫 e n a b l e r o u t e r # c o n f i g u r et e r m i n a l e n t e rc o n f i g u r a t i o nc o m m a n d s o i l ep e r1 i n e e n dw i t hc t r l z r o u t e r ( c o n f i g ) # h o s t n a m er o u t e r a r o u t e r a ( c o n f i g ) g e x i t r o u t e r a g c o p yr u n n i n g c o n f i gs t a r t u p c o n f i g b u i l d i n gc o n f i g u t a t i o n o k r o u t e r a t i c t r 】一s h jf t x 对特权密码的配置，须进入全局配制模式，并执行下面的命令 第2 9 页 颅 学位论文基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟甲台的研究与实现 r o u t e r ( c o n f i g ) # e n a b l ep a s s w o r d p a s s w o r d ) 以下为命令演示：( 黑体部分为所需输入) r o u t e r e n a b l e r o u t e r # c o n f i g u r et e r m i n a l e n t e rc o n f i g u r a t i o nc o m m a n d s o n ep e rl i n e e n dw i t hc t r l z r o u t e r ( c o n f i g ) # e n a h l ep a s s w o r df a l c o n s r o u t e r ( c o n f i g ) # e x i t r o t l t e r # 路由器通用接口配置中，对串口( s e r i a l ) 、以太网口( e t h e r n e t ) 、令牌环 口( t o k e n r i n g ) 、基本速率接口( b r i ) 这四种接口类型的配置的模拟实现。对接 口的配置是在接口配置模式下( r o u t e r ( c o n f i g i f ) # ) 进行的。其配置过程示 例如下： r o u t e r # c o n f i gt e n t e rc o n f i g r a t i o nc o m m a n d s ，o n ep e r1i n e e n dw it hc t r l z r o u t e r ( c o n f i g ) # i n t e r f a c e i n t e r f a c et y p e ( n u m b e r ) r o u t e r ( c o n f i g - i f ) # i pa d d r e s s ( i p a d d r e s s ) m a s k ) r o u t e r ( c o n f i g - i f ) # n os h u t d o w n r o u t e r ( c o n f i g - i f ) # z r o l 】t e r # 路由选择协议配置实验是对r i p 、i g r p 、e i g r p 这三种协议的配置。对协 议的配置是在路由器配置模式( r o u t e r p r o t o c o l ) 下进行的。一般其步骤 如下所示： r o u t e r l * c o n f i gt e r e n t e rc o n f i g u r a t i o nc o m m a n d s ， r o u t e r ( c o n f i g ) # r o u t e rr i p r o u t e r ( c o n f i g r o u t e r ) # n e t w o r k r o u t e r ( c o n f i g - r o u t e r ) g e n d r o u t e r # o n ep e rl i n e e n dw i t hc t r l z ( n e t w o r kn u m b e r ) i s d n 配置实现的部分，除了对接口i p 地址配置、激活配置和封装类型配 置外，还增加了对其在全局模式下配置一个拨号器列表，并在接口模式下使用 d i a l e r g r o u p 命令将其应用于b r i o 级接口的功能。其程序实现，是通过分别 在r o u t e r 表和i n t e r f a c e 表中添加d i a l e r j i s t 、d i a l e r g r o u p 数据分量， 第3 0 页 硕士学位论文 基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 做到将配置信息存储起来。 3 ，7 网络拓扑构建模块实现 网络拓扑构建模块提供给用户一个能够亲手搭建网络的一个模拟环境。从 设备的选用、设备的连接、设备的配置到网络的测试用户都能够在这个实验环 境中模拟实现。在该实验中实验操作用户可从系统的设备栏中选择自己所需的 设备，包括确定设备的类型，型号等。系统会智能的根据用户所选的器材向用 户提出必要的操作要求。如一个路由器要连接到一个以太网网段，系统会判断 该路由是否具有连接以太网网段的接口，两者相连的接口类型是否匹配。用户 可以按照搭建网络的步骤一步步在实验模拟平台中进行操作。 该实验模拟为用户提供了两种方式实验操作：第一种模式为学习模式。在 该模式下，在用户进行网络搭建的过程中，系统会为用户提供操作提示。用户 通过做实验，边实验边学习。实验的过程也就是用户的学习过程。第二种模式 为测试模式。在该模式下，在用户的实验过程中，系统不给用户任何提示。只 是在用户将网络搭建完成以后，要求进行评判时，才指出实验操作过程中不正 确的地方。 实现该实验模拟的w e b 服务根据客户端的实验请求，将计算结果信息返回 给客户端。客户端仍然只是为操作用户提供一个操作界面，用户对象所进行实 验所需设备信息及实验平台能够提供的操作空间和自由度仍然由实现该实验 模拟的服务决定。因此，该实验和路由配置实验一样具有w e b 服务所带来的优 良特性。与路由配置模拟实验有所不同的是，网络拓扑构建模拟实验具有更灵 活的客户端，更友好的用户操作界面。路由配置模拟实验的客户端只要将用户 对象输入的配置命令字符串及其实验的当前状态作为请求信息，配置模拟路由 的服务根据请求信息，分析命令字符串给出相应的反馈信息。在网络拓扑构建 实验中，由于该实验自身的特性，实验平台供给用户的操作空间广，自由度比 较大。因此客户端需要详细记录当前实验的信息，如选用的每个设备、每个设 备的自身属性、设备的连接和用户对象在实验过程中作出的配置信息等其它实 验状态信息。对所用设备和连线的自身信息由各自所属类的实例对象记载。除 此以外的实验状态信息由相关数据表进行记载，这些数据表暂放在当前数据集 中，系统会定时或者在必要的时候才连接数据库，更新数据库。采用这种数据 访问技术以提高系统的性能和速度，增加系统的互操作性和可维护性。有关 a d o n e t 数据访问技术在系统中的应用在第四章中的数据访问章节有比较详 细的介绍。 用户在搭建一个网络的时，首先进行设备选择，系统提供给用户常用的设 第3 1 页 顿士学位论文 基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 备，和一些常用的连接方式。如：路由器、交换机、h u b 、p h o n e 、f a x 等。这 些设各显示在客户端用户界面的左侧。网络拓扑构建模块实现的客户端界面如 图3 6 所示。 图3 6 ：网络拓扑构建实验客户端界面 设备和连接窗口采用了两种方式显示：一种是停靠方式。这种方式如图 3 6 中所示。另一种是隐藏方式。在该方式下这两个窗口隐藏并缩小成两个小 标签显示在窗口的左侧。当鼠标停放在标签上，标签对应的窗口则展开显示。 这种方式下，客户端提供给用户构建网络拓扑的空间。 本模块两个重要的类：d e v i c e 类和i s l i n e 类。 d e v i c e 类提供了网络设备所具有的公共属性、方法及其能够响应的事件。 对不同的网络设备，从d e v i c e 类派生出多个子类。图3 7 列出了d e v i c e 类及 其子类。 i ；1 1 太阿段费 鼹i 舡设舞龚 麻山设备樊 变抉机凳 i n t e a i e t 隧黄 主机鬻( 举锯h o l 删4 卜i 肛p c s “$ n n ，欲 臂媛 “巍蜘城 声啬设备炎t _ | 5 乏备 p h 拍e ，妇x 、糌x 及 p s t 鼬稠蠛燕) 网3 ，7 ：d e v i o e 裳驶其乎类 每个d e v i c e 类的子类从d e v i c e 类继承了设备类的公共属性，如：设备名 第3 2 页 颅士学位论文基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 ( d e v i c e n a m e ) 、设备类型( t y p e ) 及设备位置( d e v i c e l o c a t i o n ) 等。每 个子类又根据所代表的设备类型拥有自身的属性和方法。以d r o u t e r 为例，对 路由设备，用户根据所需要的接口类型选择不同的设备模块。每个设备上有多 个类型相异的接口，对每一个接口需要记载与之相连的设备、连线以及采用的 连接方式。这些信息需要该对象类来详细记载。 p u b l i cc l a s sd e v i c e 事件 p u b l i ce v e n tc l i c ka sm y e v e n t h a n d l e r p u b l i ce v e n tm o u s e d o w na sm y m o u s e e v e n t h a n d l e r p u b l i ce v e n tm o u s e u pa sm y m o u s e e v e n t h a n d l e r p u b l i ce v e n tm o u s e m o v ea sm y m o u s e e v e n t h a n d l e r p r i v a t ew i t h e v e n t sp d e v i c ea sp i c t u r e b o x p r i v a t ew i t h e v e n t sl d e v i c ea sl a b e l p r i v a t ew i t h e v e n t sc o n t e x t m e n u d e v i c ea sn e wc o n t e x t m e n u 0 属性 p u b l i cp r o p e r t yd e v i c e d s ( ) a sd a t a s e t p u b l i cp r o p e r t yn a m e ( ) a ss t r i n g p u b l i cp r o p e r t yd e v i c e n a m e 0a ss t r i n g p u b l i cr e a d o n l yp r o p e r t yt y p e ( ) a ss t r i n g p u b l i cp r o p e r t yd e v i c e l o c a t i o n ( ) a sp o i n t e n dc l a s s i s l i n e 类 系统提供了九种不同的连接方式：e t h e r n e t 、a s y n c 、f r a m e r e l a y 、i s d n 、 p p p ( s y n cs e r i a l ) 、v o i c el i n e 、h d l c 及v p n 。有关这九种连接方式的详细信息 详见附录b 中的2 连接方式。作为连线对象的类，它记载这连线的基本信息， 响应用户单击、双击事件。 系统提供给用户的操作主要有增删所选设备、增删连线、查看设备属性、 更改名称、移动设备、为指定设备定制端口等。图3 8 是用户对象基本操作的 用例图。 第3 3 页 硕 学位论文基于w e b8 e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 。 思 埘陈捱钱更新捅连设备妁擅息 图3 8 ：用户用例图 在图3 8 中可以看出，用户对象可以添加、删除设备，添加、删除连线。 但在进行设备删除之前系统删除与之相连的连线；在添加连线和删除连线时， 系统要更新被该连线所连设备的接口和连线信息。 在设备选择操作的实现中，对路由设备，用户对象选择路由设备后还需要 为该路由设备选择网络模块。不同的网络模块决定了该路由所具有的接口类型 和数量。这将决定能够与之相连的设备和所能够采用的连接方式。系统提供的 路由器中网络模块选择窗口。有关实验平台目前所提供的路由网络模块的介绍 请见附录b 在设备连接的实现中，在制定连接方式和所需连接的两个设备后，系统将 判断所选设备是否能够采用所选连接的方式进行连接。有关设备可连接性的判 断采用了有关产生式系统的理论，本文在第四章第一节中作了详细的介绍。当 判断结果为可连接是，系统将在两设备间绘制条连线。对多接口设备系统提 供界面让用户指定所选用的接口并为该接口分配i p 地址。系统提供的接口选 择窗口。 对每个网络设备的当前接口信息和连接信息可以通过属性窗口的连接选 项页来查看。连接信息在设备属性窗口的连接属性页窗口。在该属性页中显示 了设备当前所拥有的接口，从接口列中可以直接看出它属于那个模块。如果该 结构被使用并为其分配i p 地址，则它的i p 地址，m a s k ，连线及连接类型都将 显示出来。 此外，本实验模块还提供了帮助学习的功能。用户可以通过帮助了解学习 该实验自身所提供的设备的详细信息，包括它的性能和使用方法等。比如说， 对路由设备，用户可以了解选定路由的设备信息，它所拥有的网络模块，各网 络模块所拥有的接口数。对每个类型的接口能够与那些设备相连，两者相连所 第3 4 页 。k 舻 颂l 学位论文基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 要具备的条件等等。该模块将根据用户需求给出相应的说明文档或具体操作的 动态过程，以使得用户能够通过该模块学习网络拓扑构建知识。 第3 5 页 硕j ：学位论文 基于w e b s e r v i c e s 的嬲络实验模拟平台韵研究与实现 4 相关技术应用 4 1 产生式系统理论在系统中的应用 产生式( p r o d u c t i o n ) 一词最早是由e ，p o s t 于1 9 4 3 年提出的。p o s t 根据串 替换规则提出了一种称为p o s t 机的计算模型，模型中的每一条规则就称为一 个产生式。在a i 研究中，a n e w e l l 和h a s i m o n 在1 9 7 2 年研究人类的认知 模型中最先开发了基于规则的产生式系统( p r o d u c t i o ns y s t e m ) 。在产生式系统 中，知识分为两个部分：用事实来表示静态知识，如事物，事件之间的关系； 用产生式规则来表示推理过程和行为。由于这类系统的知识主要用于存储规 则，因此把这类系统称为基于规则的系统。基于规则的产生式方法是目前用得 最多的，最为普遍的知识表示方法。 4 1 1 产生式系统的组成 一个产生式系统由工作存储器( 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 ) 和控制系统组成。如下图4 1 所示： 圈4 1 ：产生式系统 a ) 工作存储器 工作存储器存放当前已知的数据，包括推理过程中形成的中间结论。 第3 6 页 硕士学位论文 基于w e bs e r v i c e s 的网络实验模拟平台的研究与实现 b ) 产生式规则库 产生式规则是以“如果满足这个条件就应当采取某些操作”形式表示的语句。 产生式规则的i f ( ? t l 果) 部分被称为前提条件、前项。产生式的左边它说明的是 应用该规则必须满足的条件。t h e n ( 习g 么) 部分被称为操作、结果、后项或产生 式的右边。 c 1 控制系统 控制策略的作用是说明下一步该选用什么规则，也就是如何应用规则。通常从 选规则到执行分三步：匹配，冲突解决和操作。 匹配：这一步把当前数据库与规则的条件部分相匹配。如果两者完全匹配， 则把这条规则称为触发规则。当按规则的操作部分去执行时，称该规则为启用 规则。被触发的规则不一定是启用规则。 冲突解决：是当一条以上的规则的条件部分和当前数据库匹配时，必须选择 一条来执行的过程。 冲突解决的常用策略有： 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