网络互连设备远程实验平台设计.doc

网络互连设备远程实验平台设计摘要目前，对于高等院校来讲，实验（尤其是远程教育）是教学活动中一个必不可少的过程，很多学习科目都以实验课程为基础，尤其是对于一些实践性较强的学科，实验对于培养学生的实际操作能力和解决问题能力至关重要。但是由于资金的相对短缺使得高等院校的实验室很难购买多套先进却价格昂贵的仪器设备，很难满足学生的实验需求。基于网络的远程实验平台技术是网络教学技术的一个尝试性的探索，是实验教学领域的一次创新。论文围绕计算机网络技术类网络互连设备的远程实验，在对远程实验技术和需求分析的基础上，重点研究了基于Internet的远程实验系统模型、工作原理及其实现中的关键技术，从理论和方法上进行了较为全面和深入地研究与探讨。在研究的基础上完成了网络互连设备远程实验平台的整体方案和各个子系统方案的设计和实施。网络互连设备远程实验平台基于Internet网络，用户可以不受时间和空间的限制，随时随地完成实验。同时提高了学校网络实验设备的利用率。为计算机网络技术专业课程实践教学、Cisco认证培训、对外服务培训，以及远程教育提供了一个很好的实验环境。系统采用先进的B/S系统开发技术，搭建了友好的人机交互平台。用户不但可以远程访问真实的网络设备完成实验，而且可以完成自学和交流。系统采用多层多级权限控制机制和恢复机制，保证系统的安全性、稳定性和实用性。远程实验平台自建成以来已成功的应用于网络互联技术（江苏省精品课程）、网络管理员（国家示范建设院级精品课程）、CCNA认证培训（包括校内外），取得了很好的效果。关键词网络互连设备；远程实验；实验机架；多级权限AbstractAt present, for colleges and universities, experimental (especially remote education) is teaching an essential process, many learning account to experiment-based, especially for some practical strong discipline, experiment for training students hands-on skills and problem solving skills are critical. But because of the relative shortage of funds made in the laboratory it is difficult to buy more advanced but expensive equipment, it is difficult to meet the needs of students. Network-based remote experiment platform technologies is a Web-based teaching techniques with the research, is teaching in innovation.Papers around computer network technology class network interconnects remote experiment, experiment in the remote technology and demand analysis, focused research on the Internet-based remote system model, operating principles and implementation of key technologies, from theory and methods for a more comprehensive and in-depth study and discussion. On the basis of the study completed network interconnects for remote experiment platform overall scheme and subsystems for the design and implementation.Network interconnects for remote experiment platform based on the Internet network, users are not affected by time and space limitations, anytime, anywhere through the experiment. While improving school network laboratory equipment utilization. As a computer network technology curriculum practice teaching, Cisco certification training, foreign service training, and distance education provides a good experiment environment. The system uses the advanced b/s system development techniques, to build a friendly human-machine interaction platform. Users who can remotely access real network devices to go through, and you can complete the self study and Exchange. System with multiple levels of permissions control mechanisms and recovery mechanisms, to ensure the security, stability and usability.Remote experiment platform built since has successfully applied to the Internet technology (model curricula in Jiangsu Province), the network administrator (national demonstration construction college-level course), CCNA certification training (including school inside and outside), achieved good results.Key Words network interconnection equipment; remote experiment; experimental rack; multi-level Privilege第1章绪论1.1 选题背景及意义随着Internet技术的发展及其与各行业专业技术的日益结合，各个学科、行业都有了很大的发展。同样，在高校实验教学改革和科研机构实验改革中，也必须充分利用当今蓬勃发展的网络技术，将它融入到我们的教学实验和科研实验中，推动高校教学实验和科研实验改革的进一步向前发展。目前，对于高等院校来讲，实验（尤其是远程教育）是教学活动中一个必不可少的过程，很多学习科目都以实验课程为基础，尤其是对于一些实践性较强的学科，实验对于培养学生的实际操作能力和解决问题能力至关重要。但是由于资金的相对短缺使得高等院校的实验室很难购买多套先进却价格昂贵的仪器设备，很难满足学生的实验需求。目前国内外针对网络设备的实验方式主要有现场操作、仿真软件和远程实验。在实验室现场操作的方式是最有效的。但由于设备成本和数量以及设备使用时间和空间限制，很难充分满足学生的实验需求。使用仿真软件的方式非常灵活，学生只需要将虚拟软件安装到电脑上就可以独立设计和配置网络设备。但仿真软件的尚不完善，且操作受限，缺乏真实感。基于网络的远程实验平台技术是网络教学技术的一个尝试性的探索，是实验教学领域的一次创新。通过远程实验平台，学生的实践操作将不受时间和空间的限制，学生可以自己选择合适的时间完成实验；极大地提高实验室网络设备的利用率，网络互连设备可以在无人监管的情况下持续为学生提供实验服务；可以开放网络实验室，给社会学员院提供实验环境，服务于社会1。远程实验的优点主要体现在以下几点：1) 通过网络实现数据积累、实验资源（含设备和技术）的共享，从而减少实验设备特别是贵重设备的重复购置，充分发挥已有设备的作用，使不同的科研合作单位协同进行试验成为可能。2) 利用现代的信息传输载体一网络，及时获得实验结果，减少非实验时间，提高工作效率。减少科研人员出差，避免人体体力浪费，把精力转向分析研究，同时也减少开支，降低实验费用。3) 在试验过程中，可以根据具体的试验进程情况，方便灵活地进行试验方法的修改，提高试验质盆。4) 同时，网上实验是远程教育一个不可或缺的重要环节，可支持远程教育的教学实验，培养学生的科学实验能力和创新能力2。远程教育中的实验教学一直是远程教育需要解决的问题，普通高校的快速发展引起了实验资源紧张，科学研究也对实验设备有共享、合作的需求，基于网络的远程实验平台可以较好地解决这些问题。1.2 国内外研究现状远程实验是采用相关的软硬件技术，组建基于网络的实物实验平台，实现通过网络控制相关仪器设备，采集真实实验数据，并对实验数据进行实时分析的实验过程。远程实验技术是建立在计算机网络技术和科学仪器仪表技术飞速发展的基础之上的，其核心组成包括网络通信和实际仪器控制。根据本地实验设备的真实与否，远程实验系统可以分为两类：即远程实际实验和远程仿真实验。远程实际实验的本地设备是实际设备，远程用户对它进行的操作通过网络数据的传输会引起实际的设备的运行，所有的数据都是在真实的状况下得到的。 而远程仿真实验的设备是虚拟设备，它通过建立某些设备的数学模型或者数据库模型，把整个模型连同程序系统置于仿真实验的服务器平台上，远程用户的操作会引起仿真模型的运行及计算，从而得出相应的结果3。远程实验技术发展到现在，各种技术方法层出不穷，但归纳起来构建远程实验平台的主流方法有以下三种：1. 基于Winsock的远程实验平台构建方法Winsock 套接字是以U.C.Berkeley大学的BSDU NIX中的Socket接口为蓝本制定的一套Microsoft Windows下的网络编程接口。它包含了一组针对Windows的扩展库函数，以使程序员能充分地利用Windows的消息驱动机制进行编程。基于Winsock的远程实验平台是典型的C/S模式。C/S模式是一种分布式处理模式，客户机端提供交互式的易用的界面。服务器端提供数据处理、资源共享和安全管理，从而使网络的信息流量大大减少，网络的运行效率和响应速度得到提高；它还具有很好的开放性，不依赖硬件和操作平台，便干应用程序的移植。中国科学院上海原子核研究所于2000年成功地应用这种方法构建了STM远程实验平台。此种方法完全基于C+或C语言的编程，不借助第三方的成熟软件。因此，要构建一个功能完善、使用方便的远程实验系统，开发工作量很大，且对Windows下的应用程序编程技能要求比较高，比较适合计算机专业人员。2. 基于Java的远程实验平台构建方法Java语言是美国Sun微系统公司研究开发的一种程序设计语言。设计之初是用来开发网络化的商业实时系统，因此其具有简单、高效、安全、易于移植的特点，非常适用于Web和Internet。基于Java的远程实验平台是典型的B/S模式，即瘦客户体系结构模式。B/S模式下客户端只需安装通用的浏览器，不需安装特定的客户端应用程序，用户操作更为简单方便。而且对于系统的开发者来说，无需为不同的用户开发不同的客户端应用程序，只需把所有的功能都集成在Web服务器上，就不同的功能为用户设置相应的使用权限就可以了。用户通过HTTP请求调用Web服务器上不同的客户处理程序，以此查询或修改数据，能提供给用户的各项功能完全由服务器端决定，简化了系统的开发和维护。国内外的许多大学采用Java技术开发远程实验平台，例如前文中提到的德国University of Applied Sciences FH Ravensburg-Weingarten研制的移动机器人远程控制实验就是使用Java作为编程语言进行系统平台设计；罗马尼亚的Galati大学研制开发的允许学生自主编写控制算法的自动控制远程实验也使用Java语言编写了系统通信平台因;国内的中南大学信息科学工程学院用Java语言成功开发了手臂机器人的远程实验系统。由于Java语言自身具有与Web及Internet结合的紧密性，因此用Java开发远程实验系统在技术上实现起来变得相对容易，但其语法比较简单，不能对硬件进行直接操作，往往要借助C/C+或汇编语言访问底层硬件，在开发的思路体系上令人感到遗憾。3. 基于LabVIEW的远程实验平台构建方法美国NI公司开发的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种图形编程语言。用LabVIEW开发的程序VI( Virtual Instrument)在前面板上用菜单或图标提示选择控制器件，如旋钮、按钮、文本输入框及图表等，然后用线在流程图上把各控件按自设的逻辑连接起来，即完成了系统功能的设计。与传统的文木式编程语言相比，LabVIFiW 易学、方便、快捷，设计者可以像搭积木一样轻松组建自己的仪器控制面板，而无需进行繁琐的大量程序代码的编写。新加坡国立大学电子与计算机工程系，他们成功开发了机械电子振动信号分析远程实验系统，该系统在服务器端采用带Internet开发工具包的LabVIEW 5.1作为软件运行环境，客户端只需安装一个浏览器，整个系统结构简单明了，使用方便；还有罗马尼亚的Politehnica Bucharest大学和美国的Arizona州立大学合作开发的电力工程学科远程实验系统，采用LabVIEW开发了一个多川户、C/S结构、带有视频聊天功能的远程实验平台，并在两所大学之间进行了实际演示。国内的有华南师范大学物理系成功开发的基十双宿主机模式的远程物理实验教学系统，该系统在客户端和服务器端都采用LabVIEW作为软件运行环境，带有视频传输子系统，功能齐全；西安交通大学机械电子及信息系统研究所自主设计研制了一套小型多功能机电综合试验台远程实验系统，也是采用LabVIEW作为软件开发平台进行设计完成4。1.3 远程实验技术发展趋势随着计算机技术、网络技术和现代测试技术的飞速发展，随着开放教育和终身教育的不断完善，可以预见，远程实验技术必将不断发展和广泛应用，主要体现在以下三个方面:1) 将出现协同实验、远程临境实验，远程分权控制实验等多种远程实验方式；2) 远程实验的结构模型将层出不穷，不再是单一的B/S结构模式或C/S模式，结构也不再是简单的两层，会是三层县至更多层，结构也会更庞人，跨越的地理界限也更遥远；3) 适于进行远程实验的新型仪器设备也会不断研制出来。己有专家学者提出网络化仪器的新概念，并且在现实中已经有了相应的产品。这此仪器设备会有这样的特征:有的自带操作系统，可完成通用计算机的一般功能；有的把TCP/IP协议作为一种嵌入式的应用，嵌入到仪器的ROM中，使信号的收发都以TCP/IP的方式进行。它们都可以联入网络，甚至可以拥有自己的IP地址5。飞速发展的计算机网络技术和现代测控技术将使仪器设备通过网络被远程调用和控制，不同类型的仪器设备像当代的计算机，作为网络的节点联入网络。未来日益完善成熟的网络技术、测控技术、仪器设备技术会大大推进远程实验技术的发展，解决现代教育中实验资源短缺问题，并提高实验资源利用率。1.4 本文的主要内容及安排本文中需要解决的主要问题是：网络互连设备登录系统设计、用户远程登录网络互连设备权限控制、数据安全传输、实验机架设计和实验机架管理和恢复。本课题首先研究和实施前期准备工作，收集并阅读中外文资料，对研究现状进行消化和吸收，了解研究背景及研究意义。在研究基础上对整个系统功能的设计和实现。对整个系统进行改进和提高。完成硕士学位论文。第二章系统总体方案设计2.1 引言系统的总体设计是整个系统得以实现的保证。它的正确性、可行性、先进性以及经济性等都直接决定了系统将来的功能和性能，对系统的可靠性、实时性、可扩充性以及运行效率等性能指标有很大的影响。本章从远程实验平台的功能分析入手，介绍了系统的总体结构和各个子系统的设计，以及系统的开发和运行环境。2.2 远程实验平台功能分析网络互连设备远程实验平台主要提供给学员远程登录真实设备进行实验的环境。但是，仅提供实验环境是不够的。通过多年的教学经验总结和分析其他远程实验平台，我认为远程实验平台应该是自学、实验和交流相结合的综合学习平台。远程实验平台应该具备以下功能：1) 为用户提供一个远程登录的平台。用户可通过远程用户登录平台进行网上预约申请、选择实验类型和设备，可在校内外任何一台联网计算机进行远程实验，不受时间和空间的限制。2) 具备一个安全运行的方案。由于是远程登录设备，所以对用户访问网络设备的权限要进行控制，这样才能保证远程实验平台安全可靠运行。3) 具备设计合理的网络互连设备实验机架。实验机架的搭建应考虑用户对实验类型、设备和数量的需求，能够满足用户实验所需的环境。4) 具备一套可行的恢复方案。由于远程实验平台大部分时间工作在无人值守的环境下，出现问题是不可避免的，如何在最短的时间恢复系统这是必须考虑的。5) 为用户提供一个自学和交流的环境。利用网络平台给用户提供一些学习资源，让用户可以通过此平台独立学习提高。利用论坛，用户可以相互交流，共同提高。2.3 远程实验平台设计2.3.1 系统总体结构设计网络互连设备远程实验平台的总体结构设计如图2.1所示。图2.1 远程实验平台总体结构Fig.2.1 Remote experiment platform architecture用户通过Internet登录远程实验平台网站，按照提示建立VPN连接后（如果网络设备使用的是公网IP地址就不需要建立VPN），选择实验机架，远程访问网络互连设备完成实验操作6。网络互连设备远程实验平台的设计主要包括用户登录系统、远程实验机架、远程实验权限控制和实验平台系统恢复，如图2.2所示。网络互连设备远程实验平台用户登录系统远程实验机架远程实验权限控制实验平台系统恢复图2.2 系统设计模块Fig.2.2 System design block用户登录系统是采用B/S模型开发的软件系统，为用户提供一个登录远程实验机架、访问网络互连设备和自学的平台。远程实验机架是实验项目要求的一组设备，设计时要考虑它的稳定性和安全性。远程实验权限控制是为了保证远程实验平台的安全性，为用户访问远程实验平台系统、实验机架和网络互连设备而设置的验证和限制的措施7。实验平台系统恢复是当远程实验平台出现故障时恢复平台系统所采用的技术和方法。网络互连设备远程实验平台的工作流程如图2.3所示。用户从互连网访问用户登录系统网站后，可以进行自学（通过在线学习资源）、交流（通过论坛）和实验。通过验证选择实验机架登录自学用户登录系统实验用户在线学习资源交流论坛在线实验通过验证创建VPN连接访问实验机架配置、测试设备完成实验设备操作权限控制图2.3 远程实验流程图Fig.2.3 Remote Experimental flow chart用户选择在线实验，通过系统验证后选择实验机架。创建VPN连接后，如果通过了VPN连接验证，用户就可以通过在线实验室中登录远程设备完成设备的配置和测试等实验任务。为了保证远程实验平台的稳定性和安全性，我们对用户使用设备设置了多级权限（即不同级别的用户使用设备的权限不同），以防止用户误操作或恶意破坏。2.3.2 用户登录系统设计用户登录系统为用户提供一个登录远程实验机架、访问网络互连设备和自学的服务（如图2.4所示）。系统采用B/S系统开发模型，利用ASP + SQL server + Windows Server20038。客户端用户只需要使用浏览器就可以登录远程实验平台。系统对用户访问远程实验室进行了权限控制，以保证合法用户的正常实验。用户选择实验机架后，进入远程实验室，远程实验室为用户提供实验相关的向导和资源，以保证用户顺利完成实验。同时，用户登录系统还包括在线学习资源、论坛等内容。在线学习资源包括教程、实验指导和工具。用户不仅可以登录远程实验机架实验，同时可以轻松完成自学任务。论坛为用户提供与我院专业教师或其它用户交流的机会。用户登录系统在线实验论坛在线学习资源远程实验交流教程实验指导工具等自学图2.4 用户登录系统Fig.2.4 User Login System2.3.3 远程实验机架设计远程实验机架的设计不仅要考虑用户能访问实验设备，又要考虑用户对设备的操作不会导致实验平台出现故障，还要考虑实验机架能够快速恢复9。实验机架设计如图2.5所示。本实验机架全部采用思科的路由器和交换机搭建。图2.5 远程实验机架Fig.2.5 Remote experiment rack图3中Router1、Router2、Switch0、Switch1和Switch2是用户实验用设备，PC0到PC5供用户测试用，Switch3作为接入交换机，用户同过Switch3访问其它设备。用户通过VPN服务器访问实验机架，VPN服务器对用户的访问要进行验证。实验用设备配置与实验用无关的一个网段地址，为用户提供远程访问。2.3.4 远程实验权限控制设计用户远程实验的权限控制在整个远程实验平台中起着非常重要的作用，直接关系到远程实验平台的安全稳定运行。远程实验权限控制主要包括用户登录系统权限验证、VPN连接权限验证、网络设备远程登录权限验证和网络设备多级权限控制4级权限验证，如图2.6所示。用户登录用户登录系统权限验证网络设备多级权限控制网络设备远程登录权限验证用户登录系统实验机架实验操作通过验证通过验证VPN连接权限验证VPN连接通过验证图2.5 远程实验权限设计Fig.2.5 Remote Experiment Authority Design用户登录系统权限验证是通过用户登录系统来控制。用户必须在用户登录平台系统注册，只有授权的用户才可以登录远程实验室。VPN连接权限验证是通过VPN访问控制策略控制。主要控制登录用户身份、IP地址和登录时间等信息。网络设备远程登录验证是为了控制用户远程登录网络设备权限。主要控制用户Telnet登录和进入特权配置模式。网络设备多级权限权限控制主要是控制用户的设备的操作。我们采用思科网络互连设备的多极权限策略，为登录用户操作设置不同级别的权限。使用户对设备的操作在权限控制之内，以防止用户的误操作和故意破坏10。2.3.5 程实验平台系统恢复方案设计远程实验平台系统恢复是当远程实验平台出现故障时恢复实验平台系统所采用的技术和方法。由于是远程实验，没有时间和空间的限制，用户可以随时随地登录远程实验平台进行实验，管理员又不可能时时在场监控和恢复，所以，如何快速、简单恢复远程实验平台是一个比较难解决的问题，也是非常重要的环节11。远程实验平台的系统恢复的手段主要采用自动恢复、远程恢复和手动恢复三种。为了实现系统自动恢复，我们主要采用设备重启自动恢复。其原理是使用一台服务器存储每台设备的配置文件，通过修改网络互连设备的启动寄存器地址，让设备每次重启时从配置文件服务器通过TFTP/FTP方式加载设备的配置文件，用户对设备配置所生成的配置文件在设备重启时不会被加载。这样，每次网络互连设备重启之后就可以恢复到初始配置状态，即设备被恢复。远程恢复是在自动恢复不能生效的情况下，远程登录服务器和网络互连设备，用管理员权限登录，对设备实施恢复工作。在自动恢复和远程恢复都不能用的情况下，我们只能到机房对服务器和网络互连设备直接进行手工恢复。通过以上三种方式，完全可以保证网络互连设备远程实验平台在最短的时间恢复使用，从而保证远程实验平台持续、稳定工作。2.4 开发环境和运行环境2.4.1 开发环境* 系统采用B/S机构开发模型；* 开发平台：Windows Server 2003 + Microsoft Virtual Studio 2005；* 数据库：Microsoft SQL Server 2005数据库；* 网络设备：思科(Cisco)网络互连设备，包括路由器、交换机等。2.4.2 运行环境* Web服务器：Windows Server 2003 + IIS的WEB服务器配置方案12；* 客户端：IE浏览器；* Telnet应用程序：网络互连的远程配置使用Telnet应用程序；* VPN服务器：为了支持外网的远程访问，必须架设VPN服务器，控制登录用户身份、IP地址和登录时间。如果网络设备能配置公网IP地址，可以不使用VPN服务器。2.5 本章小结本章在分析了网络互连设备远程实验平台功能的基础上，完成了远程实验平台的总体设计和个子系统设计，并且介绍了开发环境和运行环境。网络互连设备远程实验平台的功能主要包括为用户提供一个远程登录的平台，具备一个安全运行的方案，具备设计合理的网络互连设备实验机架，具备一套可行的恢复方案，为用户提供一个自学和交流的环境。用户通过Internet登录远程实验平台网站，按照提示建立VPN连接后（如果网络设备使用的是公网IP地址就不需要建立VPN），选择实验机架，远程访问网络互连设备完成实验操作。网络互连设备远程实验平台的设计主要包括用户登录系统、实验机架、远程实验权限控制和实验平台系统恢复。用户登录系统是采用B/S模型开发的软件系统，为用户提供一个登录远程实验机架、访问网络互连设备和自学的平台。实验机架是实验项目要求的一组设备，设计时要考虑它的稳定性和安全性。远程实验权限控制是为了保证远程实验平台的安全性，为用户访问远程实验平台系统、实验机架和网络互连设备而设置的验证和限制的措施。实验平台系统恢复是当远程实验平台出现故障时恢复平台系统所采用的技术和方法。介绍了网络远程实验平台的开发环境和运行环境。第三章用户登录系统设计3.1 引言用户登录系统为用户提供一个登录远程实验机架、访问网络互连设备和自学的平台。目前广泛采用的方式是基于WWW服务的C/S（Client/Server 客户机/服务器）或B/S（Browser/Server 浏览器/服务器）模型系统。这样的系统提供一个有好的登陆界面，方便用户登录和控制用户登录权限。本章从分析用户登录的功能入手，通过对用户登录系统关键技术的研究，提出了系统的设计方案13。3.2 用户登录系统设计3.2.1 用户登录系统功能分析用户登录系统不仅要为用户提供一个登录远程实验机架、访问网络互连设备和自学的服务，还应为远程实验平台的管理员提供一个管理远程实验机架、维护系统数据、管理用户和资源的服务。通过对我院教师和学生调研和分析，用户登录系统应提供一下功能：1) 提供一个友好、简单方便的登录界面，用户可以轻松进入远程实验机架进行实验；2) 用户访问要可控制，以保证实验的有序性；3) 要保证用户登录的安全性；4) 管理员可以通过用户登录系统对远程实验平台的数据、资源和设备进行维护；5) 提供健全的用户实验配套素材，如实验室介绍、操作说明和实验指导等；6) 提供丰富的学习资源，用户可以自主完成学习和实验；7) 提供一个方便的交流平台，可采用论坛方式。除了以上提到的功能之外，用户登录系统应具备灵活的拓展性，以满足今后远程实验技术的需求和发展。3.2.2 用户登录系统功能模块设计通过对用户登录系统功能分析，用户登录系统应该包括管理员登录模块、注册用户登录模块和游客访问模块14（如3.1所示）。管理员主要负责系统管理和维护工作，管理员登录模块包括用户账号管理、实验模块管理、实验资源管理和交流论坛管理。管理员通过用户账号管理子模块实现对注用户账号管理实验模块管理实验资源管理交流论坛管理管理员登录用户登录系统用户注册在线实验在线学习资源下载交流讨论注册用户登录游客访问资源浏览个人信息维护图3.1 用户登录系统功能模块Fig.3.1 User login system function module册用户和管理员的基本信息维护和授权工作。管理员通过实验管理模块完成远程实验平台实验环境的维护工作，包括增加实验、修改实验和删除实验等操作。管理员通过实验资源管理子模块完成实验资源的发布、修改和删除等工作。管理员通过交流论坛管理子模块完成远程实验平台交流论坛的基本维护工作，包括主题发布、维护和帖子管理等工作。注册用户登录模块为用户提供一个远程登录实验平台完成实验、学习和交流环境，主要包括用户注册、个人信息维护、在线实验、资源下载、在线学习和交流讨论。用户通过用户注册子模块注册账号，只有在登录平台上注册后才可以完成正常的实验、学习和交流活动。用户通过个人信息维护子模块维护个人信息（如用户名、密码、联系方式等）。用户通过在线实验子模块进入远程实验室远程访问实验设备完成在线实验。用户通过资源下载子模块下载实验相关的资源。用户通过在线学习子模块借助登录系统提供的学习资源完成在线学习活动。用户在学习和实验过程中可以通过交流论坛子模块与老师和其他学院进行交流。3.3 用户登录系统关键技术研究3.3.1 系统开发模型目前基于网络的软件系统开发广泛采用的系统模型有C/S和B/S模型。这两种系统开发模型各有利弊。C/S （Client/Server）结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是Client/Server形式的两层结构，由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展，Web和Client/Server 应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向15。B/S（Browser/Server）结构即浏览器和服务器结构。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，形成所谓三层结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。以目前的技术看，局域网建立B/S结构的网络应用，并通过Internet/Intranet模式下数据库应用，相对易于把握、成本也是较低的。它是一次性到位的开发，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式（比如LAN, WAN, Internet/Intranet等）访问和操作共同的数据库；它能有效地保护数据平台和管理访问权限，服务器数据库也很安全 。特别是在JAVA这样的跨平台语言出现之后，B/S架构管理软件更是方便、快捷、高效。Client/Server是建立在局域网的基础上的，Browser/Server是建立在广域网的基础上的，两者的区别如下：（1）硬件环境不同：C/S 一般建立在专用的网络上， 小范围里的网络环境， 局域网之间再通过专门服务器提供连接和数据交换服务。B/S 建立在广域网之上的， 不必是专门的网络硬件环境，例如电话上网， 租用设备， 信息自己管理， 有比C/S更强的适应范围， 一般只要有操作系统和浏览器就行。（2）对安全要求不同C/S 一般面向相对固定的用户群， 对信息安全的控制能力很强。 一般高度机密的信息系统采用C/S 结构适宜，可以通过B/S发布部分可公开信息。B/S 建立在广域网之上， 对安全的控制能力相对弱， 面向是不可知的用户群。（3）对程序架构不同C/S 程序可以更加注重流程，可以对权限多层次校验，对系统运行速度可以较少考虑。B/S 对安全以及访问速度的多重的考虑， 建立在需要更加优化的基础之上。 比C/S有更高的要求，B/S结构的程序架构是发展的趋势，从MS的.Net系列的BizTalk 2000 Exchange 2000等，全面支持网络的构件搭建的系统。SUN和IBM推的JavaBean构件技术等，使B/S更加成熟。（4）软件重用不同C/S 程序可以不可避免的整体性考虑， 构件的重用性不如在B/S要求下的构件的重用性好。B/S 对的多重结构，要求构件相对独立的功能。 能够相对较好的重用。就如买来的餐桌可以再利用，而不是做在墙上的石头桌子。（5）系统维护不同系统维护是软件生存周期中，开销大，相当重要。C/S 程序由于整体性，必须整体考察，处理出现的问题以及系统升级难， 可能是再做一个全新的系统。B/S 构件组成方面构件个别的更换，实现系统的无缝升级。 系统维护开销减到最小，用户从网上自己下载安装就可以实现升级。（6）处理问题不同C/S 程序可以处理用户面固定，并且在相同区域， 安全要求高的需求，与操作系统相关， 应该都是相同的系统。B/S 建立在广域网上， 面向不同的用户群，分散地域， 这是C/S无法作到的，与操作系统平台关系最小。（7）用户接口不同C/S 多是建立在Window平台上，表现方法有限，对程序员普遍要求较高。B/S 建立在浏览器上， 有更加丰富和生动的表现方式与用户交流， 并且大部分难度减低，降低开发成本。（8）信息流不同C/S 程序一般是典型的中央集权的机械式处理，交互性相对低。B/S 信息流向可变化，BB、 BC、BG等信息流向的变化，更象交易中心。经过分析，远程实验平台的用户登录系统采用B/S模型。所以，用户登录系统开发的重点在于完成用户登录系统服务器软件。这样便于系统开发和后期维护，用户也便于适用本系统，而且对用户的登录环境没有其他要求。3.3.2 B/S系统开发主流技术目前B/S系统开发的主流技术有PHP、JSP和ASP.NET。1.PHP技术PHP 是一种 HTML 内嵌式并在服务器端执行的嵌入HTML文档的脚本语言，如今被广泛的应用着。由于PHP是运行在服务器端的脚本,可以运行在UNIX、LINUX、WINDOWS下，一般认为PHP+MySQL是一个比较好的组合。一般网站倾向于采用Linux + PHP + Apache Tomcat + MySql的组合。2.JSP技术JSP是一种动态网页技术标准，它是在传统的网页HTML文件(*.htm,*.html)中插入Java程序段(Scriptlet)和JSP标记(tag)，从而形成JSP文件(*.jsp)。优点：JSP技术编写的WEB应用程序可以一次编写，到处运行。系统的多平台支持。强大的可伸缩性。以及多样化和功能强大的开发工具支持。一般大型网站选用JSP+Oracle技术的较多。3. ASP.NET技术ASP.NET 是 Microsoft.NET 框架的组成部分，同时也是创建动态交互网页的强有力的工具。ASP.NET一般运行于微软IIS平台，并与SQLServer配套使用。Windows Server + ASP.NET + IIS + SqlServer这是一套非常典型的微软架构，有着良好的兼容性与广泛的应用前景。通过分析，远程网络实验平台用户登录系统采用ASP.NET技术。前台功能页面使用Virtual Stadio 2005，后台数据库使用Microsoft Sqlserver 200516。3.3.3 ASP.NET技术ASP.NET不仅仅是 Active Server Page (ASP) 的下一个版本,而且是一种建立在通用语言上的程序构架，能被用于一台Web服务器来建立强大的Web应用程序。ASP.NET提供许多比现在的Web开发模式强大的的优势。1. 执行效率的大幅提高ASP.NET是把基于通用语言的程序在服务器上运行。不像以前的ASP即时解释程序，而是将程序在服务器端首次运行时进行编译，这样的执行效果，当然比一条一条的解释强很多。2. 世界级的工具支持ASP.NET构架是可以用Microsoft（R）公司最新的产品 Visual S开发环境进行开发，WYSIWYG（What You See Is What You Get所见即为所得）的编辑。这些仅是ASP.NET强大化软件支持的一小部分。3. 强大性和适应性因为ASP.NET是基于通用语言的编译运行的程序，所以它的强大性和适应性，可以使它运行在Web应用软件开发者的几乎全部的平台上（笔者到现在为止只知道它只能用在Windows 2000 Server上）。通用语言的基本库，消息机制，数据接口的处理都能无缝的整合到ASP.NET的Web应用中。ASP.NET同时也是language-independent语言独立化的，所以，你可以选择一种最适合你的语言来编写你的程序，或者把你的程序用很多种语言来写，现在已经支持的有C#（C+和Java的结合体），VB，Jscript。将来，这样的多种程序语言协同工作的能力保护您现在的基于COM+开发的程序，能够完整的移植向ASP.NET。4. 简单性和易学性ASP.NET是运行一些很平常的任务如表单的提交客户端的身份验证、分布系统和网站配置变得非常简单。例如ASP.NET页面构架允许你建立你自己的用户分界面，使其不同于常见的VB-Like界面。另外，通用语言简化开发使把代码结合成软件简单的就像装配电脑。5. 高效可管理性ASP.NET使用一种字符基础的，分级的配置系统，使你服务器环境和应用程序的设置更加简单。因为配置信息都保存在简单文本中，新的设置有可能都不需要启动本地的管理员工具就可以实现。这种被称为Zero Local Administration的哲学观念使ASP.NET的基于应用的开发更加具体，和快捷。一个ASP.NET的应用程序在一台服务器系统的安装只需要简单的拷贝一些必须得文件，不需要系统的重新启动，一切就是这么简单。6. 多处理器环境的可靠性ASP.NET已经被刻意设计成为一种可以用于多处理器的开发工具，它在多处理器的环境下用特殊的无缝连接技术，将很大的提高运行速度。即使你现在的ASP.NET应用软件是为一个处理器开发的，将来多处理器运行时不需要任何改变都能提高他们的效能，但现在的ASP确做不到这一点。7. 自定义性，和可扩展性ASP.NET设计时考虑了让网站开发人员可以在自己的代码中自己定义plug-in的模块。这与原来的包含关系不同，ASP.NET可以加入自己定义的如何组件。网站程序的开发从来没有这么简单过。8. 安全性基于Windows认证技术和每应用程序配置，你可以确性你的原程序时绝对安全的。ASP.NET 的语法在很大程度上与 ASP 兼容，同时它还提供一种新的编程模型和结构，可生成伸缩性和稳定性更好的应用程序，并提供更好的安全保护。可以通过在现有 ASP 应用程序中逐渐添加 ASP.NET 功能，随时增强 ASP 应用程序的功能。ASP.NET 是一个已编译的、基于 .NET 的环境，把基于通用语言的程序在服务器上运行。将程序在服务器端首次运行时进行编译，比ASP即时解释程序速度上要快很多.而且是可以用任何与 .NET 兼容的语言（包括 Visual Basic .NET、C# 和 Jscript .NET.）创作应用程序。另外，任何 ASP.NET 应用程序都可以使用整个 .NET Framework。开发人员可以方便地获得这些技术的优点，其中包括托管的公共语言运行库环境、类型安全、继承等等。ASP.NET 可以无缝地与 WYSIWYG HTML 编辑器和其他编程工具（包括 Microsoft Visual Studio .NET）一起工作。这不仅使得 Web 开发更加方便，而且还能提供这些工具必须提供的所有优点，包括开发人员可以用来将服务器控件拖放到 Web 页的 GUI 和完全集成的调试支持。当创建 ASP.NET 应用程序时，开发人员可以使用 Web 窗体或 XML Web services，或以他们认为合适的任何方式进行组合。每个功能都能得到同一结构的支持，使您能够使用身份验证方案，缓存经常使用的数据，或者对应用程序的配置进行自定义。ASP.NET的工作原理是：首先，有一个HTTP请求发送到Web服务器要求访问一个Web网页。Web服务器通过分析客户的HTTP请求来定位所请求网页的位置。如果所请求的网页的文件名的后缀是aspx，那么就把这个文件传送到aspnet_isapi.dll进行处理，由aspnet_isapi.dll把ASP.NET代码提交给CLR。如果以前没有执行过这个程序，那么就由CLR编译并执行，得到纯HTML结果；如果已经执行过这个程序，那么就直接执行编译好的程序并得到纯HTML结果。最后把这些纯HTML结果传回浏览器作为HTTP响应。浏览器收到这个响应之后，就可以显示Web网页17。Visual Studio 是一套完整的开发工具集，用于生成 ASP.NET Web 应用程序、XML Web Services、桌面应用程序和移动应用程序。Visual Basic、Visual C+、Visual C# 和 Visual J# 全都使用相同的集成开发环境 (IDE)，利用此 IDE 可以共享工具且有助于创建混合语言解决方案。另外，这些语言利用了 .NET Framework 的功能，通过此框架可使用简化 ASP Web 应用程序和 XML Web Services 开发的关键技术。3.3.4 HTTPS技术HTTPS（全称：Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer