Virtuální laboratoř počítačových sítí

Z VirtlabWiki

Obsah 1 Úvodem 2 Historie 3 Aktuální vývoj (červenec 2007) 4 Publikace 4.1 Diplomové práce 4.2 Granty 5 Vývojový tým 6 Kontakty

Brief Project Overview in English

Úvodem

Smyslem projektu Virtlab je zpřístupnit laboratorní prvky pro praktickou výuku počítačových sítí vzdáleně prostřednictvím Internetu. Studenti si mohou pomocí WWW rozhraní rezervovat laboratorní prvky na určitý časový interval a následně k nim přistupovat pomocí běžného WWW prohlížeče s podporou Java appletů. Propojení laboratorních prvků se uskuteční automaticky podle výběru konkrétní úlohy ze souboru nabízených laboratorních úloh, nebo si student může zadat svou vlastní topologii.

Systém nyní dovoluje spolupráci více lokalit vzájemně sdílejících síťové prvky a realizaci virtuálních síťových topologií přes Internet. Fyzické síťové prvky nutné pro vytvoření studentem vybrané topologie jsou v době rezervace vyhledávány dynamicky ve všech lokalitách.

Historie

Myšlenka virtuální laboratoře se vyvinula z potřeby poskytnout možnost řešení praktických laboratorních úloh studentům kombinovaného studia a také zpřístupnit jinak méně využité a často nákladné laboratorní síťové prvky pro samostatnou práci v časech mimo výuku.

Její vznik inicioval Petr Grygárek a postupně ji realizuje s pomocí diplomantů, zejména inženýrského studia, na katedře informatiky. Základní koncepce systému byla definována v roce 2005 v diplomové práci Pavla Němce, který implementoval i základní prototyp aplikace. O rok později prototyp rozšířil formou diplomové práce Roman Kubín, který implementoval bezpečnostní prvky, podporu práce studentů s tutorem a v návaznosti na "Automatizovaný systém správy síťových konfigurací" (ASSSK-1, a.k.a. Tatabazmek) vyvinutý v rámci diplomové práce Davida Seidla možnost definice vlastní topologie propojení síťových prvků podle přání studenta.

Koncepci automatizovaného systému pro spojování topologií poté Petr Grygárek zobecnil, aby bylo možné propojovat nejen sériové porty, ale i Ethernet porty včetně trunk spojů. Příslušné konfigurační skripty implementoval Jiří Dvořák, čímž vzniklo tzv. virtuální spojovací pole. Později byla s pomocí Tomáše Kučery do systému implementovány pracovní stanice simulované s použitím instancí User Mode Linux a za podpory Jiřího Dvořáka také virtuální směrovače Cisco 7200 realizované s použitím projektu DynaMIPS/DynaGen. Martin Milata následně nahradil simulaci stanic pomocí UML použitím XEN, který se ukázal se systémem Virtlab lépe integrovatelný (přístup na konzole pomocí čistého TCP spojení).

Diplomant Ing. Davida Seidla Petr Sedlář v roce 2007 reimplementoval ASSSK-1 s použitím FPGA (nové zařízení je nazýváno ASSSSK-2), což zjednodušilo opakovanou realizaci a řešení výrazně zlevnilo. Ve stejné době dokončili diplomanti Jan Vavříček a Tomáš Hrabálek na distribuované verzi Virtlabu, která umožňuje vytvářet rozsáhlejší topologie z laboratorních prvků umístěných v několika lokalitách připojených k Internetu a optimálně mapovat fyzické laboratorní prvky pro topologie úloh paralelně požadovaných různými studenty. Jiří Dvořák reimplementoval podle návrhu Petra Grygárka konfigurační skripty spojovacího pole pro podporu více lokalit, což umožnilo vytváření virtuálních topologií přes Internet pomocí tunelovacího serveru Tomáše Hrabálka. Spojovací systém je nyní nazýván distribuovaným virtuálním spojovacím polem, které dovoluje tunelovat provoz mezi segmenty virtuálního spojovacího pole umístěnými v jednotlivých lokalitách.

Aktuální vývoj (červenec 2007)

V současné době je distribuovaná virtální laboratoř nasazována do pilotního provozu mezi VŠB-TU Ostrava a SLU OPF v Karviné. Distribuovaná topologie se realizuje s podporou grantu Fondu rozvoje sdružení Cesnet č. 213/2006.

Jiří Dvořák v rámci své DP zobecňuje konfigurační skripty distribuovaného virtuálního spojovacího pole a tunelovací server do podoby univerzálního tunelovacího systému - heterogenního distribuovaného virtuálního spojovacího pole, které má za cíl enkapsulovat potenciálně různorodé technologie používané pro spojování laboratorních prvků v jednotlivých lokalitách a sjednotit způsob předávání provozu mezi prvky různých lokalit definicí jednotného formátu enkapsulace rámců tunelovaných přes Internet. Podporováno bude tunelování provozu mezi dvojicemi LAN i WAN portů síťových prvků.

V návaznosti na vývoj heterogenního distribuovaného virtuálního spojovacího pole momentálně dále pracujeme na řešeních, která umožní přes Internet tunelovat nejen ethernetové, ale i sériové WAN linky laboratorních prvků. Jedná se zejména o vývoj vlastní víceportové synchronní sériové karty do PC s ovladači pro Linux, další rozšíření ASSSK2 a vývoj plně distribuovaného spojovacího pole na bázi převodníků Ethernet-RS232 propojených počítačovou sítí. K tomuto vývoji mezi sebou rádi uvítáme další spolupracovníky a to i formou diplomových prací (Bc. i Mgr.)

Publikace

Grygárek, P., Seidl, D., Němec, P.: Zpřístupnění prvků laboratoře počítačových sítí pro praktickou výuku prostřednictvím Internetu, Sborník konference Technologie pro e-vzdělávání, ČVUT Praha 2005. ISBN 80-01-03274-4

• prezentace z konference

V této publikaci je možné najít celkový popis původní koncepce systému. Grygárek, P.: Zkušenosti z nasazení virtuální laboratoře počítačových sítí a další směry jejího rozvoje, Sborník semináře Technologie pro e-vzdělávání, FEL ČVUT Praha, katedra počítačů, 2006. ISBN 80-01-03512-3

• prezentace z konference

Seidl, D., Grygárek, P.,: Systém pro automatizovanou správu síťových topologií , Seminář Opensource řešení v sítích 3, SLU Karviná, 2005

Grygárek, P., Seidl, D., Němec Pavel: Virtuální síťová laboratoř pro CNAP, Výroční konference Cisco Networking Academy Program, Brno 2005

Grygárek,P., Milata, M., Vavříček, J.: The Fully Distributed Architecture of Virtual Network Laboratory. Accepted for publication in proceedings of ICETA, Technical University of Kosice, 2007

Grygárek,P., Seidl,D.: Automatic WAN Topology Interconnection and it's Usage in CNAP Networking Laboratories. Accepted for publication in proceedings of ICETA, Technical University of Kosice, 2007

Grygárek,P., Hrabálek, T., Seldář, P., Vavříček, J,: Distribuovaná virtuální laboratoř počítačových sítí. Seminář Moderní technologie počítačových sítí a embedded systémy pro komunikace, katedra informatiky FEI VŠB-TU Ostrava, květen 2007, http://ntrl.cs.vsb.cz/netseminars

Diplomové práce

• Němec, P.: Virtuální síťová laboratoř. VŠB-TU Ostrava, FEI, 2005]
  • Prezentace
• Seidl, P.: Systém pro automatizovanou správu síťových konfigurací. VŠB-TU Ostrava, FMMI, 2005.
  • Přílohy
  • Prezentace
• Kubín, R.: Zajištění bezpečnosti a implementace nových prvků řídícího systému virtuální laboratoře. VŠB-TU Ostrava, FEI, 2006
  • Prezentace
• Vavříček, J.: Rozvoj řídícího software virtuální laboratoře počítačových sítí. VŠB-TU Ostrava, FEI, 2007
  • Prezentace
• Hrabálek, T.: Podpora vytváření virtuálních topologií ve virtuální laboratoři počítačových sítí s využitím technologie tunelování. VŠB-TU Ostrava, FEI, 2007
• Sedlář, P.: Spojovací pole sériových linek na bázi FPGA. VŠB-TU Ostrava, FEI, 2007
  • alias ASSSK-2

Diplomové práce Pavla Němce a Davida Seidla byly oceněny v soutěži Studentské odborné činnosti (STOČ) na VŠB-TU Ostrava

Granty

• Grygárek, P., Staněk, F.: Distribuovaná virtuální laboratoř počítačových sítí. Projekt Fondu rozvoje sdružení Cesnet č. 213/2006

Vývojový tým

Petr Grygárek 

(petr<tecka>grygarek<zavinac>vsb<tecka>cz)
Ideový návrh, koordinace vývoje, integrace řešení, správa serveru v rámci pilotního projektu nasazení

Pavel Němec 

(pavell<tecka>nemec<zavinac>centrum<tecka>cz)
Původní návrh a implementace softwarového řešení (DP)

David Seidl 

(david<tecka>seidl<zavinac>vsb<tecka>cz)
Hávrh a implementace hardwarové konstrukce pro spojování sériových portů a portů 10BaseT laboratorních síťových prvků (DP)

Filip Staněk 

Instalace a správa operačního systému serveru Virtlabu

Martin Milata 

Správa produkčního prostředí systému Virtlab (laboratorní prvky, systém, databáze). Implementace simulovaných stanic na bázi XEN.

Roman Kubín 

(roman<zavinac>kubin<tecka>ws)
Implementace bezpečnostních prvků systému, implementace role tutora, celkové vylepšení systému (DP)

Jan Vavříček 

(vavricek<zavinac>volny<tecka>cz)
Implementace paralelního spouštění úloh s dynamickým mapováním fyzických síťových prvků na prvky úloh (DP)

Tomáš Hrabálek 

(THrabalek<zavinac>seznam<tecka>cz)
Implementace distribuovaného řešení a realizace virtuálních topologií přes Internet (DP)

Jiří Dvořák 

(dvo139<zavinac>vsb<tecka>cz)
Implementace systému řízení Virtuálního spojovacího pole

Adam Janošek 

(jan644<zavinac>vsb<tecka>cz)
Testování a podpora vývoje

Tomáš Kučera 

(tom<tecka>kuc<zavinac>gmail<tecka>com)
User-mode linux, nezávislé virtuální instance Linuxu

Jiří Štěrba 

(jiri<tecka>sterba<zavinac>gmail<tecka>com)
Testování a podpora vývoje.

Karel Zapletal 

(karlos<tecka>zapletal<zavinac>tiscali<tecka>cz)
Testování a podpora vývoje (zejména distribuovaný Virtlab).

Petr Sedlář 

Reimplementace ASSSK1 s použitím FPGA

Kateřina Bambušková 

(katerina<tecka>bambuskova<zavinac>seznam<tecka>cz)
Práce pro nasazení distribuovaného Virtlabu do pilotního provozu.

Tomáš Prošek 

(tomasprosek<zavinac>yahoo<tecka>com)

Vývojový tým mezi sebou rád uvítá další zájemce o vývoj SW i HW, design webových stránek i konfigurace a testování systému. Mnohé z vývojových prací mohou být realizovány také formou DP. Zájemci mohou kontaktovat koordinátora vývoje, viz Kontakty uvedené níže.

Kontakty

Koordinátor vývoje:

e-mail petr<tecka>grygarek<zavinac>vsb<tecka>cz

tel. +420 59 732 3243

Celý vývojový tým:

virtlab<zavinac>cs<tecka>vsb<tecka>cz