基于虚拟化的网络安全实验教学平台的设计与实现

发布时间：2020-08-17 11:27

【摘要】：进入21世纪以来,网络发展迅猛,短短数年已经从最初的电话网线上网发展到如今盛行的4G移动网络上网,人们对于网络的需求越来越强烈。互联网一方面带给我们很多的便捷,另一方面也导致黑客攻击、木马病毒、网络诈骗等不容忽视的危害。为了高校学生们能够更好的掌握网络安全技能,进行相应的实战教学是必不可少的,而网络安全实验往往具有一定程度的破坏性,直接在物理机上操作难免会对设备和网络环境造成影响,虚拟化技术可以很好的解决这些问题。本文使用虚拟化技术设计并实现了一个安全高效的网络安全实验教学平台。本平台是一个基于LAMP架构,使用KVM虚拟化技术,在面向对象的基础上采用ThinkPHP + Bootstrap框架开发并实现的网络安全实验教学平台。平台集成了大量网络安全实验、网络拓扑、安全工具和教学视频等内容,可以通过灵活构造拓扑、配置镜像从而搭建大型网络环境。用虚拟机模拟真实物理机,减少了资源浪费与损失,节省了设备购买和维护成本。本平台功能众多,设计了一套兼容性良好的操作界面,学生采用边看边做的学习方式进行实验,以提高学生的学习效率,有很好的用户体验。整篇论文的主要工作如下:1.通过分析国内外对虚拟化和网络安全实验教学的研究现状,总结出了研究基于虚拟化的网络安全实验教学平台的背景与意义,确定了本文的研究内容和目标,并给出了论文的组织框架。2.详细阐述了平台使用到的关键开发技术和前后端框架,主要包括:虚拟化技术、LibvirtAPI、LAMP 架构、ThinkPHP 框架、Bootstrap框架等。3.对平台的开发以及虚拟化技术的应用等进行可行性分析,将如今高校的网络安全教学作为关注点,详细阐述了当前学校对于网络安全实验教学的需求。在平台中设置了管理员、教师和学生三个角色,给出了平台的总体架构设计和数据库详细设计。4.介绍平台各模块的详细设计与实现,分为用户管理、系统管理、实验管理、课程管理、监控管理和工具中心六个模块,并且重点介绍了虚拟化管理、集群管理和权限管理等几个关键点的实现。5.搭建测试环境,从多方面入手,对平台进行测试,从而保证平台能够稳定高效的运行。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.08
【图文】：

端请求的是动态的ＰＨＰ页面，Ａｐａｃｈｅ则会将其发送给相应的ＰＨＰ解析器ｐｈｐ－ｃｇｉ，逡逑解析请求期间如果需要数据库的资源，则需要连接数据库来获取数据，然后进行逡逑相应处理转为ｈｔｍｌ资源，最后通过Ａｐａｃｈｅ发送给客户端。工作流程如图２－６。逡逑Ａｐａｃｈｅ服务器逡逑清求动态资源逦＿逦—邋—邋逦逡逑二逦＂Ｐｈｐ，邋ｐｅｒＫ邋ｐｙｔｈｏｎ逡逑一一邋—逡逑▲逡逑请求静态资源逦连接数据库驱动逡逑．、ｒｚ－，邋Ｉ逡逑＜ｔ邋－－－逦逦逦丨「数邋库逡逑图２－６邋ＬＡＭＰ工作流程图逡逑２．邋３前台开发技术逡逑本小节介绍开发过程中使用的前端Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ框架，并对四种Ｗｅｂ即时通信逡逑技术进行了对比。逡逑１２逡逑

代理将ＴＣＰ协议转化为ＷｅｂＳｏｃｋｅｔ协议，从而实现Ｗｅｂ与虚拟机的通信，将虚逡逑拟机在ＨＴＭＬ５中的Ｃａｎｖａｓ显示出来，并可以进行操作。ｎｏＶＮＣ虚拟机操作页逡逑面如图４－６所示。逡逑ｉＬｙｉｙｉｉｙｉ｜ｇ｜逦ｒ—逡逑ｋ，Ｍ邋ｉｒ：Ｍ邋—１逡逑卜【}r目标】逦ｖ逦_7邋１！照连！丨■招丨！！！z1逡逑Ｕｔ雄咖逦丨：：旧圈园圈丨灥逡逑一灥［Ｖ－逡逑获m冢洌Γ遾搶簦呱鏢}．■邋＾逦，邋－邋／邋＇逡逑＇逦Ｖ＇——、逦，、逦？邋Ｉ邋；逡逑图４－６虚拟机j~作页面逡逑为了进行虚拟化管理，本平台将虚拟机以及相应的数据库操作统一起来封装逡逑并实现了一个虚拟机操作类（ＶｍＯｐｔ），ＶｒｎＯｐｔ类是在Ｌｉｂｖｉｒｔ．ｐｈｐ的基础上实现逡逑的，包含的函数及其功能如下表４－３所示。逡逑表４－３虚拟机操作类（ＶｍＯｐｔ）函数表逡逑逦ＶｍＯｐｔ类中函数逦逦逡逑ｏｐｅｎＤｏｍａｉｎ（￥ｅｘｐＩｄ，￥ｄｅｖｉｃｅＮａｍｅ，￥ｃｏｕｒｓｅＩｄ）逦虚拟机开机函数逡逑ｄｅｆｉｎｅＸｍｌ（￥ｄｏｍａｉｎＮａｍｅ

丨逡逑ｆ邋结束邋ｊ逡逑图４－９虚拟机关机流程图逡逑所以虚拟机关机函数中包含以下几个步骤：逡逑Ｓｔｅｐ邋１邋虚拟机关机：ｖｉｒｓｈ邋ｓｈｕｔｄｏｗｎ邋ＳｄｏｍａｉｎＮａｍｅ；逡逑Ｓｔｅｐ２删除虚拟机代理，ｋｉｌｌ掉该虚拟机代理的进程：ｋｉｌｌ邋￥ＰＩＤ；逡逑Ｓｔｅｐ３邋删除底层虚拟机：ｖｉｒｓｈ邋ｕｎｄｅｆｉｎｅ邋￥ｄｏｍａｉｎＮａｍｅ；逡逑Ｓｔｅｐ４判断虚拟机所用镜像是否为实例镜像，如果是则需要删除，否则跳逡逑过此操作；逡逑Ｓｔｅｐ５释放虚拟机对应ｉｐ；逡逑Ｓｔｅｐ６更新修改数据库相关记录；逡逑Ｓｔｅｐ７虚拟机关机完成。逡逑４．２．３集群技术实现逡逑本平台集群技术采用Ｍａｓｔｅｒ／Ｓｌａｖｅ架构。平台代码服务运行在Ｍａｓｔｅｒ节点上，逡逑课件、视频、工具在内的等各种平台资源也都保存在Ｍａｓｔｅｒ？上；Ｓｌａｖｅ节点上保逡逑存实例镜像，承载虚拟机的运行。本平台封装并实现了一个集群管理类逡逑（ＣｌｕｓｔｅｒＳｃｈｅｄｕｌ），类中包含的方法如表４－４所示。逡逑３８逡逑

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本文编号：2795262