基於Linux的網路試驗系統的設計(一)

前 言

Linux是近一兩年來受人們比較關注的新生事物。它從一個大學生的課程設計變成了一個強大的操作系統，人們無不對它刮目相看。計算機產業的發展越來越快，現在正向著網路化高速地發展。Linux作為Internet的產物，更是代表著這一歷史的潮流。對Linux進行學習、研究及其應用開發已經勢在必行。

Linux不僅僅是代表著一個操作系統，而是代表著一個強大的有效的集成系統。在上面，我們不僅可以從事操作系統的研究，而且可以進行網路的應用；同時由於它也附帶了許多免費的開發系統，在上面開發自己的應用程序也是非常方便的和高效的。這一切的一切使我選擇了Linux，並且較早的投入到Linux的應用和開發上。

本實驗系統是基於Linux的網路實驗系統。在這個實驗系統設計中，由於是使用Linux，故一些配置比較煩瑣（在NT上只要幾下滑鼠就能解決的事也不例外）。但是正是這樣對一個又一個的文本配置文件的操作，我對一些伺服器設置的原理有了較低層的理解（對NT上為什麼要那麼做有更進一步的理解）；同時由於Linux的程序的批處理能力很強，它上面的開發語言也十分強大，因而在實驗程序的開發上相對要容易的很多（這一點體現了Linux的強大功能），一些在NT上實現的比較困難的事反而在Linux卻很好的實現了。

本實驗系統實際上是設計了一個小的Intranet，在上面可以模擬Intenet的操作，同時也可以進行真實的Internet的操作。同時，由於它在Linux上實現，

對以後再開設其他相關的網路、操作系統、軟體工程、資料庫開發等實驗也是有很大用處的。





第一章 實驗的整體認識和設計


第一節 Linux簡介

Linux是一個類Unix的操作系統，它是由芬蘭赫爾辛基大學的學生Linus Torvalds於1991年創建並無私的在網際網路上發布，任何人只要遵守GPL版權，都可以免費使用和修改Linux。實際上，GPL要求的是完全的軟體共享，你可從中獲利，但你不能佔為己有。經過網際網路上的千千萬萬的志願者對其的不斷修改，八年後的今天,Linux已經變得強大無比！特別是去年下半年以來，IBM、Intel、Oracle、Sysbase、Borland，HP，SUN，Corel等商業軟體廠商紛紛表示對Linux進行商業開發和技術支持，更使得Linux的商業價值越來越高。同時從今年起，Linux將在兩個方向發展，即微型設備的嵌入式操作系統和桌面操作系統。IDC預測在2003年，Linux將成為Windows NT后的第二大操作系統。國內的一些公司（華勝、中軟、四通等）也從事Linux的中文的擴展和應用開發，同時他們也感覺到國內Linux教育的必要性和緊迫性，迫切需要大量的中國Linux開發人員。

作為一個操作系統，Linux具有如下的優點：

1、它具有Unix的全部特點，Unix豐富的軟體資源及C語言的平台可移植性使得其上的軟體非常豐富。而且，由於Linux的流行，倒是其他的Unix平台移植Linux的應用程序。

2、Linux內置網路支持，其應用標準的TCP/IP協議，通過一個Ethernet網卡或Modem把自己和其他系統相連，就可訪問Internet。其網路性能極其優秀，據統計美國130多萬個web站點中，一半以上是運行著Apache的Linux系統。

3、它具有完美的多任務，能同時運行多個任務和訪問多個設備。

4、Linux擁有性能優越的內存機制：在只有32兆的P133上，帶動幾十台工作站上網，你幾乎感覺不到硬碟的交換活動。對工作站用戶而言，感覺和專用伺服器沒什麼兩樣，甚至比專用伺服器快。

5、同IEEE POSIX.1標準兼容。

6、GNU軟體支持：Linux能廣泛的運行GNU計劃的免費可用軟體。

7、軟體版本更新速度非常的快，每隔幾天你就可看到新的內核版本。

8、擁有良好的性能之外，Linux最大優點就是其源代碼公開和免費特性，用極低的費用任何人均可獲得它並可任意修改它。

9、對國內用戶而言，Linux上的中文應用軟體也層出不窮，同時我們也見到了Linux中文版（XteamLinux及Turbo Linux中文版）的出台。

10、對高校用戶來說，Linux上豐富的網路支持及其易於開發性，應用於網路教學具有較好的的必備的條件和較高的性價比。

可見，對Linux的研究和應用，並應用於教學中，對網路課程的學習有很好的幫助；同時對於其他課程的教研工作也是有很大的作用。

第二節 Linux在此課題中的作用

在本課題中，我把Linux作為實驗伺服器軟體使用。之所以沒有在客戶機上也使用Linux，一方面考慮Linux在應用軟體上的缺陷（不是沒有相應軟體，只是由於操作較繁瑣，界面也不友好），一方面也考慮到實驗室的條件和實驗的易於管理性。

以下是對這個課題的整體框架圖：



說明：


在對實驗系統有相當的認識后，結合TCP/IP和Linux的相關知識進行系統的設計和實現。


對系統進行網路服務程序的設置，以使它們能較好的提供實驗服務。


對實驗進行控制，由相應的程序完成。


學生上機時，必須通過帳號申請程序申請實驗帳號，並要填寫必要的學生信息；實驗時管理老師可通過程序查看系統中用戶的情況。


每次學生實驗完成後，管理老師可通過管理程序刪除實驗用戶帳號及其數據，為下一次實驗做準備。

第三節 實驗系統的整體規劃

實驗系統採用Client/Server模式設計，充分體現了Linux的網路功能及突出實驗的性質。所有的實驗的服務程序均運行在Linux伺服器上，客戶端程序都基於界面較好的Windwos系統。客戶端通過相應的客戶程序使用TCP/IP相關協議和伺服器通信。可以說，整個系統就是一個Internet的模型。

實驗系統圖示如圖一：

主要技術說明：


整個系統不對已有的硬體系統進行任何改動，只要求在客戶計算機上進行相應的設置的改動。


實驗所有的伺服器端軟體都運行在Linux上。


Linux伺服器提供DNS服務，每台計算機都把DNS指向Linux伺服器。


客戶端通過TCP/IP相關協議和伺服器通信，客戶機安裝相應的軟體進行實驗。


客戶端程序為界面較好的Windows程序，有利於實驗者進行實驗。


實驗者必須通過申請實驗帳號，進行必要的註冊信息的輸入方能進行實驗。這個功能通過CGI在web上實現，同時這個程序把相應的用戶信息保存在文件中；通過另外的一個CGI，管理員可以得到實驗用戶的信息。


實驗的管理由一個管理腳本實現，主要功能為：刪除用戶的實驗數據，清除一些日誌文件，清理一些伺服器軟體的緩存數據。


每個用戶都只有一定的磁碟空間，超過一定數量，系統將拒絕用戶再進行數據的上載，同時刪除一些用戶的數據。