CC BY
24А.Н. УЛЬЯНОВ, М.Г. СТОЛЯРОВ, И.В. СТЕЛЬМАХ
A.N. ULYANOV, M.G. STOLYAROV, I.V. STELMAKH
КАЧЕСТВО ПЛЮС НАГЛЯДНОСТЬ
QUALITY PLUS VISIBILITY
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ
APPLICATION OF TECHNOLOGIES FOR VIRTUALIZATION OF COMPUTING RESOURCES IN THE INFORMATION AND EDUCATIONAL ENVIRONMENT
Сведения об авторах: Ульянов Андрей Николаевич - начальник кафедры Военного университета радиоэлектроники, полковник, доцент, к.т.н. (г. Череповец);
Столяров Михаил Геннадьевич - заместитель начальника кафедры Военного университета радиоэлектроники, полковник, к.т.н. (г. Череповец);
Стельмах Иван Владимирович - старший преподаватель Военного университета радиоэлектроники, подполковник,к.т.н. (г. Череповец. E-mail: jan71@ yandex, ru).
Аннотация. В данной статье представлена авторская классификация технологий виртуализации. Проиллюстрирован опыт применения некоторых технологий виртуализации в учебном процессе.
Ключевые слова: виртуализация в учебном процессе, виртуальная инфраструктура.
Information about the authors: Andrey Ulyanov - head of the department of the Military university of radio electronics, colonel, associate professor, candidate of technical sciences (Cherepovets);
Mikhail Stolyarov - deputy head of the department of the Military university of radio electronics, colonel, candidate of technical sciences (Cherepovets);
Ivan Stelmakh - senior lecturer at the Military university of radio electronics, lieutenant colonel, candidate of technical sciences (Cherepovets. E-mail: jan71@ yandex, ru).
Summary. This article presents the author's classification of virtualization technologies. The experience of using some virtualization technologies in the educational process when building an information and educational environment is illustrated.
Keywords: virtualization in the educational process, virtual infrastructure.
Развитие информационно-образовательной среды вуза объективно отражает специфику заказчика, в интересах которого производится подготовка кадров. Военный университет радиоэлектроники (ВУРЭ) является вузом с ярко выраженной технической направленностью обучения. При этом освоение обучающимися об-
разовательных программ по ряду специальностей предполагает овладение навыками установки, настройки и разработки программного обеспечения и достигается при проведении практических занятий и лабораторных работ, в ходе которых курсантам необходим полный доступ к ресурсам ЭВМ, работа под учётной записью администратора.
Отсутствие полного доступа к операционной системе не позволяет обучающимся в полной мере овладеть необходимыми практическими навыками. С другой стороны, предоставление такого доступа чревато тем, что после проведения занятий инженерно-технический состав вынужден решать задачу по восстановлению работоспособности
Рис. 1. Классификация технологий виртуализации
операционной системы ЭВМ или даже всей вычислительной сети учебной лаборатории.
Ещё одним необходимым условием проведения учебных занятий по некоторым дисциплинам является наличие соответствующего программного обеспечения, которое должно быть установлено заблаговременно. Это сильно ограничивает возможности по планированию распределения аудиторного фонда для проведения занятий, так как вынуждает проводить их только в тех аудиториях, где имеется необходимая программная среда. Наличие указанных выше проблем заставило искать пути их решения за счёт применения технологий виртуализации вычислительных ресурсов.
В широком смысле понятие виртуализации представляет собой сокрытие настоящей реализации какого-либо процесса или объекта от истинного его представления для того, кто им пользуется. Иными словами, происходит отделение представления от реализации чего-либо.
Для изучения технологий виртуализации, как предметной области, в Военном университете радиоэлектроники выполнена инициативная научно-исследовательская работа «Виртуализация», в ходе которой был проведён исчерпывающий анализ существующих технологий, разработаны типовые конфигурации виртуальных сред. Детальное исследование программного обеспечения виртуализации, как средства обучения, позволило выработать общие рекомендации для проведения занятий по подготовке специалистов профиля университета.
На сегодняшний день разработано и применяется довольно много технологий виртуализации, перечисление и описание которых явно избыточно в рамках данной статьи. Для систематизации этого многообразия разработан вариант классификации технологий виртуализации, представленный на
рис. 1. Эта классификация является довольно условной и не строгой, так как на практике часто применяются комбинации различных технологий. На схеме это показано горизонтальными связями.
Практическое применение в учебном процессе университета нашли серверные, клиент-серверные (на толстом и тонком клиентах) технологии, а также технологии персональной (локальной) виртуализации (отмечены на рис. 1 контуром).
В информационно-образовательной среде Военного университета радиоэлектроники применяются следующие виды виртуализации:
- персональная (локальная) виртуализация платформ;
- виртуализация рабочего стола пользователя.
Об использовании этих двух технологий и пойдёт далее речь.
Виртуализация платформ заключается в предоставлении пользователю возможности создания специальными программными средствами виртуальной вычислительной машины, установке и запуске на ней операционной системы. При этом существует возможность одновременной работы нескольких таких виртуальных машин на одном физическом компьютере, а также объединения их в виртуальную вычислительную сеть.
Виртуальная машина - это виртуальный набор аппаратных ресурсов, которые в целом явля-
ются виртуальным компьютером. Другими словами виртуальная машина - это окружение, которое представляется для «гостевой» операционной системы, как аппаратное. Однако на самом деле это программное окружение, которое эмулируется программным обеспечением реальной системы.
В ходе проделанной работы исследованы возможности существующих систем виртуализации и на их основе созданы типовые конфигурации ЭВМ и виртуальные лабораторные макеты на базе программного обеспечения виртуальных сред персональной виртуализации WMWare и У^иаШох для проведения циклов занятий определённой тематической направленности, а именно:
- конфигурация виртуальной среды для подготовки пользователя иМХ-подобных систем;
- конфигурация виртуальной среды для подготовки опытного администратора ИШХ-подобных систем;
- конфигурация виртуальной среды для подготовки специалиста по защите информации.
Также выработаны методические рекомендации по проведению конкретных практических и лабораторных занятий по дисциплинам кафедры с использованием вышеописанных программных средств.
При подготовке к занятию преподаватель выбирает необходимую конфигурацию виртуальной сре-
н * -и а? ' я
Рис. 2. Фрагмент модели АС СН в среде VirtualBox
ды и предоставляет к ней доступ обучающимся. Каждый обучающийся, получив в индивидуальное пользование соответствующую конфигурацию, выполняет задание и представляет его преподавателю. В случае повреждения конфигурации она может быть восстановлена из архива, который хранится на сервере.
Разумеется, задания, выполняемые курсантами, не ограничиваются настройкой и изучением вычислительных систем на основе заранее подготовленных конфигураций виртуальных сред. При изучении вопросов построения комплексов средств автоматизации специального назначения важно предоставить будущему специалисту возможность самостоятельно, что называется «с нуля», воссоздать в миниатюре типовой объект вычислительной техники: создать серверные машины и автоматизированные рабочие места, установить необходимое программное обеспечение, настроить сеть и т.д.
Всё это можно сделать в рамках одной физической ЭВМ обучающегося, обладающей необходимыми ресурсами. Можно даже воссоздать два и более объектов и установить между ними сетевое взаимодействие, как это представлено на рис. 2,3.
Данная модель реализует схему взаимодействия двух комплексов средств автоматизации, представ-
ленную на рис. 3 (виртуальная инфраструктура).
Впоследствии направление виртуализации получило своё продолжение в научно-исследовательской работе «Киберполигон», связанной с разработкой виртуальной среды и методических рекомендаций по её использованию в учебном процессе военного вуза для обучения специалистов в области информа-
Рис. 3. Схема виртуальной инфраструктуры и взаимодействия двух комплексов
средств автоматизации
Рис. 4. Виртуализация рабочего стола пользователя
ционной безопасности. Цель работы заключалась в повышении уровня практических навыков специалистов в области информационной безопасности.
В данной НИР проведён сравнительный анализ вариантов архитектурных решений по созданию обучающих виртуальных площадок, на основании которого установлено, что наиболее популярными являются виртуальные среды с онлайн-доступом. Использование таких сред в военных вузах проблематично в связи с жёсткими требованиями по организации защиты информации на режимных объектах. На основании этого определены задачи работы, связанные с разработкой виртуальных лабораторных стендов, моделирующих различные способы организации сетевых инфраструктур, и работающие без подключения к сети «Интернет».
Разработанные стенды можно разделить на две группы: стенды, предназначенные для обучения проведению атак различного уровня на информационно-телекоммуникационные системы и стенды, основной целью которых является обучение методам защиты данных систем.
В апреле 2020 года научная работа была представлена для участия в межведомственном конкурсе «Лучший проект в сфере информационных технологий в интересах обеспечения обороны и безопасности Российской Федерации», проводимом Департаментом информационных систем Министерства обороны Российской Федерации, где заняла второе место в номинации «Лучший коллективный проект» и стала лауреатом этого конкурса.
Развитие локальной вычислительной сети университета сделало возможным и актуальным активное использование и другого вида виртуализации - виртуализации рабочего стола пользователя.
Виртуализация рабочего стола заключается в предоставлении
пользователю возможности удалённого доступа к графической оболочке операционной системы ЭВМ с сохранением внешнего вида рабочего стола, его настроек, а также состояния запущенных приложений.
В настоящее время всем курсантам, обучающимся на кафедрах, оснащённых локальной вычислительной сетью, предоставлен доступ к персональным каталогам на сервере кафедры, где они могут хранить материалы, необходимые им при обучении. Развитие вычислительной сети университета позволило предоставить курсантам не только файловый доступ к серверу, но и доступ к собственному рабочему столу.
В этом случае на сервер установлены все необходимые курсанту или слушателю программы, в том числе те, которые необходимы для изучения одной-двух дисциплин. Где бы ни было спланировано занятие, обучающийся всегда имеет доступ к своей рабочей среде с необходимыми ему данными и программами. Единственное условие для реализации этой технологии -наличие доступа к единой вычислительной сети образовательной организации.
Следует отметить, что виртуализация рабочего стола возможна как для уже имеющихся серверов под управлением операционных систем семейства Windows, так и для приходящих им на смену изделий под управлением отечественных операционных систем Astra Linux. При этом видимых различий по
производительности виртуализиро-ванных рабочих столов различных операционных систем не отмечается. Тем не менее ограничения по числу обучающихся, одновременно работающих с удалённым рабочим столом в комфортном режиме, существуют, но зависят от загрузки вычислительной сети и ресурсов серверных групп.
Таким образом, использование технологий виртуализации в информационно-образовательной среде вуза при подготовке и переподготовке специалистов в области автоматизации и защиты информации открывает широкие возможности повышения качества и наглядности лабораторных работ и практических занятий при значительной экономии аппаратных ресурсов и затрат труда на обслуживание компьютерных классов. При этом решается ряд методических, дидактических и организационных задач, выполнение которых без применения технологий виртуализации было бы весьма затруднительным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Отчёт о НИР «Виртуализация» (итоговый); рук. Ульянов А. Н., Лукин В. В.; исполн.: Стельмах И. В., Столяров М. Г. и др.- Череповец: ЧВВИУРЭ. 195 с.: ил.
2. Стельмах, И.В. Использование технологий виртуализации в учебном процессе военного учебного заведения // Научная мысль, 2018. № 1 (27).
