Автоматизация киберполигона в образовательном процессе высших учебных заведений (Владимир Павловский, OSEDUCONF-2024) — различия между версиями

…рамках учебно-исследовательской 
лаборатории в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, а также преимущества использования 
операционной системы «Альт Виртуализация» и технологий автоматизации для обеспечения 
качественного обучения. 

Приводятся примеры автоматизации процесса проверки и обратной связи, 
а также результаты пилотной апробации решения на Всероссийской студенческой олимпиаде.
</blockquote>

{{VideoSection}}

{{vimeoembed|993361540|800|450}}
{{youtubelink|}}
|EyJcpLqqSMs}}
{{SlidesSection}}
[[File:Автоматизация киберполигона в образовательном процессе высших учебных заведений (Владимир Павловский, OSEDUCONF-2024).pdf|left|page=-|300px]]

{{----}}

== Thesis ==

Текущая версия на 16:39, 7 августа 2024

Докладчик

Владимир Павловский

В работе рассматриваются современные подходы к подготовке специалистов в области информационных технологий, с акцентом на практическую подготовку и использование материально-технической базы образовательных учреждений. Особое внимание уделено созданию и использованию киберполигонов, которые позволяют проводить полномасштабные моделирования и технологические сессии.

Описывается опыт разработки собственного киберполигона в рамках учебно-исследовательской лаборатории в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, а также преимущества использования операционной системы «Альт Виртуализация» и технологий автоматизации для обеспечения качественного обучения.

Приводятся примеры автоматизации процесса проверки и обратной связи, а также результаты пилотной апробации решения на Всероссийской студенческой олимпиаде.

Видео

on youtube

Презентация

Thesis

Подготовка современных специалистов в области информационных технологий требует большого объёма практики. Теоретические знания важны, но без практического применения они не дают полного понимания и навыков, необходимых для работы в реальных условиях. Практическая подготовка позволяет студентам не только закрепить полученные знания, но и научиться решать реальные задачи, с которыми они столкнутся в профессиональной деятельности.

Цель работы — продемонстрировать методы и технологии, используемые для подготовки специалистов в области информационных технологий. Рассмотрим важность материально-технической базы образовательных учреждений, необходимость создания и использования современных киберполигонов, а также особенности разработки и внедрения собственного решения на базе учебно-исследовательской лаборатории в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина. Особое внимание будет уделено автоматизации процессов проверки и обратной связи, а также практическому применению разработанных решений.

Основой практической подготовки в области ИТ является материально-техническая база образовательных организаций. Важнейшим элементом этой базы являются киберполигоны, которые позволяют не только демонстрировать различные технологии, но и проводить полномасштабные моделирования, технологические сессии по развёртыванию, настройке, конфигурированию и обеспечению безопасности различных инфраструктур. Киберполигоны представляют собой системы виртуализации с набором скриптов для базовой автоматизации, что делает их незаменимым инструментом в образовательном процессе^[1].

На сегодняшний день существует множество коммерческих решений, предлагающих доступ к киберпологонам, однако большинство из них являются дорогостоящими. Примером таких решений может служить опыт создания макета критической инфраструктуры организации, представленный в исследовании Горячева С. Н. и его коллег^[2].

В этом исследовании рассматриваются различные аспекты и преимущества использования киберполигонов для обучения специалистов в области информационных технологий.

Высокая стоимость коммерческих решений побудила нас к разработке собственного киберполигона для качественной подготовки студентов. Целью этого проекта было создание доступной и функциональной платформы, которая бы удовлетворяла потребности образовательных учреждений и обеспечивала высокое качество подготовки специалистов.

Проект был реализован в рамках учебно-исследовательской лаборатории в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина. Основой проекта выступила операционная система «Альт Виртуализация» в режиме PVE, которая была выбрана за её высокую производительность и гибкость в настройке. Для автоматизации развёртывания инфраструктуры был выбран скриптовый язык Bash с применением технологий qemu-guest-agent и Ansible, что позволило значительно упростить и ускорить процесс создания виртуальных сред для обучения^[3].

Альт Виртуализация в режиме PVE является мощной платформой, позволяющей создавать и управлять виртуальными машинами с минимальными затратами ресурсов. Она предоставляет широкий спектр возможностей для настройки и управления виртуальными средами, что делает её идеальной для использования в образовательных учреждениях^[4].

Для автоматизации развёртывания инфраструктуры был выбран скриптовый язык Bash, что позволило значительно упростить процесс создания виртуальных машин и их конфигурации. Внедрение технологий qemu-guest-agent и Ansible для управления конфигурациями и обеспечило высокую степень автоматизации, что сократило время на подготовку учебных материалов и повысило эффективность учебного процесса.

Автоматизация развёртывания инфраструктуры решает только часть задач. Основную нагрузку на специалистов образовательных организаций накладывает своевременная проверка работ и подготовка обратной связи по ним. Использование киберполигона позволяет автоматизировать данный процесс за счёт интеграции внутрь изучаемых средств специальных программных продуктов, которые позволяют из гипервизора перехватывать управление гостевой операционной системой.

На базе PVE таким решением является пакет программ, позволяющий автоматизировать проверку работ и обеспечение обратной связи. Скрипты могут обеспечивать проверку двух типов: конфигурационную и функциональную. Такой подход позволяет сократить время на проверку и повысить качество обратной связи, что способствует более эффективному обучению студентов.

Конфигурационная проверка осуществляется за счёт парсинга конфигурационных файлов. Такой подход позволяет проверить качество написания конфигурационных файлов, их структуру и соответствие различным стандартам и требованиям. Однако он не позволяет проверить функциональность решения и достоверность настроек, выполненных участниками тренировки.

Функциональная проверка позволяет убедиться, что технология реализована в той или иной мере. Однако существует риск, что участники тренировки будут находить нестандартные решения, которые не применимы на предприятиях и организациях по различным причинам, таким как политика безопасности или совместимость с другими технологиями.

Разработка комплексной системы проверки подразумевает использование обоих методов с учётом сложности первоначально поставленных задач. В предлагаемой системе основной акцент делается не только на функциональные тесты или парсинг конфигурационных файлов, но и на автоматизацию выполнения рутинных задач экспертов и преподавателей с последующим выводом подробного отчёта. Пример отчета приведён в листинге ниже.

——————————————--RTR_A————————
Task 1 - RTR_A
ens18 bc:24:11:a7:bf:01
ens19 bc:24:11:6f:0e:19
Решено верно
 Текущий бал - 1.25
————————————————————————-
Task 2 - RTR_A
Проверка интерфейса ens18
Адрес - 1.1.1.1/24
——————
Необходимо проверить класс сети (последняя строка), последний октет должен 
совпадать с параметром HostMin/HostMax, префикс в параметре NetMask
Правильные параметры сети
Адрес:	   1.1.1.1
Netmask:   255.255.255.0 = 24
Wildcard:  0.0.0.255
=>
Network:   1.1.1.0/24
HostMin:   1.1.1.1
HostMax:   1.1.1.254
Broadcast: 1.1.1.255
Hosts/Net: 254			Class A

Возможно следующее использование масок:
RTR_A - 27 и меньше;
RTR_B - 27 и меньше;
RTR_C - 22 и меньше;
RTR_D - 22 и меньше;

Пилотная апробация решения прошла в рамках I Всероссийской студенческой олимпиады «Автоматизация и информатизация ТЭК». На базе киберполигона лаборатории сетей и систем передачи информации был разработан и проведён модуль «Сети». Задание включало в себя работу с IPv4, IPv6, динамическую маршрутизацию, удалённый доступ и безопасность.

Модуль «Сети» предусматривал выполнение различных задач по настройке и конфигурированию сетевых параметров. Студенты должны были продемонстрировать свои навыки в области сетевой безопасности, управления динамической маршрутизацией и настройки удалённого доступа.

Примеры реализации модуля «Сети» показали, что студенты успешно справились с поставленными задачами, продемонстрировав высокие знания и навыки. Результаты показали, что использование киберполигона значительно повысило качество подготовки специалистов и позволило сократить время на обучение.

В результате проведённой работы было доказано, что создание и использование собственного киберполигона для подготовки специалистов в области информационных технологий является эффективным решением. Разработанная система позволила автоматизировать множество рутинных задач, улучшить качество проверки работ и обеспечить более качественную обратную связь для студентов. Внедрение подобных систем в образовательный процесс способствует подготовке высококвалифицированных специалистов, готовых к решению сложных задач в реальных условиях.

Примечания и ссылки

1. ↑ Уймин А. Г., Терентьева О. А. Исследование организационных аспектов создания среды для раскрытия потенциала участников чемпионата профессионального мастерства / А. Г. Уймин, О. А. Терентьева, Вестник Череповецкого государственного университета. — 2024. — № 2(119). — С. 213—234. — DOI 10.23859/1994-0637-2024-2-119-16.
2. ↑ Маркова С. М., Уракова Е. А., Михайленко Д. М. Организация производственного обучения в условиях учебного производства / Проблемы современного педагогического образования. 2022. №77—3.
3. ↑ Горячев С. Н., Михалёв В. В., Кобяков Н. С., Русских В. Н Опыт создания макета критической инфраструктуры организации / Вестник Пермского университета. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2023. №1 (60).
4. ↑ Альт Виртуализация Документация [1]