Módulo de Aprendizaje Virtual de Apache para el proyecto EVA R-Grid

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1 Módulo de Aprendizaje Virtual de Apache para el proyecto EVA R-Grid Apache Virtual Learning Module for the project EVA R-Grid Daniel Burbano* Giovanna Sabogal** Andrea Prado*** Mauricio Pertuz**** Resumen El presente artículo describe el proceso realizado para desarrollar un software educativo (componente tecnológico), programado en Java y Jzlib, JSCH (implementación de SSH), que tiene la posibilidad de ejecutar prácticas reales sobre equipos remotos mediante el establecimiento de conexiones seguras y la ejecución de comandos remotos a través de la Web sobre la instalación y configuración básica de Apache. Palabras claves: Acceso remoto, Apache, Sistema Distribuido, Linux, Educación. Abstract This article describes the process followed to develop an educational software (technological component) programmed over Java and Jzlib, JSCH (SSH implementation), capable of executing real practices upon remote computers, created to establish secure communications and remote command execution capabilities through the Web regarding Apache's basic installation and configuration. Key words: Remote access, Apache, Distributed System, Linux, Education. Recibido: 21/01/08. Evaluado: 18/02/08. Aceptado: 14/03/08. * Universidad de los Andes. ** Coordinadora del Equipo de Investigación en Software Libre de la Universidad El Bosque. *** Universidad El Bosque. ****Universidad El Bosque. 7

2 I. INTRODUCCIÓN La Educación Virtual se presenta como una nueva metodología en el proceso de la enseñanza de temas relacionados con la tecnología y sus afines. Sin embargo, el desarrollo de herramientas computacionales que generen un aprendizaje combinado con la práctica, en tiempo real, ha sido escaso en el ámbito nacional e internacional. El proyecto Módulo de Enseñanza - Aprendizaje (MEA) de Apache para EVA R-Grid [1], forma parte del desarrollo de un entorno computacional donde se integran varias áreas del conocimiento como son la ingeniería, la psicología y la educación, para generar una ayuda informática que permita realizar conexiones a través de la Web a equipos remotos, para que los estudiantes puedan realizar prácticas sobre equipos reales. II. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA El Módulo de Enseñanza Aprendizaje (MEA), utiliza las ventajas de un sistema distribuido para optimizar los recursos del conjunto de computadores utilizados. De ésta forma, los clientes se conectan al servidor de aplicaciones (donde se encuentra el MEA), a través de Internet. A su vez, el servidor de aplicaciones distribuye el trabajo entre varios computadores (nodos), dispuestos para este fin (Figura 1). MEA Módulo de Enseñanza Aprendizaje Dentro de la estructura del EVA R-Grid se encuentra el MEA, que permite la interacción entre el usuario y el equipo remoto para el desarrollo de sus prácticas de laboratorio, a través de conexiones seguras basadas en SSH y la ejecución de comandos remotos a través de la Web. El desarrollo del MEA consiste en la programación de la interfaz del usuario con el sistema distribuido, incluyendo los componentes de comunicación y visualización de los requerimientos enviados al servidor, así como sus respectivas respuestas. Igualmente, se habilitó un espacio para incluir el guión resultante del desarrollo pedagógico. Inicialmente dicho componente incluye las instrucciones básicas para el desarrollo del módulo. El mencionado desarrollo, requiere investigar los conceptos básicos de sistemas distribuidos, comunicaciones cliente/servidor, diseño de páginas Web, así como experiencias anteriores en ambientes virtuales de aprendizaje [2]. El presente documento está dividido en tres capítulos: En el primer capítulo, descripción del Sistema, se explica detalladamente el funcionamiento del MEA sobre el EVA R-Grid. El segundo capítulo, Diseño, está dividido en tres partes: diseño de comunicaciones (conexiones remotas), diseño educativo (componente pedagógico), y el diseño del programa, que comprende el desarrollo de la aplicación. Por último, en resultados y conclusiones, se expondrán los resultados obtenidos, así como las experiencias y reflexiones sobre el desarrollo del proyecto. Figura 1. Esquema de funcionamiento del Módulo de Aprendizaje Virtual. Como se aprecia en la Figura 2, el proyecto EVA R-Grid, del cual hacen parte los MEAs, está conformado por un servidor que administra la conexión (usuario, host y contraseña) de los clientes, otro que administra la ejecución de aplicaciones en los nodos y pretende tener una mayor cantidad de nodos apoyándose en los clusters para permitir mayor velocidad y además puedan ingresar muchos más clientes al módulo de aprendizaje. El equipo del usuario puede utilizar cualquier sistema operativo que soporte un navegador Web (Internet Explorer, Firefox, etc.). El servidor de aplicaciones, donde está alojada la aplicación, utiliza Linux como sistema operativo, y Sun Web Server como software para administrar dichas aplicaciones. Los nodos utilizan Linux como sistema operativo y son distribuidos a cada usuario por el Servidor de Aplicaciones. De esta forma, el MEA hace parte integral de EVA R-Grid, permitiendo identificar dos entes principales: el cliente y el servidor (este último se ve como un solo sistema, gracias a las características del Grid), proporcionando un sistema distribuido robusto que permita realizar las prácticas remotas [5]. 8

3 EVA Entorno Virtual de Aprendizaje Figura 2. Diagrama del funcionamiento de EVA R-Grid. III. DISEÑO El proyecto se compone de tres partes principales: A. DISEÑO DE COMUNICACIONES Basados en los requerimientos del proyecto, se determinó que el usuario debe ser capaz de establecer una conexión remota segura con el servidor, donde se encuentra la aplicación del MEA. Dicha conexión remota implicó el uso de la librería JSch para Java, la cual implementa seguridad, confiabilidad, rapidez y asequible al proyecto. Se utilizó Java mediante NetBeans para el desarrollo de la aplicación Web. La comunicación entre el usuario (cliente), el servidor y los nodos del sistema distribuido, es el eje central del módulo, ya que aquí se establece la comunicación entre el cliente y el servidor remoto, a través de un canal seguro SSH. Las librerías JSch y Jzlib, crean un elemento tipo JSch, el cual es objeto que establece la comunicación con el equipo remoto, además de proporcionar los elementos necesarios para garantizar la seguridad en la transmisión de la información [7]. La interfaz del usuario incluye dos opciones de comunicación. La primera es la conexión (botón Conectar Figura 4), el cual utiliza los campos ingresados por el estudiante: Usuario, Host y Contraseña (asignados por el Administrador del Sistema), para enviarlos de forma encriptada, usando SSH, al servidor de aplicaciones, el cual se encarga de validar dicha información y conceder el acceso al módulo. Las mencionada librerias JSch y Jzlib, permiten dicha conexión entre el cliente y el servidor. Dicha conexión se establece cuando la librería JSch crea un nuevo elemento de comunicación y establece una sesión a partir de los datos de usuario, host y contraseña digitados por el usuario. El método MyUserInfo (línea 11), mantiene la sesión activa hasta tanto el usuario no decida terminar la sesión, como se aprecia a continuación: 9

4 1. public String button1_action() { 2. try 3. { 4. String compare=(string)button1.gettext(); 5. if(compare.compareto("conectar")==0) 6. { 7. JSch jsch=new JSch();// 8. host=(string)textfield2.gettext(); 9. user=(string)textfield1.gettext(); 10. session=jsch.getsession(user,host,22); 11. UserInfo ui=new MyUserInfo(this); 12. session.setuserinfo(ui); 13. session.connect(); 14. } 15. } Con el botón Enviar, la aplicación toma el comando ingresado por usuario (línea 13 del código describo abajo), y lo ejecuta en el servidor remoto (línea 14). En la línea 15 se habilita la función forwarding, la cual se encarga del intercambio de mensajes entre el cliente y el servidor. 1. public String button2_action() { 2. try { 3. String compare=(string)button2.gettext(); 4. if(compare.compareto("conectar")==0) { 5. JSch jsch=new JSch(); 6. host=(string)textfield2.gettext(); 7. user=(string)textfield1.gettext(); 8. session=jsch.getsession(user,host,22); 9. UserInfo ui=new MyUserInfo(this); 10. session.setuserinfo(ui); 11. session.connect(); 12. channel=session.openchannel("exec"); 13. String command=(string)textfi4.gettext(); 1 4. ((ChannelExec)channel).setCommand(command) 15. channel.setxforwarding(true); 16. textarea1.settext(command+"\n\n"); 17. textfield4.settext(""); 18. } Básicamente, el proceso realizado para lograr la comunicación entre el cliente y el servidor, se resume en el intercambio de mensajes entre estos dos componentes del sistema a través de un túnel seguro configurado en SSH. El manejo de las librerías mencionadas anteriormente, permite dicho intercambio de información, a la vez que envía las respuestas al campo de texto incluido en la interfaz del usuario, donde el estudiante podrá verificar los resultados de los comandos ejecutados sobre los equipos remotos. B. DISEÑO EDUCATIVO. Para este paso del diseño se generan los guiones que el estudiante seguirá a través del módulo. Dichos guiones son estructurados según los lineamientos del módulo constructivista [3], e implementados por el grupo de investigación de la Facultad de Psicología de Universidad El Bosque. El guión incluye los pasos necesarios para instalar Apache en la primera ventana del área de instrucciones. Posteriormente, en la segunda etapa, el usuario encontrará los pasos para configurar el paquete recién instalado y, finalmente, encontrará la descripción de los módulos adicionales. Para el aprendizaje básico de Apache, se debe indicar al usuario que es un software estructurado en módulos. La configuración de cada módulo se hace mediante la configuración de las directivas que están contenidas dentro del mismo [4]. El texto se diseña y programa en XML y luego es importado a la aplicación a través de las propiedades del área de texto. Para poder importar un elemento de XML a NetBeans 5.5, es necesario instalar el paquete XML Schema Tools, del NetBeans Enterprise Pack 5.5. Para que el usuario sea capaz de instalar correctamente Apache, se debe precisar la estructura de la instalación, ya que esto le permitirá al estudiante estructurar el funcionamiento de este Servidor Web. Luego de la instalación y la configuración de Apache, el usuario puede verificar el correcto funcionamiento del software, utilizando los comandos especificados para dicho fin. C. DISEÑO DEL PROGRAMA Y SU INTERFAZ. Para el desarrollo del programa se escogió el software NetBeans 5.5 para Linux. Al paquete básico se le adicionaron las versiones actualizadas de Visual Web 5.5 y CND 5.5, las cuales proporcionan los elementos de diseño y servidor necesarios. Aunque toda la programación se hace sobre Java, es necesario traducir todos los comandos a lenguaje Web para que puedan funcionar como página Web. De esta forma, los requerimientos técnicos del usuario (cliente), se limitarán a aquellos necesarios para ejecutar un explorador de Internet (Firefox, Internet Explorer, etc.). La pantalla principal de la aplicación se presenta en la figura 3. 10

5 Figura 3 Pantalla principal de la aplicación. IV. RESULTADOS Y CONCLUSIONES El uso de un sistema distribuido para el desarrollo del MEA permite obtener mejores características de desempeño en cuanto a procesamiento de datos, almacenamiento externo y expansibilidad del sistema, comparado con sistemas basados en un solo servidor central que distribuyen la información a los demás nodos. El empleo de librerías dedicadas a las conexiones seguras, facilita el diseño de la comunicación entre el cliente y el servidor. NetBeans genera una carpeta con todos los archivos utilizados en la aplicación. Una carpeta en especial, denominada Dist, incluye un archivo con extensión.war (AplicacionApache.war), el cual se asemeja a un ejecutable de ambiente Windows. Con éste archivo, que incluye todas las funcionalidades del software Aplicación Apache, es posible, en el futuro, conectar la aplicación a cualquier sistema distribuido y, en especial, al proyecto EVA R-Grid. Dicha conexión es posible a través de la funcionalidad que ofrecen los paquetes de software que administran un sistema distribuido. Para este proyecto se utilizó Sun Java System Application Server 9, el cual permite incluir los archivos tipo.war como ejecutables en el servidor. Igualmente, los demás paquetes de software para manejo de servidores, incluyen dicha función [6]. V. TRABAJO FUTURO El diseño y desarrollo del MEA de Apache, está configurado para ser instalado sobre cualquier servidor de aplicaciones. En un futuro, se espera conectar el MEA al Grid, utilizando las herramientas de conexión descritas previamente. 11

6 Para la parte educativa, se espera concluir el contenido educativo de éste proyecto por parte del grupo de investigación de la Facultad de Psicología, el cual debe proporcionar el guión definitivo que el usuario seguirá para la realización de los cursos. REFERENCIAS [1] BURBANO, D, (2006), Entorno virtual de aprendizaje remoto sobre Grid. EVA R-Gid. Revista de Tecnología. Universidad El Bosque. ISSN [2] DUAN, XINYU; ZHU, JIEJIE, The implementation of real-time interaction in virtual education system based on VRML Harvard University, consultado el 15 de agosto de [4] MONTOYA, A, Práctica de Servicios Telemáticos Instalación de Servidor Web Apache. Consultado en Agosto 9 de 2006 en [5] PRADO, A, PERTUZ J. Tesis Módulo de Aprendizaje Virtual de Apache para El proyecto EVA R-Grid. Mayo de Sección Anexos [6] PRENTICE HALL, UML PARA PROGRAMADORES JAVA, consultado el 08 de noviembre de [7] RUBLE, D., (1998), Practical Analysis & Design for Client/Server & Gui Systems. Prentice Hall. p [3] FUERTES, J., JavaScript Asíncrono y XML: Aportación Práctica para la Mejora de la Accesibilidad. Consultado en Septiembre 12 de 2006 en graf/redes.gif Artículo de Investigación Científica y Tecnológica.. Sometido a Arbitraje. Los Autores Daniel Alberto Burbano Sefair Universidad de Los Andes. Ingeniero electrónico, MCpE Ingeniería Eléctrica y Computadoras. Miembro de Equipo de Investigación en software Libre, Coordinador línea Grid computing. Carrera 1ª Este 18 A - 10, Bogotá D.C., Colombia. Giovanna Paola Sabogal Alfaro Coordinadora del Equipo de Investigación en Software Libre de la Universidad El Bosque Ing. Electrónica MSc(c) en ingeniería de Telecomunicaciones Universidad Nacional de Colombia, y Actualmente desarrollando proyectos en el área de software libre, comunicaciones y educación. Carrera 7 B Bis , Bogotá D.C., Colombia. Andrea del Pilar Prado Caro Ingeniero de Sistemas Universidad El Bosque ( 07). Carrera 7 B Bis , Bogotá D.C., Colombia. José Mauricio Pertuz Franco Ingeniero de Sistemas Universidad El Bosque ( 07). Carrera 7 B Bis , Bogotá D.C., Colombia. 12

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