ИНТЕРАКТИВНАЯ 3D-СРЕДА UNITY ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ СЕТЕВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ: ИНТЕГРАЦИЯ С REST API

UNITY INTERACTIVE 3D ENVIRONMENT FOR TEACHING SET TECHNOLOGIES: INTEGRATION WITH THE REST API

Anastasia Dushkina

master's student, Polytechnic Institute, Higher School of Cybernetics and Digital Technologies, Pacific State University,

Russia, Khabarovsk

АННОТАЦИЯ

В статье описана разработка и реализация интерактивной 3D-лаборатории в Unity для обучения базовым и продвинутым сетевым технологиям. Приведены методы синхронизации состояния коммутатора с использованием REST API, структура взаимодействия между компонентами системы, а также основные реализованные функции: настройка VLAN, запуск DHCP, зеркалирование трафика, ограничение скорости и диагностика сети. Отмечены преимущества среды для образовательного процесса и возможности её интеграции в учебные курсы.

ABSTRACT

This article presents the development and implementation of an interactive 3D laboratory in Unity designed for teaching both basic and advanced networking technologies. It describes methods of synchronizing switch state using REST API, outlines the architecture of component interaction, and details the key implemented features, including VLAN configuration, DHCP operation, traffic mirroring, rate limiting, and network diagnostics. The study highlights the educational benefits of the platform and its potential integration into academic curricula.

Ключевые слова: Unity, REST API, сетевой симулятор, VLAN, DHCP, зеркалирование, интерактивная лаборатория, CLI, Web-интерфейс.

Keywords: Unity, REST API, network simulator, VLAN, DHCP, traffic mirroring, interactive laboratory, CLI, web interface.

Введение

Современные подходы к обучению сетевым технологиям требуют не только глубокого усвоения теоретических основ, но и обязательной отработки практических навыков в среде, максимально приближённой к реальным условиям эксплуатации оборудования. При этом организация традиционных лабораторных занятий с использованием физического сетевого оборудования сопряжена с рядом объективных трудностей: высокой стоимостью оснащения, сложной логистикой, ограниченным количеством рабочих мест и трудностями масштабирования процесса для больших учебных групп. В качестве альтернативы всё чаще используются программные симуляторы, такие как Cisco Packet Tracer и GNS3 [5].

У подобных решений имеются критические ограничения. Во-первых, они функционируют в рамках двухмерных интерфейсов, зачастую лишённых визуальной интуитивности. Во-вторых, они предоставляют ограниченные возможности по визуализации физического взаимодействия с оборудованием — например, подключением кабелей, настройкой портов или управлением логическими связями в топологии. Кроме того, разработка собственных сценариев требует от преподавателя детального знания внутренней структуры конкретного симулятора [5], что затрудняет интеграцию в массовый образовательный процесс.

Использование движка Unity позволяет преодолеть большинство перечисленных ограничений [6], обеспечивая создание динамичной и наглядной 3D-среды с высоким уровнем интерактивности. Такая платформа предоставляет возможность не только отображать архитектуру сети в объёмном представлении, но и физически взаимодействовать с её элементами — портами, кабелями, устройствами — в привычной визуальной модели (рис. 1). Кроме того, встроенная поддержка интеграции с внешними REST API позволяет расширять функциональность среды [1], подключая её к удалённым системам и образовательным платформам.

Рисунок 1. Пример 3D-сцены в Unity

Несмотря на очевидные преимущества, в настоящее время количество реализованных решений, эффективно объединяющих Unity и моделирование сетевых процессов, крайне невелико. Это объясняется как инженерной сложностью создания корректной симуляции сетевых протоколов в игровой среде, так и отсутствием готовых методик, адаптированных под задачи высшего образования. Таким образом, остаётся открытым вопрос о доступности подобных инструментов для широкого круга преподавателей и студентов, а также о разработке типовых методических сценариев их применения в учебном процессе.

Объект и методы исследования

Объектом исследования выступает интегрированная программная платформа, разработанная на базе игрового движка Unity, предназначенная для имитации работы управляемого коммутатора и взаимодействия с виртуальными сетевыми клиентами в формате интерактивной 3D-сцены. Архитектура системы включает клиентскую часть, реализованную средствами языка C# в редакторе Unity, а также серверный компонент, построенный с использованием среды выполнения Node.js, обеспечивающей обработку REST API-запросов [1]. Среда предоставляет пользователю возможность выбора между консольным интерфейсом (CLI) и визуальным Web-интерфейсом, синхронизированными по состоянию всех компонентов модели.

Методологическая основа исследования строится на реализации полного цикла проектирования и внедрения функциональности программной лаборатории и включает следующие этапы:

• Разработка программной логики: написание отдельных C#-модулей, каждый из которых выполняет строго определённую функцию, с учётом принципов модульности, инкапсуляции и расширяемости архитектуры.
• Интеграция клиент-серверной логики: настройка двусторонней связи между Unity-сценой и сервером через протокол HTTP с использованием REST-подхода.
• Имитация физического взаимодействия: реализация манипуляций с портами и соединительными кабелями посредством механизма LineRenderer, событийных обработчиков взаимодействия с объектами и логики обработки состояний подключений.
• Программная реализация сетевых механизмов: полная симуляция работы базовых сетевых протоколов и функций [3; 4; 7], VLAN и интерфейсы SVI, DHCP-сервер, ping (ICMP), port mirroring, rate limiting и логирование событий

Таким образом, исследование основывается на глубокой технической проработке архитектуры системы, создании полной функциональной модели сетевого устройства в виртуальной среде и последующей верификации её работы через CLI и Web-интерфейсы в условиях, приближённых к реальному оборудованию.

Результаты и их обсуждение

В рамках разработки была реализована полнофункциональная интерактивная 3D-лаборатория, обеспечивающая выполнение команд настройки сетевого оборудования в режиме реального времени. В таблице 1 представлены ключевые программные компоненты системы.

Таблица 1.

Функциональные компоненты программной среды

Для демонстрации возможностей лаборатории были разработаны последовательные сценарии взаимодействия, включающие настройку сети и диагностику её состояния, представленные в таблице 2.

Таблица 2.

Основные этапы работы пользователя в 3D-симуляции

Для оценки качества реализации лаборатории проведён сравнительный анализ с существующими программными симуляторами — Cisco Packet Tracer и GNS3. Основное внимание уделялось возможности физического взаимодействия, визуальной обратной связи и гибкости пользовательского интерфейса.

Таблица 3.

Сравнение функциональности с другими симуляторами

Таким образом, проведённый анализ и практическое моделирование подтвердили корректность работы всех основных функций, высокую точность эмуляции и пригодность лаборатории для учебных целей.

Педагогическая значимость и прикладная применимость лабораторной среды

Разработанная интерактивная лаборатория на платформе Unity представляет собой инструмент современного цифрового образования, способствующий формированию устойчивых навыков в области сетевых технологий. Особое внимание в разработке уделено обеспечению полноты функционального моделирования, визуальной обратной связи и поддержки различных интерфейсов взаимодействия, что делает симулятор универсальным решением как для студентов, так и для преподавателей.

Основными преимуществами в образовательном процессе лаборатории являются:

1. Практическая приближённость к реальной инфраструктуре.
2. Интерактивность и визуальная наглядность.
3. Поддержка гибких интерфейсов взаимодействия.
4. Развитие технических и аналитических компетенций.

Заключение

Представленная интерактивная 3D-среда, реализованная на базе Unity, демонстрирует возможности современной симуляции сетевых технологий в образовательных целях. Проект объединяет элементы визуального моделирования, точной технической эмуляции и архитектурной модульности, обеспечивая функциональную полноту при обучении основам и практике построения сетевой инфраструктуры.

В рамках реализации были успешно воспроизведены ключевые механизмы, характерные для профессионального сетевого оборудования [2]. Все компоненты, включая DHCPHandler, SwitchSimulator, PingHandler, Terminal и другие, взаимодействуют в рамках единой программной экосистемы, построенной по принципу разделения ответственности (separation of concerns), что гарантирует стабильность, расширяемость и повторное использование модулей.

Особую значимость придаёт интеграция среды с REST API, построенным на Node.js, которая обеспечивает двустороннюю синхронизацию состояния компонентов, позволяет обмениваться данными с внешними системами, а также внедрять лабораторную среду в контексте DevOps- и SDN-практик, что открывает перспективы для подготовки студентов к работе в условиях гибридной ИТ-инфраструктуры и сетевой автоматизации.

Разработка может быть рекомендована для использования в образовательных учреждениях различного уровня подготовки — от колледжей до университетов, а также в корпоративной подготовке специалистов по направлениям «Сетевые технологии», «Информационная безопасность», «Системное администрирование» и «Инженерия программируемых сетей».

Список литературы:

1. Поляков А. В. Практика внедрения REST API в корпоративных ИТ-системах. — М.: ДМК Пресс, 2021. — 224 с.
2. Richardson L., Amundsen M. RESTful API Design. — O’Reilly Media, 2017. — 92 p.
3. Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP): RFC 2131. — IETF, 1997. — URL: https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2131  (дата обращения: 05.05.2025).
4. Stallings W. Data and Computer Communications. — 10th ed. — Boston: Pearson, 2018. — 912 p.
5. Tanenbaum A. S., Wetherall D. J. Computer Networks. — 5th ed. — Boston: Pearson, 2013. — 960 p.
6. Unity Technologies. Unity User Manual & Scripting API. — URL: https://docs.unity.com (дата обращения: 07.05.2025).
7. IEEE Standards Association. IEEE Std 802.1Q-2018: IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks—Bridges and Bridged Networks. — New York: IEEE, 2018. — 656 p.