余先虎

摘 要： 計算機網(wǎng)絡應用課程的實驗教學是提高學生應用能力和學習興趣的重要教學環(huán)節(jié)。利用虛擬機技術在單機上搭建網(wǎng)絡的各種實驗環(huán)境有利于降低實驗成本，也有利于學生自主開展網(wǎng)絡實驗操作。介紹了虛擬機概念和工作模式，對如何在計算機網(wǎng)絡課程教學中應用虛擬機軟件VMware來開展實驗教學進行了具體、深入的探討。

關鍵詞： 計算機網(wǎng)絡； 虛擬機； VMware； 實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）06-20-03

Application of VMware virtual machine in experimental teaching of network

Yu Xianhu

（Ningbo Radio and TV University， Ningbo， Zhejiang 315016， China）

Abstract： The experimental teaching of computer network application is an important part in increasing the application ability and learning interest of students. It can not only lower the cost of experiments when using virtual machine techniques to establish network in single computer， but also is conducive for the students to carry out network experimental operation independently. The concept of virtual machine and its work patterns are introduced in this paper. It is discussed in detail how to apply virtual machines software VMware in the teaching of computer network to carry out the experimental teaching.

Key words： computer networks； virtual machine； VMware； experimental teaching

0 引言

計算機網(wǎng)絡應用課程是高職計算機應用技術專業(yè)的一門必修核心課程，課程具有較強的理論性和實踐性[1]。對于剛接觸計算機網(wǎng)絡課程的高職學生而言，普遍認為課程內(nèi)容抽象，學習上易產(chǎn)生畏難心理。學生所理解的網(wǎng)絡大都基于日常生活中的體驗，如網(wǎng)站、QQ、網(wǎng)游、網(wǎng)絡電影等在線活動，對網(wǎng)絡原理、網(wǎng)絡功能沒有概念。因此在教學中如何激發(fā)學生的學習積極性，消除學生畏難心理，改變學生被動學習的現(xiàn)狀，是課程教學取得成功的關鍵。

在課程教學中，實驗教學是激發(fā)學生學習興趣、調(diào)動學習積極性、提高應用能力和動手能力十分重要的環(huán)節(jié)。課程實驗教學主要有組網(wǎng)硬件實驗和網(wǎng)絡設置、管理等軟件應用實驗，包括局域網(wǎng)組建管理、網(wǎng)線連接、安裝系統(tǒng)、連接網(wǎng)絡、網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡管理、排除故障、Active Directory的安裝與配置、DNS的安裝與配置、Web服務器的配置、FTP服務器的配置、郵件服務器的配置等內(nèi)容[1]。一些硬件實驗如制作水晶頭、交換機連接等需在實驗室進行，但更多的一些網(wǎng)絡管理、配置等實驗則可以在虛擬機軟件環(huán)境中模擬。

近年來，隨著高職院校的辦學規(guī)模不斷擴大，很多高校由于受資金、技術、實驗人員管理等各方面條件的限制，計算機網(wǎng)絡實驗室不能滿足學生的網(wǎng)絡實驗需求。例如開展簡單的局域網(wǎng)組建實驗，至少要為每組學生配備二臺PC、一臺交換機，這對學校來說是一筆不小的開銷。大多數(shù)學校的實驗室為了方便管理，都安裝了硬盤保護還原卡或者還原軟件，給學生做實驗帶來了很大的限制，也給教師準備實驗環(huán)境帶來了困難。為了解決這些問題，一種比較好的解決方案就是在單機上安裝虛擬機軟件（VMware Workstation），構建一個與真實網(wǎng)絡環(huán)境相同的虛擬網(wǎng)絡教學、實驗平臺[2]。通過在一臺物理計算機上安裝多個虛擬計算機來模擬真實的網(wǎng)絡環(huán)境，從而在一臺計算機上完成網(wǎng)絡組建和網(wǎng)絡配置管理實驗，這既能節(jié)約實驗成本，也便于教師課堂講解，提高計算機網(wǎng)絡課程的教學效果，學生還可以用自己的計算機安排課外時間開展自主實驗學習。

1 虛擬機概述[3，5]

虛擬機（Virtual Machine）技術，就是用軟件模擬現(xiàn)實的計算機系統(tǒng)的技術。利用這種技術，可以在現(xiàn)有計算機的主操作系統(tǒng)上建立幾個同構或異構的虛擬計算機系統(tǒng)，這些虛擬機系統(tǒng)包含自己的虛擬CPU、RAM、硬盤和網(wǎng)絡接口卡。虛擬機是一種嚴密隔離的軟件容器，它可以運行自己的操作系統(tǒng)和應用程序，就好像一臺物理計算機一樣。虛擬機完全由軟件組成，不含任何硬件組件。因此，虛擬機具備物理硬件所沒有的很多獨特優(yōu)勢。操作系統(tǒng)、應用程序和網(wǎng)絡中的其他計算機都無法分辨虛擬機與物理機之間的差異，將它當作一臺“真正的”計算機[4]。

目前主要的虛擬機軟件有VMware公司的VMware和Microsoft公司的Virtual PC。VMware是提供一套虛擬機解決方案的軟件公司，其主要產(chǎn)品分為：

⑴ VMware-ESX-Server：不需要操作系統(tǒng)的支持，本身就是一個操作系統(tǒng)，用來管理硬件資源。所有的系統(tǒng)都安裝在它的上面。帶有遠程Web管理和客戶端管理功能。

⑵ VMware-GSX-Server：需安裝在一個操作系統(tǒng)下，該操作系統(tǒng)可以是Windows 2000 Server以上的Windows系統(tǒng)，或者是Linux（官方支持列表中只有RH，SUSE，Mandrake很少的幾種）。帶有遠程Web管理和客戶端管理功能。

⑶ VMware-WorkStation：需安裝在一個操作系統(tǒng)下，該操作系統(tǒng)的要求是Windows 2000以上或者Linux。沒有Web遠程管理和客戶端管理。

2 VMWware WorkStation介紹[5]

2.1 VMware Workstation簡介

VMware Workstation虛擬機是一個在Windows或Linux系統(tǒng)上運行的應用程序，它可以模擬一個基于X86的標準PC環(huán)境。VMware Workstation為在單臺PC上同時運行多個操作系統(tǒng)提供最廣泛的客戶平臺支持。VMware Workstation可支持200多款操作系統(tǒng)，其中包括Windows 7、Windows Server2008 R2和其他20多種版本的Windows系統(tǒng)，以及Redhat、Ubuntu、OpenSuse和26款其他版本的Linux。

教學人員可利用VMware Workstation快速創(chuàng)建虛擬機，從而在安全、隔離的虛擬機中提供所需的課程實驗環(huán)境、應用程序和工具，為組建私有網(wǎng)絡，實驗測試環(huán)境等提供了很大的方便。每次實驗結束后，虛擬機還可以自動還原到一個初始狀態(tài)，供下一組學員使用，這為我們?yōu)殚_展多次實驗提供了方便。

2.2 VMware工作模式

VMware為虛擬機系統(tǒng)提供了強大的網(wǎng)絡功能，主要有三種網(wǎng)絡工作模式：bridged（橋接模式）、NAT（網(wǎng)絡地址轉換模式）和host-only（主機模式）。

⑴ Bridged（橋接模式）：在bridged模式下，虛擬機就像是局域網(wǎng)中的一臺獨立的主機，它可以訪問網(wǎng)內(nèi)任何一臺機器。虛擬機和宿主機器的關系，就像連接在同一個交換網(wǎng)絡上的兩臺電腦。想讓它們相互通訊，虛擬機系統(tǒng)的網(wǎng)絡配置和宿主機系統(tǒng)必須一致，這樣虛擬系統(tǒng)才能和宿主機器進行通信。

⑵ Host-only（主機模式）：在host-only模式中，所有的虛擬系統(tǒng)（可以是一臺或者多臺）是可以相互通信的，但虛擬系統(tǒng)和真實的網(wǎng)絡是被隔離開的。虛擬機和宿主機之間，相當于這兩臺機器通過雙絞線互連，同時各臺虛擬機（同時運行的話）之間相當于連接在同一個交換網(wǎng)絡上機器，可以互相通信。虛擬機系統(tǒng)要和宿主系統(tǒng)通信，必須把TCP/IP配置信息（如IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關地址、DNS服務器等），設置為“自動獲取”，這些配置信息都是由VMnet1（host-only）虛擬網(wǎng)絡的DHCP服務器來動態(tài)分配的。虛擬機系統(tǒng)要與其他虛擬系統(tǒng)通信的話，雙方都可手工設置IP并配置為同一網(wǎng)段，或者“自動獲取”也可。

⑶ NAT（網(wǎng)絡地址轉換模式）：使用NAT模式，就是讓虛擬機系統(tǒng)借助VMWare提供的NAT（網(wǎng)絡地址轉換）功能，通過宿主機器所在的網(wǎng)絡來訪問公網(wǎng)。也就是說，使用NAT模式可以實現(xiàn)在虛擬系統(tǒng)里訪問互聯(lián)網(wǎng)，但是NAT模式下虛擬機系統(tǒng)的TCP/IP配置必須設置為“自動獲取”，因為此配置信息是由VMnet8（NAT）虛擬網(wǎng)絡的DHCP服務器提供的，不能手工修改，同時，虛擬機系統(tǒng)也就無法和本局域網(wǎng)中的其他真實主機直接進行通訊。采用NAT模式最大的優(yōu)勢是虛擬系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)非常簡單，不需要知道宿主機是怎么上網(wǎng)的，只要宿主機器能訪問互聯(lián)網(wǎng)即可。

3 應用Vmware進行網(wǎng)絡實驗教學的基本步驟[3]

3.1 創(chuàng)建虛擬機

在物理主機上安裝好VMware Workstation軟件后就可以創(chuàng)建虛擬機了，創(chuàng)建虛擬機的方法主要有兩種，一種是利用向導創(chuàng)建虛擬機，另一種是利用已有的虛擬機進行克隆創(chuàng)建。對于機房實驗室而言，先安裝好一臺機器，再采用克隆方法批量處理，這將會大大提高機房的管理效率。

3.2 配置虛擬機網(wǎng)絡

VMware提供了一些虛擬的網(wǎng)絡設備和多種聯(lián)網(wǎng)方式，利用這些虛擬的網(wǎng)絡設備和聯(lián)網(wǎng)方式，我們可以構建不同的虛擬網(wǎng)絡，完成各種網(wǎng)絡實驗[2]。

VMware安裝完成后，會在宿主機（Host）系統(tǒng)里產(chǎn)生兩張?zhí)摂M網(wǎng)卡，即VMware Network Adapter VMnet8和VMware Network Adapter VMnet1，在網(wǎng)絡連接里可以看到。VMware Network Adapter VMnet1，這是Host用于與Host-Only虛擬網(wǎng)絡進行通信的虛擬網(wǎng)卡。VMware Network Adapter VMnet8：這是Host用于與NAT虛擬網(wǎng)絡進行通信的虛擬網(wǎng)卡。在Windows系統(tǒng)中，最多可以安裝十塊虛擬網(wǎng)卡。每塊網(wǎng)卡有四種可選網(wǎng)絡連接方式：橋接、網(wǎng)絡地址翻譯、僅主機和自定義。

3.3 根據(jù)實驗要求，選擇聯(lián)網(wǎng)方式

VMware提供了10個虛擬交換機網(wǎng)絡設備，VMnet0—VMnet9，這些設備可以充當交換機使用。在具體的教學實驗中，可根據(jù)不同的需要，選擇不同的聯(lián)網(wǎng)方式進行設置。

⑴ Bridged（橋接）方式。虛擬機會自動連接到VMnet0交換機上，只要將虛擬機IP地址設置為和主機IP地址同一網(wǎng)段，在真實網(wǎng)絡中，虛擬機就和物理主機擁有同樣的地位。虛擬機可以訪問真實網(wǎng)絡中的共享資源。

⑵ NAT（網(wǎng)絡地址翻譯）方式。當物理主機可以連接到外網(wǎng)，但是我們在外網(wǎng)上無法為虛擬機獲得一個IP地址，我們可以采用該種模式，讓虛擬機通過物理主機連接到Internet。

⑶ Host-only（僅主機）方式選擇該方式后，虛擬機會自動與VMnet1交換機進行連接，將產(chǎn)生隔離其他網(wǎng)絡的獨立網(wǎng)絡，只有主機和虛擬網(wǎng)絡內(nèi)的虛擬機可以通信。在不需要上外網(wǎng)的情況，只是用于網(wǎng)絡實驗時，建議采用這種方式。

4 應用VMware進行網(wǎng)絡教學實驗

搭建好VMware實驗環(huán)境后，可以進行多各組網(wǎng)和網(wǎng)絡管理實驗。下面對以Windows Server 2003組網(wǎng)在虛擬機中開展的主要實驗和實訓作一介紹。

實驗1：Windows Server2003的安裝與配置，對等網(wǎng)的組建和設置實驗，工作組創(chuàng)建、組帳戶管理等。

實驗2：用戶工作環(huán)境管理，主要包括創(chuàng)建域和組織單位，計算機加入域等。利用組策略管理用戶工作環(huán)境；利用組策略部署軟件。

實驗3：網(wǎng)絡病毒的防范。包括網(wǎng)絡防毒軟件的安裝配置、遠程殺毒等。

實驗4：配置防火墻與入侵檢測。包括防火墻的安裝、配置、訪問策略建立、規(guī)則的發(fā)布等內(nèi)容。

實驗5：配置入侵檢測。包括各種入侵方式的試驗和配置管理。

實驗6：補丁管理。包括通過WSUS服務實現(xiàn)補丁的集中管理和部署。

實驗7：Web和FTP服務器的設置實驗。

實驗8：配置DHCP服務，DNS服務，WINS服務，文件和打印服務器等。

5 結束語

計算機網(wǎng)絡應用課程是一門理論與實踐并重的綜合性的課程，要學好這門課程，需要有較深的理論知識作為基礎，同時注重網(wǎng)絡實驗和實訓的學習和實踐。通過在教學中引入VMware虛擬機軟件構建的教學、實驗平臺，明顯提高了教學效果，有助于緩解學校實驗設備不足的問題。通過虛擬機VMware搭建實驗教學平臺，可以讓所有的實驗操作在虛擬環(huán)境下無損害地重復進行，能完成原先一些因實驗條件和經(jīng)費投入等原因無法開展的實驗內(nèi)容，極大地豐富了課程的實驗內(nèi)容。利用虛擬機技術開展各種網(wǎng)絡實驗，有助于學生利用課外時間自主進行實驗活動，將大大提高學生的學習興趣和自主學習能力，有利于課程教學更好的開展。VMware等虛擬化技術的推廣和應用將對課程教學產(chǎn)生積極的影響，值得進一步探索和實踐。

參考文獻：

[1] 吳功宜，吳英.計算機網(wǎng)絡應用技術教程[M].清華大學出版社，2009.

[2] 李捷.淺談虛擬機在計算機網(wǎng)絡教學中的應用[J].廣西輕工業(yè)，

2010.2.

[3] VMware 虛擬化入門.http：//www.vmware.com/cn/technology/

virtual-machine.html

[4] 劉真.虛擬機技術的復興[J].計算機工程與科學，2008.2.

[5] 虛擬機概念詳解.虛擬機之家，http：//www.xuniji.com.