高職院校Linux教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)研究

吳培飛 沈海娟 申毅

摘要： 對(duì)虛擬機(jī)技術(shù)進(jìn)行了分析，闡述了虛擬機(jī)可以提高效率、節(jié)約資源，是解決高職院校Linux教學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效手段的理由。介紹了用VMware Workstation和Packet Tracer相結(jié)合來(lái)創(chuàng)建Linux系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的操作步驟，同時(shí)提出了Linux虛擬機(jī)中可做的常規(guī)實(shí)驗(yàn)及利用Packet Tracer完善Linux一體化教學(xué)的方法。

關(guān)鍵詞： 虛擬機(jī)； 虛擬技術(shù)； Linux； 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)； 設(shè)備仿真

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1006-8228(2012)05-26-03

The research of linux teaching experimental platform in high vocational colleges

Wu Peifei, Shen Haijuan, Shen Yi

（Dept. of Information & Electronics, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018, China）

Abstract： The article, through analyzing the technology of visual PC, points out that its use can improve the efficiency, save resources, as a result, is the best way to satisfy demand of linux teaching experiments conducted in high vocational colleges. It also specifies the operative steps, which constructs linux experimental platform by VMware workstation and Packet Tracer, meanwhile lists the routine tests done in Linux visual PC and perfect methods of linux integrated teaching by Packet Tracer.

Key words： visual PC； visual technology； Linux； experimental platform； device simulation

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)操作系統(tǒng)的應(yīng)用由Win2000 Professional、Winxp、Win2000 Server一統(tǒng)天下的局面轉(zhuǎn)變?yōu)閃indows系統(tǒng)與Unix、Linux等共存的局面。最近幾年，由于Linux的開源性，使得其在網(wǎng)站服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、操作系統(tǒng)教學(xué)中的使用愈來(lái)愈普及，在企業(yè)中基于Linux的應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越多，在IT外包服務(wù)中地位日益突出，在各種考研及考證中份量不斷增加。這些都要求在計(jì)算機(jī)教學(xué)中加強(qiáng)Linux的教學(xué)。

Linux實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)是Linux教學(xué)中的重要一環(huán)，是學(xué)生快速獲取知識(shí)和技能的最佳途徑，真實(shí)情景的實(shí)訓(xùn)更是提高實(shí)踐技能和教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。然而，現(xiàn)在很多地區(qū)的高職院校受資金、技能、教學(xué)硬件等各方面因素的影響和制約，仍缺乏一整套完善的、高性價(jià)比的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。

Linux操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)資源有限、實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)難以組織，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涉及系統(tǒng)分區(qū)寫保護(hù)、構(gòu)建不同操作系統(tǒng)環(huán)境、對(duì)磁盤進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境狀態(tài)恢復(fù)等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，本文用VMware和Packet Tracer相結(jié)合的方法，來(lái)構(gòu)建Linux虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以達(dá)到教學(xué)演示與學(xué)生實(shí)踐同步的目的，為L(zhǎng)inux實(shí)踐教學(xué)提供一種有效的輔助工具，緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地不足的問(wèn)題，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全性，降低實(shí)驗(yàn)室的管理和維護(hù)難度。利用VMware虛擬機(jī)來(lái)模擬操作系統(tǒng)或者比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，學(xué)生在虛擬的操作系統(tǒng)環(huán)境中進(jìn)行操作，熟悉新操作和新技術(shù)，能達(dá)到事半功倍的效果。

1 VMware和Packet Tracer簡(jiǎn)介

VMware是一個(gè)虛擬機(jī)軟件，運(yùn)行在Windows平臺(tái)或者Linux平臺(tái)上。它可以在現(xiàn)有的真實(shí)操作系統(tǒng)上虛擬出若干新的虛擬操作系統(tǒng)（只要內(nèi)存足夠大），同時(shí)，它又擁有自己獨(dú)立的CPU、硬盤、內(nèi)存及各個(gè)硬件（當(dāng)然這些都是虛擬出來(lái)的）。虛擬系統(tǒng)的CPU通過(guò)i386的保護(hù)模式實(shí)現(xiàn)，而硬盤其實(shí)就是獨(dú)立主機(jī)上的一個(gè)文件。

Packet Tracer是由Cisco公司發(fā)布的一個(gè)輔助教學(xué)工具軟件，可以為網(wǎng)絡(luò)初學(xué)者提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、模擬配置和網(wǎng)絡(luò)故障排除的仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)，能夠支持學(xué)生和教師建立仿真、虛擬活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型。學(xué)生可在系統(tǒng)的圖形用戶界面上直接使用拖拽方法建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，可以配置仿真設(shè)備。系統(tǒng)可提供數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的詳細(xì)處理過(guò)程以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

2 用VMware和Packet Tracer構(gòu)建Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

VMware版本較多，目前應(yīng)用較為廣泛的版本是VMware workstation 6.x。該版本建議使用Intel或AMD處理器、主頻大于733MHZ、內(nèi)存512MB以上以及不少于1GB的可用磁盤空間。

2.1 創(chuàng)建Linux虛擬機(jī)

第一步：?jiǎn)?dòng)VMware，在其主界面“主頁(yè)”標(biāo)簽頁(yè)中點(diǎn)擊“新建虛擬機(jī)”按鈕打開新建向?qū)А?/p>

第二步：?jiǎn)螕簟跋乱徊健卑粹o，進(jìn)入虛擬機(jī)配置界面。這里有兩個(gè)選擇：一是“典型”方式，VMware根據(jù)虛擬機(jī)的用途自動(dòng)調(diào)整配置；二是“自定義”方式，用戶可自行設(shè)置虛擬機(jī)的主要參數(shù)。典型方式要比自定義方式簡(jiǎn)單，但缺少一定的靈活性。為方便起見，這里我們選擇典型方式。

第三步：?jiǎn)螕簟跋乱徊健卑粹o，進(jìn)入虛擬機(jī)操作系統(tǒng)選擇界面，可以看到Windows、Linux、Novell等多種不同的系統(tǒng)。這里我們點(diǎn)選“Linux”。Linux又分為多種版本，這里我們選擇“Red Hat Linux”項(xiàng)。

第四步：?jiǎn)螕簟跋乱徊健?。在接下?lái)的界面中，可以為這個(gè)新的虛擬機(jī)取一個(gè)名稱(本例為“Red Hat Linux”)，并在“定位”中選擇虛擬機(jī)的保存位置。

每個(gè)虛擬機(jī)都會(huì)產(chǎn)生多個(gè)特別格式的文件，所以最好為每個(gè)虛擬機(jī)創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的文件夾，如Linux就放到“Linux”文件夾、Windows 98就放到“Win98”文件夾中，這樣便于以后備份和恢復(fù)虛擬機(jī)。

第五步：?jiǎn)螕簟跋乱徊健?。在網(wǎng)絡(luò)類型界面中共有四個(gè)選項(xiàng):“使用橋接網(wǎng)絡(luò)”，“使用網(wǎng)絡(luò)地址翻譯(NAT)”，“僅使用主機(jī)網(wǎng)絡(luò)”，“不使用網(wǎng)絡(luò)連接”。網(wǎng)絡(luò)連接方式可以隨時(shí)修改，因此在這里可先任意選一種。

第六步：?jiǎn)螕簟跋乱徊健?，此時(shí)會(huì)要求用戶設(shè)置硬盤的大小。軟件默認(rèn)大小為4GB，硬盤可根據(jù)現(xiàn)有空間的實(shí)際情況增大或減小。單擊“完成”按鈕返回VMware主界面，將看到主界面上多了一個(gè)“Red Hat Linux”標(biāo)簽頁(yè)，其中有這臺(tái)新建虛擬機(jī)各種配置的顯示。

第七步：為這臺(tái)虛擬機(jī)安裝Linux操作系統(tǒng)，讓它像真正的計(jì)算機(jī)一樣工作。安裝之前，先要設(shè)置一下虛擬機(jī)的光驅(qū)。在界面中，雙擊“設(shè)備”下的“CD-ROM”項(xiàng)，打開配置窗口。

本例使用的是Linux安裝光盤，因此點(diǎn)擊選中“使用物理驅(qū)動(dòng)器”項(xiàng)，并在下拉列表中選擇正確的光驅(qū)盤符(本例中的光驅(qū)盤符為“J”)。如果是從網(wǎng)上下載的ISO安裝映像文件，則點(diǎn)選“使用ISO映像”項(xiàng)，并通過(guò)“瀏覽”按鈕選擇下載所得的安裝映像文件。設(shè)置完畢，單擊“確定”按鈕。

第八步：將Red Hat Linux安裝光盤放入光驅(qū)中(如果選的是“使用ISO映像”方式則不需此步驟)，點(diǎn)擊主界面“命令”中的“啟動(dòng)這虛擬機(jī)”，或直接點(diǎn)擊工具欄上的綠色三角形按鈕，這就像打開了真實(shí)電腦的電源開關(guān)一樣，虛擬機(jī)啟動(dòng)。

2.2 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

VMware Workstation安裝完成后，會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建10個(gè)虛擬設(shè)備VMnet0-VMnet9,相當(dāng)于10個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，其中VMnet0、VMnet1和VMnet8都有專門的用途，而其他7個(gè)虛擬設(shè)備可在建立橋接網(wǎng)絡(luò)或定義網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用?？蛻魴C(jī)可以任意連接到這些虛擬的以太網(wǎng)交換機(jī)接口上。連接在相同虛擬設(shè)備上的客戶機(jī)可以看成是連接到同一交換機(jī)上的主機(jī)，因此，只要設(shè)置各客戶機(jī)的虛擬網(wǎng)卡連接到同一個(gè)虛擬設(shè)備，客戶機(jī)就可以組建一個(gè)虛擬的交換式以太網(wǎng)。

VMware Workstation提供了4種虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接模式：Bridged模式、NAT模式、Host-Only模式和Not Use模式。

2.2.1 Bridged模式

用這種方式，虛擬系統(tǒng)的IP可設(shè)置成與本機(jī)系統(tǒng)在同一網(wǎng)段，虛擬系統(tǒng)相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一臺(tái)獨(dú)立的機(jī)器，與本機(jī)共同插在一個(gè)HUB上，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機(jī)器可訪問(wèn)虛擬系統(tǒng)，虛擬系統(tǒng)也可訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機(jī)器。當(dāng)然與本機(jī)系統(tǒng)的雙向訪問(wèn)也不成問(wèn)題。

2.2.2 NAT模式

這種方式也可以實(shí)現(xiàn)本機(jī)系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)的雙向訪問(wèn)。但網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機(jī)器不能訪問(wèn)虛擬系統(tǒng)，虛擬系統(tǒng)可通過(guò)本機(jī)系統(tǒng)用NAT協(xié)議訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機(jī)器。

NAT方式的IP地址配置方法：虛擬系統(tǒng)先用DHCP自動(dòng)獲得IP地址，本機(jī)系統(tǒng)里的VMwareservices會(huì)為虛擬系統(tǒng)分配一個(gè)IP地址，之后如果想每次啟動(dòng)都用固定IP的話，在虛擬系統(tǒng)里直接設(shè)定這個(gè)IP即可。

2.2.3 Host-Only模式

顧名思義，這種方式只允許虛擬機(jī)和主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他機(jī)器不能訪問(wèn)虛擬系統(tǒng)，虛擬系統(tǒng)也不能訪問(wèn)其他機(jī)器。

2.2.4 Not Use模式

不使用網(wǎng)絡(luò)，虛擬系統(tǒng)為一個(gè)單機(jī)。

一般來(lái)說(shuō)，Bridged方式最方便好用。但如果本機(jī)系統(tǒng)是Windows而網(wǎng)線沒插或者根本沒有網(wǎng)卡，網(wǎng)絡(luò)很可能不可用，此時(shí)就只能用NAT方式或Host-Only。

2.3 用Packet Tracer實(shí)現(xiàn)設(shè)備配置仿真

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置在Linux網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力極為重要。采用仿真軟件對(duì)設(shè)備的配置進(jìn)行模擬仿真，不僅可讓貧困地區(qū)的高校節(jié)約資金，還可讓每個(gè)學(xué)生都能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。思科公司在Packet Tracer軟件中把相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都做成了模型，其設(shè)置步驟和功能與實(shí)際中的思科設(shè)備幾乎沒有差別。在Packet Tracer5.2里有路由、二層交換機(jī)、三層交換機(jī)、無(wú)線等設(shè)備模型，對(duì)這些模型還可以添加相應(yīng)的模塊。利用Packet Tracer5.2可以構(gòu)建以下實(shí)驗(yàn)：(1)配置cisco交換機(jī)，(2)配置vlan，(3)cisco vtp，(4)stp生成樹協(xié)議，(5)wlan，(6)配置單個(gè)的路由器，（7)配置靜態(tài)路由，(8)配置動(dòng)態(tài)路由rip，(9)配置單區(qū)域ospf，(10)路由器實(shí)現(xiàn)vlan間通信，(11)ppp協(xié)議，(12)幀中繼，(13)基于端口的nat轉(zhuǎn)換，(14)acl簡(jiǎn)單的配置，(15)dhcp配置等實(shí)驗(yàn)。

3 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在Linux實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

Linux虛擬機(jī)的實(shí)驗(yàn)可分為L(zhǎng)inux基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)驗(yàn)。

通?？芍苯幼龅幕A(chǔ)實(shí)驗(yàn)有以下五類：

⑴ Linux常用命令練習(xí)，如文件操作、目錄操作、包文件處理等實(shí)驗(yàn)；

⑵ 管道、重定向、打包、壓縮、解壓等操作的實(shí)驗(yàn)；

⑶ 用戶的創(chuàng)建、密碼修改、組的創(chuàng)建、組管理員的設(shè)定等操作的實(shí)驗(yàn)；

⑷ 操作系統(tǒng)課中C語(yǔ)言程序的編譯與運(yùn)行實(shí)驗(yàn)；

⑸ 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)置實(shí)驗(yàn)。

復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)驗(yàn)有以下八類：

⑴ SAMBA服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑵ DNS服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑶ DHCP服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑷ APACHE服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑸ FTP服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑹ MYSQL服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑺ 郵件服務(wù)器設(shè)置實(shí)驗(yàn)；

⑻ 包過(guò)濾防火墻的設(shè)置實(shí)驗(yàn)。

4 利用Packet Tracer完善Linux一體化教學(xué)

4.1 Packet Tracer輔助Linux理論教學(xué)

Linux基礎(chǔ)知識(shí)中有許多比較抽象，如網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、路由原理等，學(xué)生不易理解和掌握。利用Packet Tracer軟件設(shè)計(jì)出一些相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，可以使一些枯燥的理論形象化。如講解子網(wǎng)掩碼的作用時(shí)，對(duì)于將子網(wǎng)掩碼和主機(jī)IP進(jìn)行“And”運(yùn)算就能得出網(wǎng)絡(luò)地址這一內(nèi)容，就可用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明：如圖1，配置PC0、PC1的IP地址為192.168.1.1和192.168.1.2，配置PC2、PC3的IP地址為192.168.2.1和192.168.2.2，子網(wǎng)掩碼均為255.255.255.0。將各主機(jī)的IP分別與其掩碼進(jìn)行“And”運(yùn)算，可得出：PC0和PC1的網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.1.0, PC2和PC3的網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.2.0。它們之間通過(guò)二層交換機(jī)連接，所以PC0和PC1連通，PC2和PC3連通，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間不通。在Linux理論教學(xué)中，穿插Packet Tracer設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證，可以增強(qiáng)理論教學(xué)的實(shí)效性。

圖1驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)地址實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

4.2 Packet Tracer應(yīng)用于Linux實(shí)踐教學(xué)

在Linux課程中采用Packet Tracer軟件，可以真正使“教、學(xué)、做”合為一體。學(xué)生能從實(shí)踐課程中獲得大量的自由組裝和配置訓(xùn)練，提高動(dòng)手能力。例如可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靜態(tài)路由的實(shí)驗(yàn)，在Packet Tracer中選擇相應(yīng)設(shè)備構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，在這兩臺(tái)路由器命令行下配置靜態(tài)路由命令：Router(config)#ip route [目的網(wǎng)絡(luò)][掩碼][下一跳IP地址]，測(cè)試PC0和PC1連通。還可讓學(xué)生在Simulation模式下查看詳細(xì)OSI模型、Outbound PDU信息等。這種傳統(tǒng)課件和真實(shí)環(huán)境無(wú)法提供的高級(jí)功能，能使學(xué)生加深對(duì)Linux網(wǎng)絡(luò)原理的理解。

圖2路由實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

利用VMware和Packet Tracer進(jìn)行仿真Linux實(shí)訓(xùn)教學(xué)，效果直觀，學(xué)生印象深刻，能將既學(xué)的理論知識(shí)直接應(yīng)用到實(shí)踐操作中，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)際動(dòng)手能力和主動(dòng)性，使他們更樂于去探究、發(fā)現(xiàn)、思考和解決Linux課程中遇到的問(wèn)題。利用VMware和Packet Tracer相結(jié)合構(gòu)建的Linux虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)，不但降低了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投入成本，而且可以讓學(xué)生反復(fù)模擬、強(qiáng)化各種Linux網(wǎng)絡(luò)技能訓(xùn)練，極大提高了Linux實(shí)訓(xùn)效果。該平臺(tái)具有廣泛的推廣價(jià)值。

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