VMware虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

余先虎

摘 要： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生應(yīng)用能力和學(xué)習(xí)興趣的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。利用虛擬機(jī)技術(shù)在單機(jī)上搭建網(wǎng)絡(luò)的各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境有利于降低實(shí)驗(yàn)成本，也有利于學(xué)生自主開展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)操作。介紹了虛擬機(jī)概念和工作模式，對(duì)如何在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中應(yīng)用虛擬機(jī)軟件VMware來開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了具體、深入的探討。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)； 虛擬機(jī)； VMware； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程是高職計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的一門必修核心課程，課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性[1]。對(duì)于剛接觸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的高職學(xué)生而言，普遍認(rèn)為課程內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)上易產(chǎn)生畏難心理。學(xué)生所理解的網(wǎng)絡(luò)大都基于日常生活中的體驗(yàn)，如網(wǎng)站、QQ、網(wǎng)游、網(wǎng)絡(luò)電影等在線活動(dòng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)原理、網(wǎng)絡(luò)功能沒有概念。因此在教學(xué)中如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，消除學(xué)生畏難心理，改變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，是課程教學(xué)取得成功的關(guān)鍵。

在課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性、提高應(yīng)用能力和動(dòng)手能力十分重要的環(huán)節(jié)。課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要有組網(wǎng)硬件實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、管理等軟件應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，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(luò)、網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)管理、排除故障、Active Directory的安裝與配置、DNS的安裝與配置、Web服務(wù)器的配置、FTP服務(wù)器的配置、郵件服務(wù)器的配置等內(nèi)容[1]。一些硬件實(shí)驗(yàn)如制作水晶頭、交換機(jī)連接等需在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，但更多的一些網(wǎng)絡(luò)管理、配置等實(shí)驗(yàn)則可以在虛擬機(jī)軟件環(huán)境中模擬。

近年來，隨著高職院校的辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，很多高校由于受資金、技術(shù)、實(shí)驗(yàn)人員管理等各方面條件的限制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室不能滿足學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)需求。例如開展簡單的局域網(wǎng)組建實(shí)驗(yàn)，至少要為每組學(xué)生配備二臺(tái)PC、一臺(tái)交換機(jī)，這對(duì)學(xué)校來說是一筆不小的開銷。大多數(shù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室為了方便管理，都安裝了硬盤保護(hù)還原卡或者還原軟件，給學(xué)生做實(shí)驗(yàn)帶來了很大的限制，也給教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)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(jī)上安裝虛擬機(jī)軟件（VMware Workstation），構(gòu)建一個(gè)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相同的虛擬網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[2]。通過在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上安裝多個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)來模擬真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成網(wǎng)絡(luò)組建和網(wǎng)絡(luò)配置管理實(shí)驗(yàn)，這既能節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，也便于教師課堂講解，提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)效果，學(xué)生還可以用自己的計(jì)算機(jī)安排課外時(shí)間開展自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

1 虛擬機(jī)概述[3，5]

虛擬機(jī)（Virtual Machine）技術(shù)，就是用軟件模擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)。利用這種技術(shù)，可以在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的主操作系統(tǒng)上建立幾個(gè)同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這些虛擬機(jī)系統(tǒng)包含自己的虛擬CPU、RAM、硬盤和網(wǎng)絡(luò)接口卡。虛擬機(jī)是一種嚴(yán)密隔離的軟件容器，它可以運(yùn)行自己的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，就好像一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)一樣。虛擬機(jī)完全由軟件組成，不含任何硬件組件。因此，虛擬機(jī)具備物理硬件所沒有的很多獨(dú)特優(yōu)勢。操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算機(jī)都無法分辨虛擬機(jī)與物理機(jī)之間的差異，將它當(dāng)作一臺(tái)“真正的”計(jì)算機(jī)[4]。

目前主要的虛擬機(jī)軟件有VMware公司的VMware和Microsoft公司的Virtual PC。VMware是提供一套虛擬機(jī)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(gè)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(yuǎn)程Web管理和客戶端管理功能。

⑵ VMware-GSX-Server：需安裝在一個(gè)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(yuǎn)程Web管理和客戶端管理功能。

⑶ VMware-WorkStation：需安裝在一個(gè)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(yuǎn)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(jī)是一個(gè)在Windows或Linux系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，它可以模擬一個(gè)基于X86的標(biāo)準(zhǔn)PC環(huán)境。VMware Workstation為在單臺(tái)PC上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)提供最廣泛的客戶平臺(tái)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(xué)人員可利用VMware Workstation快速創(chuàng)建虛擬機(jī)，從而在安全、隔離的虛擬機(jī)中提供所需的課程實(shí)驗(yàn)環(huán)境、應(yīng)用程序和工具，為組建私有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境等提供了很大的方便。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，虛擬機(jī)還可以自動(dòng)還原到一個(gè)初始狀態(tài)，供下一組學(xué)員使用，這為我們?yōu)殚_展多次實(shí)驗(yàn)提供了方便。

2.2 VMware工作模式

VMware為虛擬機(jī)系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，主要有三種網(wǎng)絡(luò)工作模式：bridged（橋接模式）、NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式）和host-only（主機(jī)模式）。

⑴ Bridged（橋接模式）：在bridged模式下，虛擬機(jī)就像是局域網(wǎng)中的一臺(tái)獨(dú)立的主機(jī)，它可以訪問網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)機(jī)器。虛擬機(jī)和宿主機(jī)器的關(guān)系，就像連接在同一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)上的兩臺(tái)電腦。想讓它們相互通訊，虛擬機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置和宿主機(jī)系統(tǒng)必須一致，這樣虛擬系統(tǒng)才能和宿主機(jī)器進(jìn)行通信。

⑵ Host-only（主機(jī)模式）：在host-only模式中，所有的虛擬系統(tǒng)（可以是一臺(tái)或者多臺(tái)）是可以相互通信的，但虛擬系統(tǒng)和真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)是被隔離開的。虛擬機(jī)和宿主機(jī)之間，相當(dāng)于這兩臺(tái)機(jī)器通過雙絞線互連，同時(shí)各臺(tái)虛擬機(jī)（同時(shí)運(yùn)行的話）之間相當(dāng)于連接在同一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)上機(jī)器，可以互相通信。虛擬機(jī)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(guān)地址、DNS服務(wù)器等），設(shè)置為“自動(dòng)獲取”，這些配置信息都是由VMnet1（host-only）虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器來動(dòng)態(tài)分配的。虛擬機(jī)系統(tǒng)要與其他虛擬系統(tǒng)通信的話，雙方都可手工設(shè)置IP并配置為同一網(wǎng)段，或者“自動(dòng)獲取”也可。

⑶ NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式）：使用NAT模式，就是讓虛擬機(jī)系統(tǒng)借助VMWare提供的NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）功能，通過宿主機(jī)器所在的網(wǎng)絡(luò)來訪問公網(wǎng)。也就是說，使用NAT模式可以實(shí)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(jī)系統(tǒng)的TCP/IP配置必須設(shè)置為“自動(dòng)獲取”，因?yàn)榇伺渲眯畔⑹怯蒝Mnet8（NAT）虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器提供的，不能手工修改，同時(shí)，虛擬機(jī)系統(tǒng)也就無法和本局域網(wǎng)中的其他真實(shí)主機(jī)直接進(jìn)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(jī)是怎么上網(wǎng)的，只要宿主機(jī)器能訪問互聯(lián)網(wǎng)即可。

3 應(yīng)用Vmware進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本步驟[3]

3.1 創(chuàng)建虛擬機(jī)

在物理主機(jī)上安裝好VMware Workstation軟件后就可以創(chuàng)建虛擬機(jī)了，創(chuàng)建虛擬機(jī)的方法主要有兩種，一種是利用向?qū)?chuàng)建虛擬機(jī)，另一種是利用已有的虛擬機(jī)進(jìn)行克隆創(chuàng)建。對(duì)于機(jī)房實(shí)驗(yàn)室而言，先安裝好一臺(tái)機(jī)器，再采用克隆方法批量處理，這將會(huì)大大提高機(jī)房的管理效率。

3.2 配置虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)

VMware提供了一些虛擬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和多種聯(lián)網(wǎng)方式，利用這些虛擬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和聯(lián)網(wǎng)方式，我們可以構(gòu)建不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)，完成各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)[2]。

VMware安裝完成后，會(huì)在宿主機(jī)（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(luò)連接里可以看到。VMware Network Adapter VMnet1，這是Host用于與Host-Only虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(luò)進(jìn)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(luò)連接方式：橋接、網(wǎng)絡(luò)地址翻譯、僅主機(jī)和自定義。

3.3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇聯(lián)網(wǎng)方式

VMware提供了10個(gè)虛擬交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，VMnet0—VMnet9，這些設(shè)備可以充當(dāng)交換機(jī)使用。在具體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可根據(jù)不同的需要，選擇不同的聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行設(shè)置。

⑴ Bridged（橋接）方式。虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)連接到VMnet0交換機(jī)上，只要將虛擬機(jī)IP地址設(shè)置為和主機(jī)IP地址同一網(wǎng)段，在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，虛擬機(jī)就和物理主機(jī)擁有同樣的地位。虛擬機(jī)可以訪問真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中的共享資源。

⑵ NAT（網(wǎng)絡(luò)地址翻譯）方式。當(dāng)物理主機(jī)可以連接到外網(wǎng)，但是我們?cè)谕饩W(wǎng)上無法為虛擬機(jī)獲得一個(gè)IP地址，我們可以采用該種模式，讓虛擬機(jī)通過物理主機(jī)連接到Internet。

⑶ Host-only（僅主機(jī)）方式選擇該方式后，虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)與VMnet1交換機(jī)進(jìn)行連接，將產(chǎn)生隔離其他網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，只有主機(jī)和虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的虛擬機(jī)可以通信。在不需要上外網(wǎng)的情況，只是用于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)時(shí)，建議采用這種方式。

4 應(yīng)用VMware進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)

搭建好VMware實(shí)驗(yàn)環(huán)境后，可以進(jìn)行多各組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)驗(yàn)。下面對(duì)以Windows Server 2003組網(wǎng)在虛擬機(jī)中開展的主要實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)作一介紹。

實(shí)驗(yàn)1：Windows Server2003的安裝與配置，對(duì)等網(wǎng)的組建和設(shè)置實(shí)驗(yàn)，工作組創(chuàng)建、組帳戶管理等。

實(shí)驗(yàn)2：用戶工作環(huán)境管理，主要包括創(chuàng)建域和組織單位，計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)3：網(wǎng)絡(luò)病毒的防范。包括網(wǎng)絡(luò)防毒軟件的安裝配置、遠(yuǎn)程殺毒等。

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)5：配置入侵檢測。包括各種入侵方式的試驗(yàn)和配置管理。

實(shí)驗(yàn)6：補(bǔ)丁管理。包括通過WSUS服務(wù)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)丁的集中管理和部署。

實(shí)驗(yàn)7：Web和FTP服務(wù)器的設(shè)置實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)8：配置DHCP服務(wù)，DNS服務(wù)，WINS服務(wù)，文件和打印服務(wù)器等。

5 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用課程是一門理論與實(shí)踐并重的綜合性的課程，要學(xué)好這門課程，需要有較深的理論知識(shí)作為基礎(chǔ)，同時(shí)注重網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。通過在教學(xué)中引入VMware虛擬機(jī)軟件構(gòu)建的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，明顯提高了教學(xué)效果，有助于緩解學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問題。通過虛擬機(jī)VMware搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以讓所有的實(shí)驗(yàn)操作在虛擬環(huán)境下無損害地重復(fù)進(jìn)行，能完成原先一些因?qū)嶒?yàn)條件和經(jīng)費(fèi)投入等原因無法開展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，極大地豐富了課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。利用虛擬機(jī)技術(shù)開展各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生利用課外時(shí)間自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，將大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，有利于課程教學(xué)更好的開展。VMware等虛擬化技術(shù)的推廣和應(yīng)用將對(duì)課程教學(xué)產(chǎn)生積極的影響，值得進(jìn)一步探索和實(shí)踐。

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