VMware Workstation在計算機實驗教學中的應用探究
2014-04-29 00:00:00楊成輝
學園 2014年15期
【摘要】VMware Workstation軟件能很好地在一臺計算機上輕松模擬出多種獨立的操作系統(tǒng)和各種各樣的企業(yè)網絡環(huán)境，使學生能夠毫不受限地修改系統(tǒng)配置，并在單機系統(tǒng)上學習掌握企業(yè)網絡搭建和管理的各種實際操作技能，大大提高計算機實驗教學的有效性。
【關鍵詞】虛擬機實驗教學系統(tǒng)快照母盤和差異盤
【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2014）15－0135－03
研究表明：對知識的理解和掌握，通過親自動手實驗比只聽或只看要來得深刻。在計算機實驗教學中，尤其需要學生親自動手實驗，才能真正掌握各種操作技能。而在實際教學過程中，由于教學和機房管理的諸多矛盾，學生對電腦操作的很多權限被限制，導致很多實驗無法開展。學生做實驗的過程中，必不可少地會對系統(tǒng)和網絡進行修改，為了方便管理和維護，機房管理員往往會對電腦硬盤進行寫保護，以防止學生在使用過程中破壞系統(tǒng)文件，導致電腦出現(xiàn)故障而不能使用。這種機房管理方法對計算機部分專業(yè)課來講，會導致很多實驗無法開展，學生無法真正掌握計算機系統(tǒng)的深層次操作技能，以至于出現(xiàn)計算機專業(yè)的學生畢業(yè)后居然還不會安裝系統(tǒng)，不懂得如何設置主板BIOS。而且，受學校機房的條件限制，學生在單機系統(tǒng)也很難開展網絡搭建和配置的網絡實驗。
機房管理與實驗教學是互相矛盾的，假如機房管理嚴格，實驗教學時學生上機操作受到限制，導致學生學不到太多東西；但如果放開管理，每次課都會給管理員造成很大的維護負擔。針對這種矛盾，利用VMware Workstation軟件則能很好地解決這個問題，它可以在一臺計算機上輕松模擬出多種獨立的操作系統(tǒng)和各種各樣的企業(yè)網絡環(huán)境，使學生能夠毫不受限地修改系統(tǒng)配置，并在單機系統(tǒng)上學習掌握企業(yè)網絡搭建和管理的各種實際操作技能。
因此，通過VMware Workstation可以大大提高計算機實驗教學的有效性，對學生來講，既能完成網絡實驗，又不會對電腦造成任何破壞，對老師來講，也解決了備課時所需要的各種實驗環(huán)境和條件。
一 VMware Workstation在實驗教學中較實用的工具簡介
在計算機實驗教學中，教師經常需要借助其他軟件進行記錄操作過程和還原系統(tǒng)等操作，實際上，VMware Workstation軟件本身自帶了很多方便教學和實驗的工具，充分利用這些工具將大大提高課堂教學效率。
1．VMware Tools
VMware Tools是VMware虛擬機中自帶的一種增強工具，
在VMware虛擬機中安裝VMware Tools后，鼠標可以在主機與虛擬機之間自由切換（不用再按ctrl＋alt鍵），非常地方便和靈活，而且任何的文件和文件夾都可以在主機與虛擬機間任意的拖動，同時還能實現(xiàn)主機與虛擬機之間的文件共享。安裝VMware Tools后虛擬機能自動安裝顯卡驅動，虛擬機中的“桌面”分辨率會根據(jù)VMware Workstation窗口大小自動調整虛擬機窗口。
2．屏幕錄像
在日常教學過程中，經常需要將一些操作過程進行屏幕錄像，以便學生隨時觀看和回放。一般人都喜歡用“屏幕錄像專家”，其實VMware Workstation本身都具備這樣的功能，通過“虛擬機”菜單下“捕捉視頻”命令可以將虛擬機里的操作過程錄制下來，并以AVI格式的視頻文件保存。
3．系統(tǒng)快照
在VMware中組裝的虛擬機主要是用來做實驗和測試的，經常需要在修改虛擬機的配置后恢復到之前系統(tǒng)的一些狀態(tài)，如果通過重裝虛擬機的方法，那將浪費很多時間。利用快照功能，可以隨時將虛擬機所處的狀態(tài)進行備份，這樣在實驗中可以隨時恢復虛擬機的狀態(tài)。在創(chuàng)建快照時最好是在關閉虛擬機后再創(chuàng)建，如果在虛擬機運行時創(chuàng)建快照將占用更多的硬盤空間。
二 VMware Workstation在實驗教學中的應用
通過虛擬機來安裝操作系統(tǒng)、BIOS設置、系統(tǒng)管理、硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)恢復等實驗是比較基礎的教學應用，具體的操作也較簡單，在這里就不做敘述，下面主要介紹幾個較復雜的多臺虛擬機應用。
1．母盤和差異盤的應用
假如用VMware 搭建一個包含域的網絡環(huán)境，在這個環(huán)境中有四臺Windows Server 2003 Enterprise Edition，是一個域環(huán)境，一臺做DC，其他三臺是 Member Server，分別為：ISA Server，SQL Server 和Exchange Server。應該如何有效地搭建出此環(huán)境？
方法一：按要求分別安裝四臺VM。這種方法耗時長，實驗效率低，不適合于課堂教學。
方法二：先按要求安裝一臺VM，然后把安裝好的VM文件所在的文件夾復制三份，然后再做調用，這樣就可以產生四臺VM。這種方法雖然速度快，但也存在一些問題。因為簡單的復制調用會使這四臺VM的很多信息都一樣，比如計算機名稱、IP 地址等，最嚴重的是四臺VM具有相同的安全標識符（SID），SID一樣帶來的直接后果是：其他三臺VM沒辦法加入到域，因為域中不允許有一樣的SID，必須在每一臺VM中去掉SID重新生成新的SID后，才能搭建出上述的實驗環(huán)境，過程也比較繁瑣。
方法三：采用母盤和差異盤的方式創(chuàng)建VM。首先，創(chuàng)建母盤VM，利用windows光盤文件自帶的工具去掉母盤系統(tǒng)的SID，然后重新封裝，這樣母盤就做好了。利用母盤VM通過克隆的方式，只要簡單的幾步操作就可以生成一個和母盤VM硬件配置一樣的差異盤，并且每個差異盤VM具有不同的SID。采用母盤和差異盤的方式可以快捷地生成VM，而且還節(jié)約了磁盤空間。因為由母盤創(chuàng)建的多個差異盤VM是直接調用母盤的操作系統(tǒng)，節(jié)省了各個VM操作系統(tǒng)的空間。由于母盤已經把SID去掉，這樣每個差異盤在調用的時候都會重新生成 SID，用這種方法可以比較簡單和快捷地搭建所需的域環(huán)境。
2．基本網絡實驗
通過VMware Workstation中的“分組（Team）”功能，可以輕易地搭建出局域網的模擬環(huán)境，利用“分組（Team）”中的虛擬交換機將多個虛擬機加入到各個局域網，方便學生在單獨主機上完成各種網絡實驗。下面筆者通過列舉一個簡單的例子來講解VMware Workstation在網絡實驗中的應用，通過這個實驗，學生能夠親自搭建網絡環(huán)境，掌握DHCP和DNS服務器的安裝、配置及應用。
實驗所需準備的條件有Windows Server 2003、Windows XP和Windows7虛擬機各一臺。本實驗的網絡拓撲如圖1所示，實驗前先在VMware Workstation中新建“分組（Team）”，將三臺虛擬機添加到新建的“分組（Team）”中，完成實驗環(huán)境的組建。主要步驟如下：
圖1
VMware Workstation窗口中新建一個“分組（Team）”，在創(chuàng)建過程中添加已經安裝好的Windows Server 2003、Windows XP和Windows 7虛擬機，接著為“分組（Team）”添加專有的“LAN”，并讓“分組（Team）”中的虛擬機使用添加的“LAN”。實驗環(huán)境組建完后啟動“分組（Team）”中的所有虛擬機，就可以開始進行實驗了。
第一，DHCP實驗。（1）進入Windows Server 2003虛擬機，設置一個固定的IP地址192.168.1.1，設置子網掩碼為255.255.255.0。（2）進入“添加/刪除程序→添加/刪除Windows組件”，從“網絡服務”中添加“動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）”和“域名系統(tǒng)（DNS）”服務。（3）從“管理工具”中運行“DHCP”，新建一個作用域，并配置DHCP作用域參數(shù)。指定作用域名稱及描述信息；設置作用域開始IP為192.168.1.1，結束IP為192.168.1.254，子網掩碼為255.255.255.0；設置作用域需要排除的IP地址范圍為192.168.1.1至192.168.1.30；添加網關IP為192.168.1.1；添加DNS服務器域名及DNS服務器IP地址為192.168.1.1；并激活作用域。（4）進入Windows 7或XP虛擬機，在命令提示符下運行ipconfig/all命令，查看結果可知這兩臺虛擬機都從DHCP服務器上獲得相應的地址。
第二，DNS實驗。（1）進入Windows Server 2003虛擬機，運行DNS服務器。（2）通過新建DNS區(qū)域向導創(chuàng)建一個主要區(qū)域，指定區(qū)域名稱（dnstest.com）。（3）在新建的DNS區(qū)域中，創(chuàng)建名為www的主機記錄，對應IP地址為192.168.1.1。（4）進入Windows 7或XP虛擬機，在命令提示符下運行ipconfig命令，驗證在服務器上創(chuàng)建的主機記錄。
3．高級網絡實驗
三層交換機是目前企業(yè)網絡較為常見的網絡設備，將網絡劃分成若干子網也是網絡設置中常用的技術，如果在學校的實驗教學過程中能讓學生親自動手搭建網絡和配置三層交換機，完成多VLAN網絡實驗，對學生的理論知識和實驗技能的掌握有極大的幫助。下面筆者通過VMware Workstation舉例說明三層交換機的多VLAN網絡實驗。
實驗環(huán)境是模擬一個中小企業(yè)的網絡，劃分4個VLAN（每個端口連接一個不同的子網），網絡地址規(guī)劃如下表：
VLAN實驗地址規(guī)劃表
VLAN
名稱所用
端口子網端口地址子網掩碼網絡中PC
VLAN1端口1192.168.10.0192.168.10.1255.255.255.0服務器
VLAN2端口2192.168.20.0192.168.20.1255.255.255.0PC1、PC2
VLAN3端口3192.168.30.0192.168.30.1255.255.255.0PC3、PC4
VLAN24端口24192.168.90.0192.168.90.1255.255.255.0路由器
其中端口24連接路由器，路由器另一端連接互聯(lián)網，其他VLAN通過端口24連接的路由器訪問互聯(lián)網。網絡結構拓撲圖如圖2所示，端口1連接的服務器將運行DHCP服務器，并且為端口2、3所屬的VLAN分配IP地址和相關參數(shù)，路由器連接的互聯(lián)網通過VMware的VMnet8連接，下面根據(jù)網絡結構圖組建網絡實驗，主要步驟如下：
圖2實驗網絡拓撲圖
第一，組建網絡環(huán)境。（1）在主機上運行VMware Workstation，添加VMnet2、VMnet3、VMnet4虛擬網卡，并設置VMnet2為192.168.20.0、VMnet3為192.168.30.0、VMnet4為192.168.90.0，同時修改VMnet8為121.204.217.0，設置VMnet8網關為121.204.216.1。（2）創(chuàng)建名為“VLAN”的Team，并且在Team中，添加兩臺Server 2003克隆鏈接的虛擬機，分別命名為Server和Route，再添加兩臺XP克隆鏈接的虛擬機，分別命名為PC1、PC3，不需要創(chuàng)建Team中的LAN。（3）創(chuàng)建完Team后，首先編輯Team，為名為Route的虛擬機添加一塊網卡，然后將Route虛擬機順序調到最下面。（4）編輯Team中的虛擬機，設置Server虛擬機使用VMnet1網卡，PC1使用VMnet2網卡，PC3使用VMnet3網卡，Route虛擬機的第1塊網卡使用VMnet4，第2塊網卡使用VMnet8（即NAT網關）。按照圖2配置各虛擬網卡的IP地址和子網掩碼，同時對VMnet8網卡修改NAT選項卡的網關地址。
第二，主機路由器配置。（1）停止服務“VMware DHCP Service”和“Windows Firewall/Internet Connection Sharing（ICS）”，并將后者的服務屬性設為“禁用”。（2）從“管理工具”中運行“路由和遠程訪問”服務，將當前計算機設為“路由器”，在自定義配置中選擇“LAN路由”。
第三，對Team中的虛擬機進行設置。（1）啟動Team中的所有虛擬機，并根據(jù)圖2所示修改每個虛擬機的計算機名稱、IP地址、子網掩碼和網關等信息。（2）對Router虛擬機，修改第一塊網卡的網絡連接名稱為LAN，設置IP為內網地址192.168.90.90，修改第二塊網卡的網絡連接名稱為Internet，設置IP為外網地址121.204.217.78，網關121.204.216.1。設置每臺虛擬機的所有網卡DNS為218.85.157.99。（3）添加靜態(tài)路由。在Router虛擬機中，通過以下router命令，添加其他網段的靜態(tài)路由：Route –p add 192.168.10.0 mask 255.255.255.0 192.168.90.1；Route –p add 192.168.20.0 mask 255.255.255.0 192.168.90.1；Route –p add 192.168.30.0 mask 255.255.255.0 192.168.90.1。
第四，配置Server虛擬機為DHCP服務器。（1）進入Server虛擬機，通過“管理工具”運行DHCP服務器。（2）為PC1和PC3創(chuàng)建兩個作用域，第一個作用域地址范圍為192.168.20.20~192.168.20.30，網關為192.168.20.1，第二個作用域地址范圍為192.168.30.30~192.168.30.40，網關為192.168.30.1，DSN均為218.85.157.99。（3）返回到主機，打開“路由和遠程訪問”，右擊“常規(guī)”選擇“新增路由協(xié)議”，添加“DHCP中繼代理程序”，在“DHCP中繼代理程序”右側窗口右擊，選擇“新增接口”命令，添加VMnet2，啟動DHCP中繼。同樣步驟添加VMnet3。（4）右擊“DHCP中繼代理程序”選“屬性”，添加DHCP服務器地址192.168.10.10。（5）將PC1~PC3設置為自動獲取地址，通過ipconfig/all命令，可以檢查是否已經獲得正確的地址。
第五，配置Router虛擬機作為其他計算機的代理服務器。進入Router虛擬機，啟用“路由和遠程訪問”，右擊計算機名，選擇“配置并啟用路由和遠程訪問”命令，選擇“網絡地址轉換（NAT）”，選擇“Internet”網卡，完成配置，并啟用服務。
第六，在主機上添加靜態(tài)路由。本實驗模擬的環(huán)境是不同子網的計算機通過Router共享上網，因此需要在主機路由器上添加一條靜態(tài)路由，使其指向Router內網地址（192.168.90.90），還需要讓Router的外網網卡采用“橋接”的方式，具體操作如下：（1）編輯Router的虛擬機設置，讓第2塊網卡屬性改為“橋接”。（2）進入Router虛擬機，設置外網網卡地址與主機“本地連接”同一網段的一個地址。（3）返回主機系統(tǒng)，打開“路由和遠程訪問”，右擊“靜態(tài)路由”，選擇“新建靜態(tài)路由”命令，選擇VMnet4網卡，添加目標網絡為0.0.0.0，網關為192.168.90.90。（4）進入PC1虛擬機，測試是否能訪問互聯(lián)網。
三 結束語
在計算機實驗教學中，通過VMware Workstation軟件，可以在單臺計算機上模擬出各種單機系統(tǒng)和復雜的網絡環(huán)境，這樣既培養(yǎng)了學生解決實際問題的動手能力，又方便機房的維護和管理，是提高計算機實驗教學有效性不可多得的好工具。
參考文獻
［1］王春海.非常網管——典型網絡實驗［M］.北京：人民郵電出版社，2007
〔責任編輯：李錦雯〕
