虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的思考

趙熠　楊玲　熊鋒

摘要：在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中“虛擬機(jī)”的出現(xiàn)解決了計(jì)算機(jī)硬件配置不足、軟件管理等諸多難題。該文介紹了虛擬機(jī)的原理、技術(shù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)配置方式，以及其在網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.虛擬機(jī)原理

虛擬化是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化資源的解決方案。在虛擬化技術(shù)中，多個(gè)操作系統(tǒng)可以同時(shí)并行運(yùn)行在單個(gè)物理機(jī)上，每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，虛擬操作系統(tǒng)彼此之間共享硬件資源，均可在所需時(shí)間段內(nèi)訪問特定的資源和數(shù)據(jù)。

虛擬機(jī)就是一個(gè)抽象的計(jì)算機(jī)，通過軟件模擬生成操作系統(tǒng)的完整虛擬鏡像，共享宿主主機(jī)的部分硬件，而運(yùn)行在一個(gè)完全隔離的計(jì)算機(jī)環(huán)境中。

2.VMware虛擬機(jī)的特點(diǎn)

2.1良好的獨(dú)立性

可同時(shí)在同一臺(tái)物理機(jī)上安裝并運(yùn)行多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)在主機(jī)操作系統(tǒng)的平臺(tái)上可以進(jìn)行切換，而且每一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的操作系統(tǒng)都具備獨(dú)立的硬盤、網(wǎng)絡(luò)適配器等，這些系統(tǒng)均可以分別加載不同的應(yīng)用程序而互不影響。

2.2強(qiáng)大的移植性

VMware完美地模擬了普通操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，支持多款操作系統(tǒng)，具備良好的兼容性。每個(gè)獨(dú)立的虛擬操作系統(tǒng)均具備模擬硬件環(huán)境的功能，可以模擬真實(shí)的硬件環(huán)境及用戶操作流程，大大降低了搭建復(fù)雜硬件環(huán)境的成本。

2.3友好的操作界面

VMware不僅能模擬特定的系統(tǒng)環(huán)境，還提供快照、VMtools等功能。通過設(shè)置快照，用戶可保存真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，反復(fù)模擬搭建網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的過程。通過安裝VMtools，用戶可通過拖拽文件輕松實(shí)現(xiàn)在物理機(jī)與虛擬機(jī)之間的資源拷貝。

3.VMware的基本網(wǎng)絡(luò)配置

在物理機(jī)上安裝完虛擬機(jī)軟件后，虛擬機(jī)VMware的網(wǎng)絡(luò)適配器在網(wǎng)絡(luò)連接模式上會(huì)提供VMnetO至WMnet19這20種網(wǎng)絡(luò)連接方式。其中，VMnetO用于bridged（橋接）模式，VM-net8用于NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）模式，其余的連接方式均為Host-Only（僅主機(jī)）模式（常用VMnetO）。默認(rèn)情況下，虛擬機(jī)采用VMnetO。這三種模式是為用戶建立虛擬機(jī)后可以方便用戶把虛擬機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)。

3.1橋接（Bridged）模式

選擇橋接模式之后一定要重新啟動(dòng)物理機(jī)的本地連接，否則虛擬機(jī)無(wú)法訪問外部網(wǎng)絡(luò)。

橋接是將虛擬機(jī)的網(wǎng)卡直接橋接在宿主機(jī)的物理網(wǎng)卡上（二者處于同一網(wǎng)段）。這種模式下，VMware虛擬出來(lái)的操作系統(tǒng)就像是局域網(wǎng)中一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，它可以訪問網(wǎng)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)（需要多于一個(gè)的IP地址）。此時(shí)，還需要手工為虛擬系統(tǒng)配置IP地址、子網(wǎng)掩碼（兩者處于同一網(wǎng)段），這樣，虛擬系統(tǒng)才可與宿主機(jī)互聯(lián)并通過局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)或路由器訪問外部網(wǎng)絡(luò)。

3.2僅主機(jī)（Host-Only）模式

為了滿足一些特殊的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)境需求，可能需要將虛擬環(huán)境與真實(shí)的物理環(huán)境隔離開，此時(shí)我們就可以采用僅主機(jī)（Host-Only）模式。一般情況下，虛擬系統(tǒng)的TCP/1P配置信息（如IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)等）都是由虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器所分配的，如果有特殊的需求可以人工配置修改。

Host-Only實(shí)際上是建立了一個(gè)與外部網(wǎng)絡(luò)隔離的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，用以提高內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性。這種模式下，所有虛擬系統(tǒng)都是可以相互通信的。但虛擬系統(tǒng)和真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)是隔離開的，彼此間無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息互通。

3.3NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）模式

NAT模式，實(shí)際上是內(nèi)部虛擬網(wǎng)絡(luò)通過虛擬機(jī)所提供的NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）功能，借助宿主機(jī)來(lái)訪問外部網(wǎng)絡(luò)。NAT模式下虛擬系統(tǒng)的TCP/IP配置信息無(wú)法進(jìn)行手工配置修改，而是由VMnetS（NAT）虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器提供的。因此，虛擬系統(tǒng)無(wú)法與局域網(wǎng)中的其它物理主機(jī)進(jìn)行通訊。

在構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以使用VMware虛擬機(jī)所提供的三種網(wǎng)絡(luò)工作模式，這三種工作模式又適用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。橋接模式用于構(gòu)建完全開放的虛擬網(wǎng)絡(luò)，將虛擬機(jī)與物理機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互通；僅主機(jī)模式用于構(gòu)建完全封閉的虛擬網(wǎng)絡(luò)，虛擬機(jī)和物理機(jī)間可以進(jìn)行通信，但虛擬機(jī)無(wú)法與外部網(wǎng)絡(luò)互通；NAT模式介于兩者之間，用于構(gòu)建部分開放的虛擬網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)到物理網(wǎng)絡(luò)的單向訪問。

4.VMware在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

4.1網(wǎng)絡(luò)課堂的虛擬化

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教室財(cái)通操作系統(tǒng)多用戶方式以支持多種服務(wù)。VMware虛擬化，可使每名學(xué)生搭建獨(dú)立的系統(tǒng)環(huán)境，多臺(tái)虛擬機(jī)彼此完全隔離（局域網(wǎng)橋接模式IP沖突），創(chuàng)造獨(dú)立的實(shí)踐練習(xí)環(huán)境。虛擬化平臺(tái)管理員可對(duì)硬件資源設(shè)置分配規(guī)則，保證每個(gè)虛擬機(jī)都能公平得到資源。

4.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的并行化

在操作系統(tǒng)教學(xué)中，設(shè)計(jì)多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。例如在進(jìn)行Web、DHCP，DNS等服務(wù)的安裝配置練習(xí)時(shí)，通過虛擬機(jī)可以模擬多個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境，能讓學(xué)生在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置實(shí)驗(yàn)，提高設(shè)備的利用效率。

4.3多課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M化

在虛擬機(jī)中安裝不同操作系統(tǒng)，可將網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)中用到的操作系統(tǒng)集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)在單機(jī)上進(jìn)行多課程的教學(xué)，不僅滿足了多門的課程的教學(xué)需求，也在一定程度上提高了設(shè)備的利用率。

5.結(jié)束語(yǔ)

使用虛擬機(jī)模擬并搭建真實(shí)硬件操作環(huán)境，不僅解決了實(shí)操實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足的問題，還提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，大大降低了實(shí)驗(yàn)室的管理難度，從而保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開展。