虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的運(yùn)用

顧紅燕

摘要：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)中，實(shí)踐環(huán)節(jié)比較重要。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程是網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)的重要一環(huán)，除了要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境以外，還可以利用虛擬化技術(shù)，擺脫計(jì)算機(jī)資源的控制，實(shí)現(xiàn)具有特色的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的動手能力，提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的課堂效果。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué);虛擬化技術(shù)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0148-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境也在不斷發(fā)生變化。最早的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)都是在物理計(jì)算機(jī)上直接操作，需要大量的硬件設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)知識的不斷更新，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也要不斷更新，這就需要大量的資金投入。并且，學(xué)生數(shù)目的日益增多，物理機(jī)的數(shù)量已經(jīng)不能滿足每位學(xué)生都有實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求。在物理機(jī)上操作，對物理機(jī)會帶來折損，越來越多的學(xué)校開始使用虛擬化軟件。虛擬化技術(shù)就是通過硬件和操作系統(tǒng)之間增加了一個(gè)耦合的中間層次，使得程序和軟件可以運(yùn)行在一個(gè)虛擬出來的環(huán)境中，這樣大大提高資源的利用率，解決了物理機(jī)帶來的問題。本文主要介紹幾種常見的虛擬網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。

1 Packet Tracer的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺

在《網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)》課程的教學(xué)中，主要是對路由器、交換機(jī)和防火墻配置進(jìn)行操作，學(xué)生在真實(shí)設(shè)備上操作需要足夠數(shù)量的設(shè)備。并且，設(shè)備的高頻率使用造成器材損壞帶來的龐大開銷使得教學(xué)受限。該平臺主要利用軟件上的虛擬配置界面進(jìn)行虛擬設(shè)備的配置，解決了設(shè)備反復(fù)使用帶來的過度損耗問題，同時(shí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)可以更加豐富，可以設(shè)計(jì)大型項(xiàng)目讓學(xué)生練習(xí)。

用戶可以在軟件的圖形用戶界面上拖曳相應(yīng)的設(shè)備來建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并可以觀察數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸過程中的轉(zhuǎn)換，對網(wǎng)絡(luò)原理的理解也有幫助。例如，虛擬局域網(wǎng)的劃分與配置是交換機(jī)配置中重要的知識點(diǎn)，在Packet Tracer中可以很輕松實(shí)現(xiàn)。在模擬器中加入兩臺交換機(jī)和四臺電腦，并選擇合適的雙絞線將這些設(shè)備連起來，對交換機(jī)進(jìn)行命令配置。VLAN虛擬局域網(wǎng)的原理可以在實(shí)驗(yàn)中得到詮釋，每位同學(xué)都有練習(xí)的機(jī)會，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤可以進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

Packet Tracer模擬器只是適用于《網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)》課程，模擬了對設(shè)備的配置。學(xué)生無法真實(shí)體會計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)配置狀況，對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程和服務(wù)器配置課程無法適用。需要用VMware進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)平臺搭建，讓學(xué)生更好地感受組網(wǎng)的過程，安全的防范和服務(wù)器的配置。

2 VMware虛擬技術(shù)

作為強(qiáng)大的虛擬軟件，提供了一臺機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)的操作系統(tǒng)，如windows操作系統(tǒng)和linux操作系統(tǒng)。每個(gè)虛擬主機(jī)擁有各自的虛擬CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡以及I/O設(shè)備等。這樣可以在一臺計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)子連網(wǎng)的功能，做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候只需在一臺機(jī)子上進(jìn)行，避免了一個(gè)實(shí)驗(yàn)使用多臺機(jī)子，每臺計(jì)算機(jī)的利用率也相應(yīng)提高了許多。

在一臺電腦上通過VMware虛擬技術(shù)，搭建局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。配置操作系統(tǒng)的安裝、雙機(jī)互連、文件夾的共享等實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在一臺物理機(jī)上，配置多個(gè)虛擬機(jī)，裝不同的操作系統(tǒng)，配置不同的實(shí)驗(yàn)。

用vmware虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行IPSec安全協(xié)議實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，傳統(tǒng)的IPSec實(shí)驗(yàn)需要多臺主機(jī)和路由器來完成隧道和傳輸這兩種模式，一般學(xué)校很難提供這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在虛擬軟件VMware中構(gòu)建一個(gè)包含多個(gè)子網(wǎng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)，完成網(wǎng)絡(luò)地址、路由表和IPSec等信息的配置。讓學(xué)生理論和實(shí)踐相結(jié)合，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)的范疇，提高了學(xué)生的動手能力和基本實(shí)驗(yàn)技能。

用VMware虛擬技術(shù)對物理機(jī)的要求比較高，如果要讓多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行需要較高的內(nèi)存。實(shí)驗(yàn)環(huán)境也會受到限制，需要不斷加大物理機(jī)的內(nèi)存，增加了教學(xué)成本?，F(xiàn)在的教學(xué)環(huán)境更推崇的是云平臺技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建成動態(tài)的虛擬資源池，實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)部署和擴(kuò)展。

3 云平臺技術(shù)

目前有很多高校信息化建設(shè)的重要任務(wù)就是建立數(shù)據(jù)中心虛擬化云平臺?？梢蕴岣哔Y源的利用率，便于管理。將數(shù)據(jù)中心的物理硬件資源，比如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲系統(tǒng)集中在一個(gè)共享虛擬資源池，統(tǒng)一組織管理。有效實(shí)現(xiàn)服務(wù)器運(yùn)算能力和共享，存儲設(shè)備的共享，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及負(fù)載均衡的邏輯獨(dú)立性。

云平臺架構(gòu)的模型分成三層：資源層將分布式系統(tǒng)中的分散資源匯聚，所有物理設(shè)備集中。平臺層將資源層的資源封裝，進(jìn)行通信，存儲和計(jì)算。將封裝好的資源能力以服務(wù)形式展現(xiàn)，提供面向服務(wù)和能力的管理和調(diào)度。應(yīng)用層由平臺層提供的諸多業(yè)務(wù)邏輯模塊構(gòu)成，這些模塊定義好的接口對外提供服務(wù)，模塊之間的交互通信通過管理層的各種服務(wù)管理功能來完成。

學(xué)生只需要一個(gè)普通的終端，需要實(shí)驗(yàn)環(huán)境去云平臺上申請。并可以根據(jù)不同的課程分配存儲資源，避免物理資源的浪費(fèi)，提高管理效率。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境從傳統(tǒng)設(shè)備到云平臺的遷移和過渡需要一個(gè)過程，但通過云平臺的建設(shè)，相關(guān)資源得到整合，可以得到本質(zhì)的提升。

總之，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境也在根據(jù)應(yīng)用的需求不斷做出調(diào)整，適應(yīng)需求和環(huán)境，從而使網(wǎng)絡(luò)資源利用最大化。通過平臺建設(shè)，將在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)、在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生擴(kuò)大學(xué)習(xí)的知識面，擴(kuò)展思路，多個(gè)渠道學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生各方面的能力和運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。也為網(wǎng)絡(luò)教育領(lǐng)域的信息共享和協(xié)作，交互式學(xué)習(xí)提供新的環(huán)境和模式。

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