基于實(shí)驗(yàn)室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的應(yīng)用和安全

林余生 安徽涉外經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院

引言

虛擬機(jī)技術(shù)能夠利用專業(yè)軟件模擬出一個(gè)完全獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，除了處理速度以外，幾乎可實(shí)現(xiàn)與真實(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同等的操作性能。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)時(shí)，學(xué)校往往無法提供給所有學(xué)生真實(shí)的操作環(huán)境，而虛擬機(jī)的利用恰恰能夠彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，通過模擬真實(shí)操作環(huán)境，給學(xué)生提供更好的操作實(shí)踐機(jī)會(huì)，從而提高網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)質(zhì)量。

1 虛擬機(jī)特點(diǎn)介紹

從字面含義來說，虛擬機(jī)就是虛擬出來的計(jì)算機(jī)。但在進(jìn)行操作時(shí)，虛擬機(jī)幾乎與正常的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)完全一樣，可以實(shí)現(xiàn)每臺(tái)虛擬機(jī)間的單獨(dú)運(yùn)行和操作、互不干擾。此外可隨意對(duì)虛擬機(jī)的系統(tǒng)預(yù)設(shè)進(jìn)行修改，不會(huì)損害實(shí)體計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)。目前被用于實(shí)驗(yàn)室上課環(huán)境中的虛擬機(jī)大多擁有如下特點(diǎn)：（1）兼容性：除擁有單獨(dú)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序外，虛擬機(jī)還具備主板、網(wǎng)卡、顯卡等真實(shí)計(jì)算機(jī)上擁有的全部組件，能夠兼容所有真實(shí)計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，可以正常運(yùn)行全部真實(shí)軟件。若出現(xiàn)新舊軟件兼容問題，還可相應(yīng)調(diào)整所使用的虛擬機(jī)版本，從而大大提高軟件系統(tǒng)的利用率，降低教學(xué)設(shè)備成本。（2）隔離性：在虛擬機(jī)中進(jìn)行教學(xué)，可將同一畫面在全部虛擬機(jī)間進(jìn)行分享。利用虛擬機(jī)對(duì)沙盒進(jìn)行模擬還能有效防止電腦病毒對(duì)主機(jī)的侵害，即當(dāng)連接在一臺(tái)服務(wù)器上的多個(gè)虛擬機(jī)中，有一個(gè)或幾個(gè)遭受到病毒的侵害，都不會(huì)影響其他虛擬機(jī)的正常運(yùn)行。（3）獨(dú)立硬件：虛擬機(jī)與其底層的物理硬件間是完全獨(dú)立的，可以為其配備與底層物理硬件完全不同的虛擬組件。連接于同一服務(wù)器上的虛擬機(jī)還可同時(shí)運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，此外通過虛擬機(jī)系統(tǒng)還能在操作系統(tǒng)中對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。

2 實(shí)驗(yàn)室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的應(yīng)用和安全

2.1 實(shí)驗(yàn)室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的應(yīng)用

2.1.1 有效整理文件名

若在實(shí)驗(yàn)課程中主機(jī)連接的虛擬機(jī)數(shù)量較多，且主機(jī)內(nèi)存及屏幕相對(duì)較大，在講課時(shí)屏幕上呈現(xiàn)的畫面會(huì)非?；靵y，不利于觀看。因此在上課前，要對(duì)各個(gè)虛擬機(jī)的名稱進(jìn)行合理備注并按照一定規(guī)律進(jìn)行分類，這樣在虛擬機(jī)啟動(dòng)的過程中，能夠達(dá)到與現(xiàn)實(shí)操作中相同的簡(jiǎn)便程度。有效進(jìn)行文件名整理能夠幫助主講老師在課前對(duì)教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理安排規(guī)劃，同時(shí)也給學(xué)生課后知識(shí)回顧和問題答疑提供便利，讓學(xué)生在測(cè)試前更好的進(jìn)行知識(shí)回顧整理。

2.1.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建立

利用虛擬機(jī)和云計(jì)算技術(shù)，能夠建立學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上的網(wǎng)絡(luò)安全功防實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，給學(xué)生提供更真實(shí)的操作演練機(jī)會(huì)，并設(shè)置不同的板塊讓學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的練習(xí)。虛擬機(jī)建立起來的互動(dòng)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)老師與學(xué)生間的有效交流。在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，將課程分為攻擊方法和攻擊對(duì)象兩個(gè)方向進(jìn)行實(shí)操演練。針對(duì)方法開展網(wǎng)絡(luò)病毒、密碼破解、網(wǎng)絡(luò)詐騙等實(shí)驗(yàn)，針對(duì)對(duì)象開展防火墻、交換器、應(yīng)用系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)，老師可通過平臺(tái)對(duì)每個(gè)學(xué)生的操作情況進(jìn)行觀察了解，并掌握虛擬機(jī)的運(yùn)行情況，對(duì)于處于實(shí)驗(yàn)操作中卻產(chǎn)生流量的虛擬機(jī)進(jìn)行及時(shí)抓取。

2.1.3 依照學(xué)生能力進(jìn)行講解

對(duì)大部分學(xué)生來說，在剛接觸理論性和邏輯性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全管理知識(shí)時(shí)，由于知識(shí)本身的復(fù)雜性，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生理解困難，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)積極性。因此實(shí)驗(yàn)室中老師在利用虛擬機(jī)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，要充分考慮到學(xué)生的能力水平，切勿要求學(xué)生學(xué)習(xí)成績夠突飛猛進(jìn)。重視基礎(chǔ)的重要性，從學(xué)生的自身實(shí)際情況出發(fā)，利用虛擬機(jī)進(jìn)行手把手的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生充分了解各個(gè)操作步驟和操作規(guī)程，充分掌握課上學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)，不斷提高自身技術(shù)水平，并靈活運(yùn)用于實(shí)際操作中。

2.1.4 實(shí)際課程與虛擬機(jī)教學(xué)相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)室課程中虛擬機(jī)的使用貫穿始終，若能夠?qū)⑻摂M機(jī)操作與實(shí)際的教學(xué)幻燈、材料等相結(jié)合，理論結(jié)合實(shí)際，能夠極大提高課堂教學(xué)的效果，幫助學(xué)生更好掌握技術(shù)知識(shí)。在進(jìn)行理論知識(shí)與虛擬操作的混合教學(xué)時(shí)，要對(duì)課程主體內(nèi)容進(jìn)行深入的分析，同時(shí)還要利用虛擬機(jī)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作演示教學(xué)，用理論知識(shí)解釋操作流程，用操作演練輔助解釋理論知識(shí)，在提高學(xué)生對(duì)基本概念理解的同時(shí)，鍛煉技術(shù)操作水平，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的綜合化提高。

2.1.5 以學(xué)生作為課堂主體

利用虛擬機(jī)教學(xué)時(shí)，老師的操作演示固然是教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，但也不能忽視學(xué)生課堂主體的地位，要給學(xué)生留有充分發(fā)揮自主性的機(jī)會(huì)。在看老師演示、聽老師講解之后，要給學(xué)生留足夠的獨(dú)立練習(xí)時(shí)間，通過實(shí)踐提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性的認(rèn)識(shí)，并通過自主練習(xí)發(fā)現(xiàn)自身不足，及時(shí)請(qǐng)教老師解決。

2.1.6 技能競(jìng)賽活動(dòng)的開展

為全面提升學(xué)生網(wǎng)絡(luò)操作的技術(shù)水平，可利用技術(shù)競(jìng)賽帶來的緊張感和真實(shí)感，在課上將學(xué)生分組，進(jìn)行一對(duì)一的網(wǎng)絡(luò)攻、防技術(shù)較量。通過學(xué)生間的良性競(jìng)爭(zhēng)，加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的認(rèn)識(shí)，并激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、提升自身技術(shù)能力的熱情，引起對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的思考，培養(yǎng)技術(shù)潛能。在利用虛擬機(jī)進(jìn)行技術(shù)競(jìng)賽時(shí)，系統(tǒng)可將學(xué)生的操作情況進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，加強(qiáng)系統(tǒng)本身安全防護(hù)的能力，從而保證學(xué)生競(jìng)賽環(huán)境的安全性。在賽后學(xué)生通過回顧自己的操作過程并結(jié)合競(jìng)賽結(jié)果進(jìn)行分析，能夠幫助學(xué)生總結(jié)不足、積累經(jīng)驗(yàn)，使得虛擬機(jī)教學(xué)帶來的好處得以全面發(fā)揮。

2.2 實(shí)驗(yàn)室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的安全

（1）軟件的選擇：目前市場(chǎng)上的虛擬機(jī)種類繁多，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室教學(xué)時(shí)，要選取能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺(tái)現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)中多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的軟件，且要有能力存儲(chǔ)大量的教學(xué)、操作資源，能夠在操作過程中反復(fù)進(jìn)行重啟操作，從而更好滿足實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的要求。（2）合理規(guī)劃數(shù)量：上課前對(duì)課上所需的虛擬機(jī)數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確規(guī)劃，保證每個(gè)虛擬機(jī)在硬盤中都分有足夠的資料保存空間。虛擬機(jī)的實(shí)質(zhì)其實(shí)是主機(jī)上的一個(gè)軟件，同時(shí)安裝多個(gè)軟件會(huì)在一定程度上破壞教學(xué)設(shè)備，造成不必要的教學(xué)成本增加，也給設(shè)備后期維護(hù)帶來諸多不便，因此合理進(jìn)行虛擬機(jī)數(shù)量規(guī)劃相當(dāng)必要。（3）檢查現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存直接決定了能夠同時(shí)啟動(dòng)的虛擬機(jī)數(shù)量，因此在選擇虛擬機(jī)軟件時(shí)，要先檢查現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，并在適當(dāng)范圍內(nèi)對(duì)內(nèi)存進(jìn)行擴(kuò)充，保證課上學(xué)生操作時(shí)，每個(gè)虛擬機(jī)有足夠的存儲(chǔ)空間。另外還要檢查現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡使用情況，若已經(jīng)安裝網(wǎng)卡但未聯(lián)網(wǎng)，就需要在現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)上安裝Microsoft虛擬網(wǎng)卡，若已安裝網(wǎng)卡，在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，便可使用主機(jī)的網(wǎng)卡。

3 結(jié)論

虛擬機(jī)在實(shí)驗(yàn)室上課環(huán)境中的應(yīng)用，能夠大大彌補(bǔ)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，給學(xué)生提供更多操作練習(xí)的機(jī)會(huì)，從而真正掌握實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的核心知識(shí)，提升自身技術(shù)操作水平。通時(shí)虛擬機(jī)能幫助老師更有效地進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，相關(guān)老師應(yīng)重視教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，充分利用虛擬機(jī)優(yōu)勢(shì)，全面提高實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的質(zhì)量。