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浅谈虚拟机在计算机网络教学中的应用

2010年第2期(总第135期)
李 捷(广西机电工程学校,广西 南宁 530001)
 
  【摘 要】 建设网络实验室的费用比较大,许多学校往往缺少资金去建立完善的网络实验室。将虚拟机技术引入教学手段中,可以在普通的电脑教室搭建模拟的网络实验室,使学生在普通机房中进行大部分网络实验,从而以较少的投入获得较大的教学效果。
  【关键词】 虚拟机;计算机网络教学;网络实验;企业网搭建
 
1 虚拟机的概念
  所谓虚拟机,顾名思义,就是指一台虚拟的计算机。它虚拟的含义,是相对于我们日常使用的物理计算机来讲的。物理计算机我们摸得到,看得见,里面的配件如CPU、硬盘、内存等等,这些设备都是真实的。如果从原有系统中分割出一部分硬盘空间和内存容量,虚拟成一台“新机器”,“新机器”拥有独立的CPU、硬盘和各种配件,可以象对待新机器那样对之进行分区、格式化、安装系统和软件,这种虚拟出来的“新机器”就叫做虚拟机。而创建这样的虚拟机是通过编写程序来实现的,我们把这种软件称为虚拟机软件。
  一台高性能的计算机上,通过优秀的虚拟机软件可以模拟出多台虚拟的计算机。并且我们在使用虚拟计算机的过程中,并没有感觉到和真实的计算机有什么不同,这就是神奇的虚拟机技术。
 
2 虚拟机使用的必要性
  虚拟机技术是一种虚拟计算机的技术。其最大的作用就是在一台普通计算机上模拟出另外一台乃至数台能够单独运行的操作系统,甚至还可以将这几个操作系统连成一个虚拟的局域网络。在一个网络实验室当中,有了真的计算机,为什么还需要虚拟机呢?主要有以下原因:
2.1  开设课程内容以及实验室管理的需要
  计算机网络课程、计算机组装维修课程的特点是强调学生掌握实用性较强的动手操作硬本领,因此课程内容安排上,应尽可能的少讲理论,多安排动手实践的技能训练。但是现阶段,计算机属于比较昂贵的教学设备,操作系统一般在机房管理员安装成功后,就不轻易更改里面的设置,也不允许学生对其系统内部进行任何更改。因此对于计算机网络课程或者计算机组装维修课程,很难让学生亲自对电脑进行拆卸,反复安装系统,或者多台计算机进行网络搭建调试操作。这时候,要进行动手训练就必须运用虚拟机技术搭建实验环境,让学生在仿真度较高的虚拟机环境下进行;以计算机网络课程为例,有一次课是搭建DHCP(动态分配IP地址)服务器,可以在一台真实的计算机上搭建出2台虚拟计算机,其中一台扮演服务器,另一台扮演客户机,能够完全模拟现实中的实验环境,解决了教学上的技术难题。
2.2  便于灵活的准备实验环境
  以前每一次以班级为单位做实验,一个班50人分两批进行,对老师来说实验前的准备工作简直是噩梦,每一台计算机都必须清空原有的实验配置。待实验完毕后,又必须为下一批做实验的同学重新做一样的工作。工作量大且不说,在时间的分配上也造成了浪费,严重影响实验教学的进度。而一台计算机上可以虚拟出多台虚拟机的特点,可以让学生自己在自己的虚拟机上做实验,做到真正的人手一机。不会互相影响自己虚拟机上的实验环境。每次实验结束后,实验员可以使用快照功能快速的将虚拟机里的环境还原到初始的状态,为下次实验做好准备。
2.3  在不增加硬件设备的情况下,能扩展计算机数量
  一个网络实验室除了配备交换机和路由器,一般还配备计算机,按一个班50人进行实验,每2人一组来实验的话 ,全班需要25组的计算机配备,而每组要求4台计算机的话,需要真实计算机100台。增加计算机数量意味着增加教学的成本,这对学校来说是个极大的经济负担。能不能在现有计算机数量不变的前提下完成实验要求,一般的做法是增加每一组的实验人数。但是我们发现一些同学在实验分组中无事可做,无形中降低了实验的教学质量。如果借助虚拟机,在真机上建立多个虚拟机,可以增加网络搭建中的计算机数量,如在两台计算机上模拟出四台,三台计算机上模拟出六台计算机。只要计算机的配置足够,是可以实现的。通过这样安排,只用25台计算机就能完成原来100台计算机才能开展的实验项目。既减轻了实验室的设备成本负担,也增加网络搭建实验的可操作性。随着计算机虚拟技术的日益成熟,这种方法在教学实验领域很值得大力推广。
2.4  开展虚拟机教学是教学与业内技术同步的需要
  在业内服务器领域,虚拟化技术正处于蓬勃发展时期,如今服务器的整合、更快的硬件、使用上的简单、灵活的快照技术使得虚拟化更加引人注目。虚拟化已经成为企业架构中的重要组成部分,而服务器虚拟化只需要较少的硬件资源就能运行多重应用程序和操作系统,能允许用户根据自身需求快速调配新的资源。这就要求我们在学校的教学内容中引入虚拟机的教学内容。适应时代发展的步伐,使学生毕业后能够更好的适应社会技术发展的要求。
  此外,虚拟机技术是全国中职学生技能比赛的需要,在全国中职学生技能比赛的企业网和园区网搭建的两个项目中,都明确要求学生会熟练使用虚拟机技术来搭建网络环境。可见,掌握虚拟机的使用技术是教学与业内技术同步发展的需要。
 
3 虚拟机在网络教学中的使用
  虚拟技术早在很多年前就应用到网络实验当中,当时各种网络设备造价都很贵,每一台路由器从几万元到十几万元不等。在网络实训基地中最常见的培训方法是先给学员使用路由器和交换机的模拟软件,待学员操控比较熟练后才使用真机进行实验。模拟软件带来的好处是在不增加真实设备损耗的前提下,让学生能够随时随地的学习掌握设备,可以反复操练,达到迅速上手的目的。
在实验室中使用虚拟机的准备。主要分三方面准备:
3.1  硬件准备
  由于在计算机中模拟出两台以上的虚拟机,硬件方面对真计算机要求比较高,要求有800MHZ的CPU速度和512MB以上的内存,而且内存容量越多越好,可以增加虚拟机的速度和网络实验环境的稳定性。因为现在主流配置的计算机CPU速度都在1GMHZ以上,内存也普遍达到了1G容量,因此以我们现在计算机实验室的条件,大多数机房的计算机都满足以上条件。要实现虚拟机的运行,应该是没有太大问题的。
3.2  软件的准备
  常用的虚拟软件主要有virtual  pc 和VM ware 两种,在这里我们选择用VM WARE。VM WARE版本分服务器版本(VM SERVER)和客户端版本(VM WORKSTATION),考虑到使用的多面性,我们选用VM WARE服务器版本。可以在互联网上搜索找到相关的软件。
3.3  网络模式的准备
  学生会创建虚拟机的同时,还要知道对虚拟机的网络设置。主要是对虚拟机的网卡进行设置。虚拟机的网卡设置分三种,其实也决定了虚拟机在网络拓扑中的具体位置。
  (1)仅主机模式(host-only),设置成这种模式的虚拟机和主机单独组成一个网络。
  (2)桥接模式模式(bridge),设置成这种模式的虚拟机通过桥接成为主机网络中的一员,可以在主机所在的真实的网络中看到虚拟机。 是实验中最常用的一种。
  (3)地址翻译模式(nat ) 虚拟机通过主机间接连接到网络上,这时候外部网络不能访问虚拟机,但是虚拟机可以访问主机的网络。
熟悉这三种模式后,针对不同的实验内容,我们选用不同的虚拟机的网络模式来开展实验。
3.4  虚拟机在试验中的使用。
  下面我将用一个企业网搭建的网络实验,来说明虚拟机在教学中的具体应用。实验内容安排如下:搭建常用的企业网网络,要求使用4台计算机,两台交换机,一台路由器,完成在工作组模式下Windows Server 2003的多种常用服务器配置;实现交换机VLAN划分,路由器的安全策略。其中,1号计算机为WEB服务器和FTP服务器,2号计算机为打印服务器,3号计算机为总经理计算机,4号计算机为普通员工计算机。见下图。
  实验当中需要4台PC机扮演不同的网络主机,试验中使用2台真实计算机。在一台计算机上用虚拟机软件模拟出真实计算机PC1和PC2,第二台计算机上用虚拟机模拟出真实计算机PC3,PC4,整个实验,只用到两台真实的计算机。具体实现步骤如下:
 
步骤
具体内容
1
在真实计算机上运行VMWARE,创建虚拟机,虚拟机配置为512M,8G硬盘,以太网卡,CPU为虚拟的CPU。
2
在虚拟机上安装WINDOWS 2003系统,设置虚拟机网络模式为桥接模式;
3
按照实验的网络拓扑结构,连接各种设备;
4
设置每台虚拟机的IP地址,重新命名虚拟机计算机名;
5
在虚拟机WINDOWS 2003系统上搭建WEB服务器、FTP服务器;
6
在交换机上按实验要求划分VLAN;
7
在路由器上按实验要求设置好路由器策略功能;
8
测试PC3,PC4能否访问PC1,PC2上的WEB服务器和FTP服务器,能否使用网络打印机。完成各种实验要求的测试
 
4 小结
  通过实验证明,借助虚拟机技术可以很好的实现真实网络中的实验项目,节约了教学资源,比较明显改善了实验室的网络教学质量,由于网络实验全部由学生自己独立完成,同学们在使用过程中提高了动手能力,开拓了视野,也提高了网络实验的兴趣性,由于是在虚拟机上进行,学生可以反复的思考和重做,减轻了老师负担。除此以外可以在不破坏主机运行环境的情况下,借助虚拟机程序,在特殊环境下进行软件的安装与卸载,乃至测试病毒程序等。同时虚拟机是服务器领域的一种主流技术,也为计算机网络专业的学生提供了一门实用性比较强的技术。值得在中职学校的计算机网络课实验中大力提倡。
 
参考文献
[1]薛鸿民.使用VPC搭建虚拟网络实验室[J].现代电子技术,2006,(14).
[2]王春海.非常网管典型网络实验[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[3]王春海.使用VMware组建VLAN网络实验环境[N].王春海博客,2008.
[4]胡晨皓.虚拟机技术的研究与应用[J].金融电子化,2008,(11).
 
作者简介:李捷(1979-),男,助教,从事《计算机网络基础》、《网络设备使用与维护》等课程教学工作。
   
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