試論虛擬機技術在計算機網絡安全教學中的應用

株洲職業技術學院 李慶紅

試論虛擬機技術在計算機網絡安全教學中的應用

株洲職業技術學院 李慶紅

虛擬機技術可以廣泛應用在模擬真實網絡環境授課，作為一種新的教學的輔助手段，虛擬機技術可以顯著提高教學效果。

虛擬機技術 網絡安全 應用

采用虛擬機技術，可以在一臺計算機上，安裝多臺虛擬機，模擬出實際的真實網絡環境，在教學過程中可以直接在多媒體計算機上演示實例，讓學生加深理解。這樣一來，相對于計算機課程一般都是采用PPT文檔，配合相關軟件進行講解和操作演示的教學，具有明顯的優勢。特別是對于在進行《計算機網絡安全》課程教學時，在單機的多媒體教學環境下無法實現相關防范措施的配置和模擬攻擊演示，使得學生難以理解和掌握，因此虛擬機技術就更具有十分重要的意義。

一、虛擬機技術概述與虛擬網絡環境

1. 虛擬機（VM）技術概述。在真實計算機系統中，操作系統組成中的設備驅動控制硬件資源，負責將系統指令轉化成特定設備控制語言。虛擬機（VM）是支持多操作系統并行在單個物理服務器上的一種系統，在虛擬機中，中央處理器芯片從系統其它部分劃分出一段存儲區域，因此應用程序和操作系統可以運行在“安全保護模式”環境下，因此就能夠提供更加有效的底層硬件使用。每個虛擬機由一組虛擬化設備構成，其中每個虛擬機都有對應的虛擬硬件。通過虛擬機，客戶可以在單個計算機上并發運行多個操作系統?？蛻舨僮飨到y和應用程序可以運行在虛擬機上，而不需要提供任何交互作用的網絡適配器的支持。如果在某虛擬機中出現程序凍結現象，這并不會影響運行在虛擬機外的程序操作和操作系統的正常工作。虛擬機則包含了克服該在假設設備所有權獨立的情況下形成驅動，這就使得單個計算機上不能并發運行多個操作系統等局限性的技術。虛擬服務器只是物理以太網中的一種軟件仿真設備。虛擬化過程引入了低層設備資源重定向交互作用，而不會影響高層應用層。從服務器整合到越來越多的升級行動，再到防止黑客、蠕蟲和其它威脅的軟件，虛擬技術已經開始嶄露頭角。虛擬化技術的發展開始跨越了計算機體系結構的技術糅合。

同時虛擬機在學習技術方面能夠發揮很大的作用。虛擬操作系統模式虛擬化解決方案同樣能夠滿足一系列的需求：計算機資源的靈活性和控制、計算機安全隔離、計算機硬件抽象操作及最終高效、強大的管理功能。虛擬機軟件不需要重開機，就能在同一臺電腦使用好幾個操作系統，方便且安全。

2. 虛擬機軟件與網絡環境。目前主流的虛擬機的軟件有VisualPC和VMWare，追求兼容性和簡單方便的Windows用戶選擇Virtual PC。而一般相對專業點的用戶都選擇VMware，因為它網絡性能測試容易，能輕松創建多個主機輕松組網，方便實現模擬網絡環境。

運行VMware的平臺稱為主機，在VMware上運行的系統稱為客戶機。從主機的角度來看，每個客戶機的硬盤就是一個大的文件或者分區，每個客戶機分別是一個軟件應用進程，從客戶機的角度來看，它是一個完整的系統。作為一款虛擬機軟件。它可以在一臺物理機器上同時運行多個操作系統，虛擬出多臺虛擬機環境，從而可以在一臺機器上同時運行2個或更多操作系統。由此可見，利用VMware可以讓一臺機器實現一個局域網的功能管理方便、安全性高，特別適合做網絡安全實驗。

需要值得注意的是，在教學時，當啟動的虛擬機比較多時，對內存的要求會比較高，因此在教學前應先規劃好，避免在啟動虛擬機上浪費授課時間。

二、虛擬網絡環境的構建及其教學中的應用

1. 虛擬機網絡教學和實驗環境的構建過程。

一般的步驟是：第一步是安裝Vmware軟件，我們可以安裝使用最新版本是Vmware 7.1.1。然后再去運行Linux或者Windows操作系統的實體機上安裝Vmware工作站；第二步是啟動Vmware工作站，根據需要創建多個虛擬機；第三步是與在實體計算機上的操作完全一樣，對虛擬機進行操作系統的安裝；第四步是對每臺VMware 工作站進行網絡參數的設置以及連網。

在這個操作過程中，我們也要注意以下事項：首先是在新建虛擬機向導中配置網絡模式時，這里使用橋接模式，手工為虛擬機配置IP地址、子網掩碼和網關，使虛擬機是局域網中的一個獨立的主機系統，同時還要和實體主機處于同一網段，這樣一來就以實現通過局域網的網關或路由器訪問互聯網。相對于不用做任何的設置虛擬機就可以利用主機上網的用戶來說，選擇網絡地址轉換模式也是不錯的選擇。其次是預先規劃虛擬網絡的虛擬機的數量，在新建虛擬機向導中指定磁盤容量時，應該主動讓其根據應用程序的安裝的多少而增大。再次是在實體機上，專門創建存放虛擬機硬盤映像文件的文件夾下，不能用于存放映像文件。如果確實需要備份該虛擬系統，只要備份下整個文件夾。最后是根據實際內存大小來調整內存容量，這些都是要在安裝操作系統之前做好檢查，其一般最大不超過實際內存的一半。

2. 虛擬機技術在網絡安全課堂教學中和學生實驗中的應用。在計算機網絡安全課程中，如果采取PPT文檔演示結合虛擬機教學，可以讓學生看到實際的操作過程，掌握各種工具的具體如何使用。特別是對于那些如網絡服務器的安全配置、網絡操作系統的安全配置、掃描器、Snif fer工具等一些黑客工具的使用、數據加密系統的應用，需要在網絡中實現，如果采用了虛擬機技術，整個課堂就會變得生動起來。通過一系列如各種攻擊工具具體對系統產生的危害結果，以及采取的相關防范措施中，學生可以進一步提高學習興趣和加深理解，一起思考和分析，最終會起到很好的教學效果。

三、結束語

虛擬機技術不僅可以解決計算機網絡和網絡安全課的教學環境設計問題，同時也大大豐富了我們的教學手段和技術，使得在講解課程原理的同時，可以有效地幫助學生得到網絡實際工作環境的第一手技術，更好地理解原理。

[1] 崔雅娟：基于VMware的路由器虛擬環境架構的實現[J]，計算機教育, 2008（11）

[2] 劉武,：用VMware構建高效的網絡安全實驗[J]，計算機應用研究, 2009.

[3] 趙勍邶：VMware軟件在網絡教學中的應用[J]，蘭州石化職業技術學院學報， 2006，6(1)

[4] 石志國：計算機網絡安全教程[M]。北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2006.