虛擬機在計算機網絡教學中的應用

【摘要】隨著虛擬機技術日益成熟，利用VMware虛擬機軟件進行計算機教學，不僅簡化了實驗室的管理和維護，還方便老師的教學和學生實驗，取得良好的教學效果。本文以計算機網絡教學為例，研究如何利用虛擬機解決原有的教學過程中遇到的教學困難，提高計算機教學的教學質量。

【關鍵詞】虛擬技術;計算機教學;服務器;網絡教學

一、引言

計算機網絡專業具有理論知識和實踐操作緊密結合，要求師生互動高，實驗環境要求高，變化比較大特點，在計算機教學中，學校的機房為了管理維護和使用上的方便，一般都是裝好固定的操作系統和相應軟件后再裝上還原卡，這種環境不太適合計算機教學工作的開展。比如在進行操作系統教學中，一般要求安裝網絡操作系統，如Windows2003、Linux等，有些實驗是C/S模式，同時要有兩臺主機，現有的機房條件無法實現這種實驗環境。又如，計算機硬件方面的教學中，當講到硬盤的分區和格式化時，學生在實驗時經常會把硬盤損壞，系統崩潰，教學和實驗工作很難推進，老師只能用PPT幻燈片或單機演示，學生無法動手實踐，在很大程度上影響到教學效果，虛擬機軟件的出現非常好地解決了這一問題。

二、虛擬機原理

虛擬機實際上就是一種軟件， 這種軟件能夠運用系統虛擬化技術，通過軟件模擬來實現具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統，這種虛擬計算機系統可以是同構或異構的虛擬計算機系統，具有獨立的CPU、內存、硬盤，甚至還擁有獨立的BIOS。通過虛擬機軟件，你可以模擬出一臺或多臺虛擬的計算機，這些虛擬機完全就像真正的計算機那樣進行工作，如安裝操作系統、安裝應用程序、訪問網絡資源等等。對于用戶而言，它只是運行在你物理計算機上的一個應用程序，但是對于在虛擬機中運行的應用程序而言，它就像是在真正的計算機中進行工作。通過虛擬出來的各種網絡設備，虛擬機能完成與主機之間的網絡通訊，多個虛擬機還可以和物理主機組成標準的TCP/IP網絡。目前流行的虛擬機軟件有VMware和Virtual PC，它們都能在Windows系統上虛擬出多個計算機，用于安裝Linux、OS/2、FreeBSD等其他操作系統。微軟在2003年2月份收購Connectix后，很快發布了Microsoft Virtual PC 2004。相比而言，VMware無論是在多操作系統的支持上，還是在執行效率上，都比Virtual PC 2004明顯高出一籌。

三、虛擬機構建

我們以VMware為例，虛擬機構建有兩種方式，一種是準備好一到二臺性能很好的服務器，裸機安裝VMware，再用一臺服務器安裝Vcenter，構成一個簡單的虛擬機系統，然后在服務器上安裝虛擬機（比如Windows98、Windows2003、Windows XP、Linux等），對虛擬機進行復制，就構成學生使用的實驗環境，這種方式搭建的虛擬機平臺效率高，但是不太適合于網絡實驗室室環境，一般用于企事業單位的網絡中心這樣的環境中。第二種方式，利用VMware workstation軟件來構建實驗環境，利用實驗室現有的操作系統，在操作系統上安裝VMware workstation，啟動VMware workstation后可按照提示來創建虛擬機， 在虛擬機中安裝需要的操作系統，比如Windows XP、Windows Server 2003或者Linux系統等，然后利用還原卡或者還原軟件等，對這臺機器做克隆，將實驗室所有的機器安全好虛擬機，構建好一個統一的實驗平臺。這種方式比較適合于在現有實驗室環境下構建計算機網絡實驗環境，方便高效。在用這種方式構建實驗環境時，我們要注意以下幾個問題：（1）虛擬機磁盤空間的問題，在創建虛擬機時， 磁盤默認的40GB，我們是單機環境，硬盤空間不是太大，最好將磁盤空間設為10GB比較好。（2）網絡配置模式，最常用的就是橋接和NAT模式。一般用戶會選擇NAT模式，這種方式下不需要做任何設置，但是這種模式不太適合計算機網絡實驗課的要求，建議選擇橋接模式， 這種方式下虛擬機系統直接連入物理網絡，與主機和其它虛擬機共同組成局域網，就像配置一臺機器一樣， 我們可以給虛擬機配置網絡參數，例如IP地址、子網掩碼、網關和DNS等，如果想和主機互通，注意IP地址要和主機系統保持在同一網段，以便實現局域網和互聯網的訪問。（3）對虛擬機使用的硬件設備進行定制?，F有的實驗室的計算機內存一般在4G左右，我們可以將內存的一半分配給虛擬機使用，處理器的數量可根據主機實際情況進行選擇，不能超出主機所支持的規格。光驅和U盤等設備，可通過VMware workstation軟件設備，在物理機和虛擬機這間切換使用。

四、虛擬機技術在網絡教學中的應用

目前計算機網絡專業的實驗設備資源緊缺、教學環境不夠完善，很難滿足計算機網絡教學中多機器、多操作系統、主客戶機系統等方面的要求，但是，網絡實驗室中引入虛擬機系統后，很好地解決了這些問題，虛擬機技術的使用確實在計算機網絡專業課程的教學中發揮了很大作用，實踐證明虛擬機技術還可以應用到計算機專業其它課程的教學中?，F將虛擬機在計算機網絡教學中的應用略舉一二：第一，關于多操作系統的安裝和演示，在網絡教學中除了使用Windows操作系統外，還要使用Linux操作系統，如果裝的是雙系統，要想切換另外一個系統就必須重啟關掉原來的系統，才能進入另外一個系統，在課堂上這樣做，會耽誤很多教學時間，還會中斷教學，造成學生注意力分散，課堂秩序混亂等情況，影響教學效果。使用虛擬機技術，我們同種啟動兩種操作系統的虛擬機，可以自由地在兩種操作系統間自由切換，比較兩種操作系統的差異，學生實驗只需要在一臺機器上就能輕松做完實驗。第二，我們在做磁盤管理系統實驗時，虛擬機就發揮了很大作用。實驗室的主機一般都是臺式機，不會使用服務器，實驗機一般只有一個硬盤，無法做磁盤管理系統的實驗，所以很多老師在講這一部分內容時，基本上是用PPT講解，實驗則一帶而過，學生對Raid0、Raid1、Raid3、Raid5、Raid10的區別分不清楚，對window2003中磁盤卷的概念很模糊，沒有感性認別，很容易忘記和混淆。但是在虛擬機環境中，我們可以自由添加磁盤，很容易做磁盤實驗，通過各種實驗驗證，學生們很容易掌握磁盤管理系統的知識。第三，各種服務的安裝和驗證，服務器中有很多服務，比如DHCP、DNS、WINS、IIS、FTP、郵件服務等，服務的安裝和演示很容易，但服務是否正確配置，如何加以驗證是一個頭疼的問題，以前學生相互占用別人的實驗電腦加以驗證，實驗室秩序混亂，實驗效果很差，用虛擬機后，只需安裝一個windows XP虛擬機，與服務器配置在同一網段，很容易進行驗證。第四，關于Linux操作系統的講解，Linux操作系統在我們日常的辦公中基本上都用不到，但它具有系統安全性、開放源代碼、設備無關性、優異的網絡性能等優點，在很多的許多企事業單位的服務器上會用到，在講解Linux操作系統時，我們不需要將實驗室主機重新安裝Linux操作系統，而只需裝一個Linux虛擬機。學生既可以用虛擬機做實驗，遇到問題時，又能方便地切換到windows操作系統，查找資料，找到解決方案后，再切換到Linux系統繼續實驗，非常方便。

五、教學實踐分析

通過對計算機網絡虛擬機教學的探索，我們發現，虛擬機教學比較適合計算機操作性要求比較高的課程，比如：《計算機組裝與維修》、《計算機網絡》、《計算機網絡安全》、《操作系統》、《服務器維護與管理》等，以下總結了提高該類課程的授課質量的教學經驗：

1、課程內容的選擇上要求選擇應用性比較強，動手實驗比較多的課程，而純理論的課程不太適合這種教學模式。

2、課堂教學要求理論與實踐相結合，做多老師舉一，學生翻三，采用循序漸進的講解、啟發、實驗、提問和討論等不同的授課方式，使學生對知識點的認識加深，拓寬學生的知識視野、提高學生發現問題和解決問題能力。

3、實驗環節上，采用分組實驗，充分發揮優秀學生的傳幫帶的作用，促進學生團隊協作精神和提高學生的能力。

4、教學效果上，既重視理論知識的講解，又注重操作演示，更重視對學生實驗成績的考核，使學生對知識點的認識從理論聯系到實踐，再從實踐上升到理論，在教學過程中實現師生互動，學生互助的良性教學氛圍。

六、結束語

隨著計算機技術的發展，各種新技術在教學中不斷的應用，對提高教學質量，實行教學革新，推動課程建設。本文希望通過對虛擬機在計算機網絡課程建設的探索，能切實起到促進教學，提高學生動手能力，使學生能學以致用，真正掌握知識。也對虛擬機教學在計算機其它專業課程教學中的應用提供借鑒。

參考文獻

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作者簡介：劉炳芳（1973—），男，江蘇丹陽人，碩士，高級工程師，主要研究方向：計算機網絡、數字圖書館。