虛擬機技術在組網技術實訓教學中的應用研究

陳國威

（惠州工程技術學校 信息工程系，廣東 惠州 516001）

組網技術實訓是計算機專業重要的教學環節，內容包括系統的安裝、磁盤管理、文件系統、活動目錄、DNS服務器配置、DHCP服務器配置、Web服務器配置、FTP服務器配置、IMail服務器配置、VPN網絡構建、連通性測試、遠程訪問和路由設置等內容［1］。有些實訓需要用多臺計算機模擬服務器和客戶端，安裝不同的操作系統。但是，由于學校經費和資源的不足，不能為學生提供足夠的計算機，也難以及時更新網絡設備［2－4］。再者，每臺學生機安裝有還原保護系統，這也會導致有些需要重新啟動電腦的實訓項目無法實現［5］。網絡不穩定、交換機故障都將影響組網技術實訓的正常進行。

虛擬機技術可以在1臺物理計算機上模擬出多臺虛擬計算機，僅一臺計算機就能擁有服務器和客戶機，易于搭建一個小型的虛擬網絡環境。利用虛擬機技術，可以在不增加硬件投入的情況下，在現有的計算機實訓室中，真實、無損地開展組網技術實訓，最大限度地提高設備的利用率。本文以DNS服務器配置為例，說明虛擬機技術在實訓教學中的應用。

1 虛擬機簡介

虛擬機（virtual machine）指通過軟件模擬，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。通過虛擬機軟件，可以在1臺物理計算機上模擬出多臺虛擬計算機，分別運行多個相同或不同的操作系統，這些虛擬機像真實的計算機那樣進行工作［6］。目前流行的虛擬機軟件主要有VMware Workstation、Virtual PC、VirtualBox和 Xen［7－8］。

1.1 VMware Workstation

VMware Workstation是VMware公司出品的一款虛擬機軟件。VMware Workstation功能強大、穩定性好，能夠模擬真實計算機的各種硬件，包括CPU、內存 、硬盤、光驅、網卡、串口、并口等，可以在1臺機器上同時運行 Windows、DOS、Linux、Unix等系統，各個系統進行切換時不需要重新啟動計算機，而且每個操作系統都可以進行虛擬分區、配置而不影響真實硬盤的數據。此外，可通過網卡將幾臺虛擬機連接為一個局域網，很容易搭建一個網絡實驗環境。

Vmwrae提供了3種網絡連接模式［9－10］。

（1）bridged（橋接）模式。在這種模式下，VMWare虛擬出來的操作系統就像局域網中一臺獨立的主機，擁有一個獨立的IP地址，可以訪問網內任何一臺計算機。在橋接模式下，需要手工為虛擬系統配置IP地址、子網掩碼，而且還要和宿主機處于同一網段，這樣虛擬系統才能和宿主機進行通信。同時，由于這個虛擬系統是局域網中的一個獨立的主機系統，那么就可以手工配置它的TCP／IP配置信息，以實現通過局域網的網關或路由器訪問互聯網。如果希望利用VMware在局域網內新建一個虛擬服務器，為局域網用戶提供網絡服務，就應該選擇橋接模式。

（2）NAT（網絡地址轉換）模式。使用NAT模式，就是讓虛擬系統通過宿主機所在的網絡來訪問互聯網。NAT模式下的虛擬系統的TCP／IP配置信息是由VMnet8（NAT）虛擬網絡的DHCP服務器提供的，無法進行手工修改，因此虛擬系統也就無法和本局域網中的其他真實主機進行通信虛擬。采用NAT模式最大的優勢是虛擬系統接入互聯網非常簡單，只需要宿主機能訪問互聯網即可，不需要進行任何其他的配置。如果希望在虛擬系統中不用進行任何手工配置就能直接訪問互聯網，建議采用NAT模式。

（3）host－only（主機）模式。在某些特殊的網絡調試環境中，要求將真實環境和虛擬環境隔離開，這時就可采用host－only模式。在該模式中，所有的虛擬系統可以相互通信，但虛擬系統和真實的網絡被隔離開；虛擬系統和宿主機器系統也可以相互通信，相當于這兩臺機器通過雙絞線互連。在host－only模式下，虛擬系統的TCP／IP配置信息（例如IP地址、網關地址、DNS服務器等），都是由 VMnet 1（host－only）虛擬網絡的DHCP服務器來動態分配的。如果希望利用VMware創建一個與網內其他計算機相隔離的虛擬系統，進行某些特殊的網絡調試工作，可以選擇主機模式。

1.2 Virtual PC

Vitrual PC可以在 Windows操作系統和 MacOS操作系統上模擬X86系列電腦，構建虛擬機系統。可以在一個工作站上同時運行多個PC操作系統，當轉向一個新OS時，可以為運行傳統應用程序提供一個安全的環境以保持兼容性。Vitrual PC具有兼容性好、體積小的優點，而且是一款免費軟件。

1.3 VirtualBox

VirtualBox是一款功能強大的開源虛擬機軟件，也是一款免費軟件。它性能優異、簡單易用，可虛擬Windows、MacOS X、Linux、OpenBSD、Solaris、IBM OS2甚至Android 4.0等操作系統，使用者可以在VirtualBox上安裝并且運行上述這些操作系統。

1.4 Xen

Xen是英國劍橋大學計算機實驗室開發的一個虛擬化開源項目，是一個基于X86架構、發展最快、性能最穩定、占用資源最少的開源虛擬化技術。Xen可以在一套物理硬件上安全地執行多個虛擬機，與Linux是一個完美的開源組合，特別適用于服務器應用整合。

本文采用VMware Workstation 8虛擬機。

2 虛擬機的優勢

（1）兼容性。與物理計算機一樣，虛擬機承載著自身的客戶操作系統和應用程序，并具有物理計算機上的所有組件（主板、VGA卡、網卡控制器等）。因此，虛擬機與所有標準的X86操作系統、應用程序和設備驅動程序完全兼容。

（2）隔離。多個虛擬機可以共享一臺計算機的物理資源，但它們之間保持完全隔離，就像是單獨的物理機一樣。如果一臺物理服務器上有4個虛擬機，而其中1個虛擬機崩潰了，其他3個虛擬機仍將可用。

（3）封裝。虛擬機實質上是一個軟件容器，它將一整套虛擬硬件資源、操作系統及所有應用程序捆綁或“封裝”在一個軟件包內。虛擬系統的所有文件都存放于實體機的一個文件夾中，虛擬機的備份、安裝都可以通過復制該文件夾實現。因此，可以將虛擬機從一個位置移動和復制到另一位置，也可以將虛擬機保存在任何標準的數據存儲介質上。

（4）獨立于硬件。虛擬機完全獨立于其底層物理硬件。例如，可以為虛擬機配置與底層硬件上存在的物理組件完全不同的虛擬組件（例如CPU、網卡、SCSI控制器），可以同時在1臺計算機上安全運行多個操作系統和應用程序。

此外，VMware虛擬機還具有錄像功能，能捕捉單張屏幕圖片和視頻，方便過程重放和學習［11－12］。

3 虛擬機技術在組網技術實訓教學中的應用

虛擬機技術組網實訓教學需要1臺安裝有Windows XP系統的宿主計算機、1套 VMware Workstation 8軟件、1套 Windows Server 2003系統的ISO 文件、1套Windows XP系統的ISO文件。

3.1 安裝虛擬機軟件

在宿主計算機上雙擊VMware workstation 8安裝文件，根據提示選擇安裝類型、安裝目錄，輸入序列號，然后安裝漢化程序，即可完成安裝。

宿主計算機安裝好VMware Workstation 8后，會自動添加兩塊虛擬網卡：VMware Network Adapter VM－net1，VMware Network Adapter VMnet8。（見圖1）。

圖1 網絡連接圖

3.2 創建虛擬機

雙擊桌面上的“VMware Workstation”虛擬機圖標，在打開的“Vmware Workstation”窗口中，雙擊“新建虛擬機”，根據提示完成 Windows Server 2003虛擬機和 Windows XP虛擬機的安裝［13］。Windows Server 2003虛擬機作為DNS服務器；而 Windows XP虛擬機作為客戶機。虛擬機與宿主計算機的網絡連接模式設置為NAT模式。

3.3 IP地址的設置和DNS服務器安裝

DNS服務器的IP地址為：192.168.1.1，子網掩碼：255.255.255.0，網關：192.168.1.1，DNS：192.168.1.1。

客戶機的IP地址為：192.168.1.2，子網掩碼：255.255.255.0，網關：192.168.1.1，DNS：192.168.1.1。

依次單擊“開始／管理工具／配置你的服務器向導”，在“服務器角色”列表中選擇“DNS服務器”，然后按照提示完成DNS服務器的安裝。

3.4 創建DNS區域、主機和指針

第一步，創建正向查找區域：在“DNS”窗口，右擊“正向查找區域”，選擇“新建區域”命令；在“區域類型”窗口選擇“主要區域”；在“區域名”窗口的名稱框中輸入“hzis.com”；在“區域文件”窗口的“創建新文件，文件名”框中使用默認文件名。

第二步，創建主機：右擊已創建的“hzis.com”選項，選擇“新建主機”命令；在“新建主機”窗口的“名稱”框中輸入“WWW”，在“IP地址”框中輸入“192.168.1.1”。

第三步，創建反向查找區域：右擊“反向查找區域”，選擇“新建區域”命令；在“區域類型”窗口，選擇“標準主要區域”；在“反向搜索區域”窗口的網絡ID框中輸入“192.168.1”；在“區域文件”窗口的“創建新文件，文件名”框中使用默認文件名。

第四步，創建指針：右擊已創建的“192.168.1.x.Subnet”選項，選擇“新建指針”命令；在“新建資源記錄”窗口的“主機IP號”框中輸入“1”，在“主機名”框中輸入“WWW”。

4 測試結果

方法一，使用“nslookup”命令進行域名解析測試。客戶機進入DOS狀態，在命令提示符下輸入“nslookup www.hzis.com”命令，如果得到如圖2所示的結果，則表明域名解析成功。

圖2 使用nslookup命令的域名解析測試結果

方法二，使用“Ping”命令進行域名解析測試。客戶機進入DOS狀態，在命令提示符下輸入“ping www.hzis.com”命令，如果得到如圖3所示的結果，則表明域名解析成功。

圖3 使用ping命令的域名解析測試結果

5 結束語

上述測試結果表明，利用虛擬機技術能夠方便、快捷地構建虛擬的網絡實驗環境，順利完成組網技術實訓教學，獲取正確的實驗數據。虛擬機技術的應用既可節省教學成本，又能夠提高學生的學習興趣，更好地培養學生的創新能力，提升實驗教學效果。虛擬機技術必將在教學中得到更為廣泛的應用。

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［1］萬潤澤，張昊.虛擬機VMware在網絡實用技術實驗教學中的研究［J］.湖北第二師范學院學報，2010（8）：133－135.

［2］崔益峰.虛擬化技術在高職院校計算機實踐教學中的應用［J］.福建電腦，2012（5）：183－184.

［3］衛耀軍，張亮，焦健.虛擬機軟件在計算機實踐教學中的應用研究［J］.中國電力教育，2012（10）：112－113.

［4］周翔鷹，范開濤，劉鴻.虛擬機輔助計算機實驗教學探討［J］.昆明理工大學學報：理工版，2008（2）：34－37.

［5］賀惠萍，榮彥，張蘭.虛擬機軟件在網絡安全教學中的應用［J］.實驗技術與管理，2011，28（12）：112－115.

［6］余彬.虛擬機技術在高校專業密集型實驗室的應用研究［J］.赤峰學院學報：自然科學版，2013（6）：31－32.

［7］何安平.虛擬機系統在計算機教學的應用初探［J］.廣西民族大學學報：自然科學版，2012（6）：94－97.

［8］邱桂華.基于VMware虛擬機的計算機網絡實踐課程教學運用［J］.江西藍天學院學報，2011（9）：37－40.

［9］劉炎培，李艷翠.使用虛擬機技術構建《網絡安全》試驗教學平臺［J］.現代計算機，2012（1）：59－62.

［10］賈美娟，介龍梅，程曉旭.虛擬機技術在計算機安全技術實驗教學中的應用［J］.計算機教育，2012（6）：82－85.

［11］王勝，范文廣.基于VMware虛擬技術構建虛擬實驗室［J］.赤峰學院學報：科學教育版，2011（2）：5－6.

［12］周翔鷹.基于VMware構建虛擬計算機網絡實驗［J］.實驗室研究與探索，2006，25（7）：809－812.

［13］王春海.Vmware Workstation與ESX Server典型應用指南［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.