計算機網絡教學中對于虛擬機技術的運用

馬海香 韓志強

【摘 要】簡要概述虛擬機技術及其在計算機網絡課程教學應用中的主要特點，探討虛擬機技術在計算機網絡課程教學實踐中的應用問題。

【關鍵詞】虛擬機技術；計算機網絡課程；教學應用

教學環境的構建是網絡教學的基礎，但是在網絡教學中需要用到的教學環境較多，如果全部都使用真實的硬件來構建的話無疑會加大學校的負擔，也會給學生帶來麻煩，而且學生的技術水平有限，很容易破壞教學環境，這些都是構建網絡教學平臺需要考慮到的問題。為了解決這些問題，現在許多的網絡教學環境都采用虛擬機技術構建，虛擬機的特點恰好可以解決以上提出的問題，因此，將虛擬機技術應用于網絡教學中是一個可行且非常有意義的手段。

1 虛擬機技術特點對網絡教學的益處

1.1 虛擬機的特點與選用

虛擬機技術誕生于上個世紀，它的主要作用是模擬各種硬件，能夠支撐起一個虛擬的操作系統在其上運行。隨著虛擬機技術的發展，虛擬機軟件又增加了眾多的功能，使之功能愈趨強大。首先是虛擬機軟件能夠提供完備的硬件支持，如CPU、硬盤、網卡、聲卡、顯卡、內存以及各類端口等等。其次是能夠很好地支持虛擬系統與主機之間的資源共享，如輸入輸出設備、文件系統等等。還有如創建分支、快照等等，方便進行各類實驗以及恢復環境。按照不同的虛擬機實現技術，虛擬機可以分為兩類：第一類為純粹使用軟件進行硬件模擬的虛擬機，如bochs等，這類虛擬機運行速度較慢，但是可調試性非常強大，所以常用于操作系統級別的調試工作。第二類為軟件模擬配合硬件輔助技術的虛擬機，也是使用最為廣泛的虛擬機，如Vmware、VirtualBox等等，這類虛擬機的功能較為強大，由于使用了硬件輔助技術，所以運行速度也更快。在網絡教學中基本不會涉及操作系統級別的調試，所以最好使用此類的虛擬機軟件進行網絡教學環境構建。

1.2 網絡教學中使用虛擬機的益處

按照上節所述的虛擬機的特點，結合網絡教學中的對于教學環境的要求。可以總結出在網絡教學中使用虛擬機的益處。

（1）虛擬機可以模仿各種硬件，并不存在真實的硬件，所以不怕各種危險的操作損壞硬件。（2）虛擬機中的操作系統是可以很方便地進行還原操作的，即使學生損壞了操作系統也可以快速地恢復原樣。（3）可以在一臺計算機安裝多個虛擬操作系統，并可以方便地進行各種硬件資源共享，方便構建不同系統環境。（4）降低主機的運行負擔，可以放心地安裝和使用各種軟件，不會留下任何的痕跡，同時將應用軟件放在虛擬操作系統中也可以加快主機的運行速度。（5）保密性高，可以作為功能加強版的沙盤系統使用。

2虛擬機技術及其在教學中的應用特點

2.1 虛擬機技術應用概述

當前普遍應用的虛擬機技術，主要是用相關的軟件從計算機已有的硬件中劃出一部分內存和硬盤空間去模擬出具有普遍計算機性能的虛擬機，這些虛擬機子系統建立在正在運行的主機操作系統之上，同時又擁有自己虛擬的CPU、內存、硬盤、聲卡、網卡、光驅等設備。在虛擬機中能安裝操作系統和各種應用軟件，利用虛擬機技術可方便地在1臺計算機上同時運行2個或更多操作系統。也可將這些虛擬機連成網絡，模擬出相對真實的虛擬網絡環境。

2.2 虛擬機技術在教學應用中的主要特點

（1）虛擬機硬件的無關性特點。虛擬機通常是主機上的一個特定文件，教學中在虛擬機上的任何操作已限制在這個文件上進行，它完全隔離并保護不同操作系統的操作環境以及所安裝的應用軟件。教師可預先裝好不同的虛擬機系統，在教學中可以根據需要進行拷貝使用，不用考慮硬件的兼容性，學生在操作中對虛擬機系統造成的任何損壞都能夠得到快速地恢復。

（2）可在同一臺主機上安裝、運行多個操作系統。特別適合建立所需的教學及自學實驗環境，在不對主機重開機情況下，就可在主機上同時運行多個操作系統，方便了教學的講解演示，節省了大量的學習與實驗操作時間，擴大了學生的學習內容和范圍。

（3）能在單機上完成過去無法做的網絡實驗。虛擬的網絡環境可節省大量的組網經費，可在教學與實驗中不限量地使用交換機、網卡等虛擬網絡設備，且減少了網絡實驗設施的維護工作量。此外，實驗操作中即使虛擬系統崩潰了，也不影響物理機進行重新恢復實驗操作的性能。

（4）實現了教學手段的突飛猛進。教師可方便地用虛擬機技術創建所需的虛擬機和虛擬網絡環境進行直觀教學，學生可更感性地掌握網絡組建、管理與維護等知識技能。極大地挖掘了現有設備的潛力，提高了教學效能，提升了學生的學習興趣，增加了學生的實踐動手機會，有助于學生進行自主實踐創新。

3教學中的虛擬機與虛擬網絡環境的建立

3.1 虛擬機軟件的選擇

在計算機網絡課程教學中，當需要在主機上同時啟動多臺虛擬機或需要組建虛擬網絡來進行教學時，目前主要用VMware Workstation與Virtual PC軟件來建立虛擬機及虛擬網絡環境。下面以運用VMware Workstation為例來加以說明。

3.2 創建虛擬機

運行VMware Workstation，單擊“File→New→ Virtual Machine”，進入虛擬機創建向導。在陸續彈出的對話框中設置虛擬機要安裝的操作系統、聯網的方式、磁盤的容量等，就可創建出一臺虛擬機。

3.3 構建虛擬網絡環境

在網絡教學與實驗中，僅有虛擬機是不夠的，還需要構建教學所需的虛擬網絡環境。運行VMware Workstation以后，它提供了相當于交換機的虛擬網絡設備，通過這些設備，虛擬機和虛擬機、虛擬機和主機就可以構建成各種形式的局域網。下面利用虛擬機網卡最常用的3種聯網模式，構建所需的教學網絡環境。

（1）Bridged模式。此時虛擬機與主機在同一個網絡中，虛擬機相當于直接接入主機的網絡，虛擬機可以使用它橋接到網絡上的任何可用服務，包括文件服務器、打印機等。同樣，使用橋接網絡配置的任何物理計算機或者其他虛擬機可以使用該虛擬機的資源。

（2）NAT模式。此時虛擬機通過主機單向訪問主機及主機之外的網絡，主機之外的網絡中的計算機不能訪問該虛擬機。選用這種聯網模式主機不用做任何設置，虛擬機就可以利用主機上網。

（3）Host-only模式。此時虛擬機只能訪問主機及所有使用VMnet1虛擬網卡的虛擬機，它隔斷了虛擬網絡與主機外部網絡的連接，建立一個獨立的私有網絡模式，該網絡上的虛擬機只能與虛擬網內的虛擬機和主機通信。

4虛擬機技術在教學中的主要應用

4.1 磁盤分區、格式化和操作系統安裝等內容的教學

磁盤分區、格式化、安裝操作系統等操作對實體計算機磁盤數據具有一定的破壞性，因而教學中可在虛擬機上進行此類風險性操作。在虛擬機的CD-ROM設置中選擇使用ISO映像文件，啟動虛擬機，就可以像在實體計算機上進行磁盤分區、格式化和操作系統的安裝一樣來實施教學操作與講解。利用虛擬機進行上述內容的教學，不但保證了主機系統的安全，而且在完成操作后，通過映像功能還可以輕松將系統恢復到原樣。

4.2 Linux操作系統的教學

Windows，Linux，UNIX是目前計算機上常用的操作系統，學生一般對Windows比較熟悉，對Linux和UNIX知之甚少。在進行Linux操作系統教學時教師可以在教學用計算機上創建3臺虛擬機，分別安裝操作系統Windows，Linux和UNIX，然后同時運行3個操作系統，并可在3個操作系統之間來回切換。通過與Windows虛擬機的切換進行對比教學，可增強學生對Linux操作系統的理解程度。通過與UNIX虛擬機的切換，可使學生對比出UNIX與Linux的相似性，引導學生在學習Linux操作系統的同時學會使用UNIX操作系統。

4.3 網絡實驗教學

教學中把計算機網絡、計算機網絡安全、網絡管理與維護等動手實驗較強的課程，放在構建的虛擬網絡環境里進行實驗操作會更加安全方便。通過虛擬技術構建的虛擬網絡環境可進行局域網的組建，網絡配置與管理，WWW服務器，FTP服務器，DNS服務器，Telnet服務器等多種服務器的配置與應用，可嘗試病毒入侵、黑客攻擊等網絡攻防實驗。這樣，學生可在1臺計算機上同時扮演網絡管理員和普通用戶等不同角色，較方便地掌控整個實驗過程。

5結語

將虛擬機技術應用到網絡技術專業課程教學與實訓過程張，不僅可以節約軟硬件資源，而且使得網絡技術專業課程教學靈活、方便；此外，也易于構建專業課程教學實訓網絡環境，有利于提高教學效率和質量，有利于提高學生的動手與實踐能力。

參考文獻：

[1]陳建銳，何增穎.基于虛擬機的VPN實驗環境構建[J].實驗室研究與探索，2010（01）

[2]吳換霞，余昭君.虛擬機和網絡仿真軟件在網絡實驗教學中的應用[J].科技資訊，2010（01）

（作者單位：長城汽車股份有限公司）