基于實驗室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的應(yīng)用和安全

林余生 安徽涉外經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院

引言

虛擬機(jī)技術(shù)能夠利用專業(yè)軟件模擬出一個完全獨立的計算機(jī)系統(tǒng)，除了處理速度以外，幾乎可實現(xiàn)與真實計算機(jī)系統(tǒng)同等的操作性能。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全實驗操作教學(xué)時，學(xué)校往往無法提供給所有學(xué)生真實的操作環(huán)境，而虛擬機(jī)的利用恰恰能夠彌補(bǔ)這一缺點，通過模擬真實操作環(huán)境，給學(xué)生提供更好的操作實踐機(jī)會，從而提高網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)質(zhì)量。

1 虛擬機(jī)特點介紹

從字面含義來說，虛擬機(jī)就是虛擬出來的計算機(jī)。但在進(jìn)行操作時，虛擬機(jī)幾乎與正常的計算機(jī)操作系統(tǒng)完全一樣，可以實現(xiàn)每臺虛擬機(jī)間的單獨運行和操作、互不干擾。此外可隨意對虛擬機(jī)的系統(tǒng)預(yù)設(shè)進(jìn)行修改，不會損害實體計算機(jī)的系統(tǒng)。目前被用于實驗室上課環(huán)境中的虛擬機(jī)大多擁有如下特點：（1）兼容性：除擁有單獨的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序外，虛擬機(jī)還具備主板、網(wǎng)卡、顯卡等真實計算機(jī)上擁有的全部組件，能夠兼容所有真實計算機(jī)的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序，可以正常運行全部真實軟件。若出現(xiàn)新舊軟件兼容問題，還可相應(yīng)調(diào)整所使用的虛擬機(jī)版本，從而大大提高軟件系統(tǒng)的利用率，降低教學(xué)設(shè)備成本。（2）隔離性：在虛擬機(jī)中進(jìn)行教學(xué)，可將同一畫面在全部虛擬機(jī)間進(jìn)行分享。利用虛擬機(jī)對沙盒進(jìn)行模擬還能有效防止電腦病毒對主機(jī)的侵害，即當(dāng)連接在一臺服務(wù)器上的多個虛擬機(jī)中，有一個或幾個遭受到病毒的侵害，都不會影響其他虛擬機(jī)的正常運行。（3）獨立硬件：虛擬機(jī)與其底層的物理硬件間是完全獨立的，可以為其配備與底層物理硬件完全不同的虛擬組件。連接于同一服務(wù)器上的虛擬機(jī)還可同時運行不同的操作系統(tǒng)，此外通過虛擬機(jī)系統(tǒng)還能在操作系統(tǒng)中對計算機(jī)進(jìn)行模擬。

2 實驗室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的應(yīng)用和安全

2.1 實驗室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的應(yīng)用

2.1.1 有效整理文件名

若在實驗課程中主機(jī)連接的虛擬機(jī)數(shù)量較多，且主機(jī)內(nèi)存及屏幕相對較大，在講課時屏幕上呈現(xiàn)的畫面會非常混亂，不利于觀看。因此在上課前，要對各個虛擬機(jī)的名稱進(jìn)行合理備注并按照一定規(guī)律進(jìn)行分類，這樣在虛擬機(jī)啟動的過程中，能夠達(dá)到與現(xiàn)實操作中相同的簡便程度。有效進(jìn)行文件名整理能夠幫助主講老師在課前對教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理安排規(guī)劃，同時也給學(xué)生課后知識回顧和問題答疑提供便利，讓學(xué)生在測試前更好的進(jìn)行知識回顧整理。

2.1.2 實訓(xùn)平臺的建立

利用虛擬機(jī)和云計算技術(shù)，能夠建立學(xué)生實驗課上的網(wǎng)絡(luò)安全功防實訓(xùn)平臺，給學(xué)生提供更真實的操作演練機(jī)會，并設(shè)置不同的板塊讓學(xué)生進(jìn)行針對性的練習(xí)。虛擬機(jī)建立起來的互動平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)老師與學(xué)生間的有效交流。在實驗室教學(xué)中，將課程分為攻擊方法和攻擊對象兩個方向進(jìn)行實操演練。針對方法開展網(wǎng)絡(luò)病毒、密碼破解、網(wǎng)絡(luò)詐騙等實驗，針對對象開展防火墻、交換器、應(yīng)用系統(tǒng)等實驗。進(jìn)行實驗訓(xùn)練時，老師可通過平臺對每個學(xué)生的操作情況進(jìn)行觀察了解，并掌握虛擬機(jī)的運行情況，對于處于實驗操作中卻產(chǎn)生流量的虛擬機(jī)進(jìn)行及時抓取。

2.1.3 依照學(xué)生能力進(jìn)行講解

對大部分學(xué)生來說，在剛接觸理論性和邏輯性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全管理知識時，由于知識本身的復(fù)雜性，會導(dǎo)致學(xué)生理解困難，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)積極性。因此實驗室中老師在利用虛擬機(jī)進(jìn)行教學(xué)時，要充分考慮到學(xué)生的能力水平，切勿要求學(xué)生學(xué)習(xí)成績夠突飛猛進(jìn)。重視基礎(chǔ)的重要性，從學(xué)生的自身實際情況出發(fā)，利用虛擬機(jī)進(jìn)行手把手的教學(xué)活動，讓學(xué)生充分了解各個操作步驟和操作規(guī)程，充分掌握課上學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)安全知識，不斷提高自身技術(shù)水平，并靈活運用于實際操作中。

2.1.4 實際課程與虛擬機(jī)教學(xué)相結(jié)合

實驗室課程中虛擬機(jī)的使用貫穿始終，若能夠?qū)⑻摂M機(jī)操作與實際的教學(xué)幻燈、材料等相結(jié)合，理論結(jié)合實際，能夠極大提高課堂教學(xué)的效果，幫助學(xué)生更好掌握技術(shù)知識。在進(jìn)行理論知識與虛擬操作的混合教學(xué)時，要對課程主體內(nèi)容進(jìn)行深入的分析，同時還要利用虛擬機(jī)進(jìn)行對應(yīng)的操作演示教學(xué)，用理論知識解釋操作流程，用操作演練輔助解釋理論知識，在提高學(xué)生對基本概念理解的同時，鍛煉技術(shù)操作水平，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的綜合化提高。

2.1.5 以學(xué)生作為課堂主體

利用虛擬機(jī)教學(xué)時，老師的操作演示固然是教學(xué)的重點內(nèi)容，但也不能忽視學(xué)生課堂主體的地位，要給學(xué)生留有充分發(fā)揮自主性的機(jī)會。在看老師演示、聽老師講解之后，要給學(xué)生留足夠的獨立練習(xí)時間，通過實踐提高對網(wǎng)絡(luò)安全性的認(rèn)識，并通過自主練習(xí)發(fā)現(xiàn)自身不足，及時請教老師解決。

2.1.6 技能競賽活動的開展

為全面提升學(xué)生網(wǎng)絡(luò)操作的技術(shù)水平，可利用技術(shù)競賽帶來的緊張感和真實感，在課上將學(xué)生分組，進(jìn)行一對一的網(wǎng)絡(luò)攻、防技術(shù)較量。通過學(xué)生間的良性競爭，加深對網(wǎng)絡(luò)安全的認(rèn)識，并激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、提升自身技術(shù)能力的熱情，引起對網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的思考，培養(yǎng)技術(shù)潛能。在利用虛擬機(jī)進(jìn)行技術(shù)競賽時，系統(tǒng)可將學(xué)生的操作情況進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，加強(qiáng)系統(tǒng)本身安全防護(hù)的能力，從而保證學(xué)生競賽環(huán)境的安全性。在賽后學(xué)生通過回顧自己的操作過程并結(jié)合競賽結(jié)果進(jìn)行分析，能夠幫助學(xué)生總結(jié)不足、積累經(jīng)驗，使得虛擬機(jī)教學(xué)帶來的好處得以全面發(fā)揮。

2.2 實驗室上課環(huán)境中虛擬機(jī)的安全

（1）軟件的選擇：目前市場上的虛擬機(jī)種類繁多，在進(jìn)行實驗室教學(xué)時，要選取能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺現(xiàn)實計算機(jī)中多個虛擬機(jī)同時啟動的軟件，且要有能力存儲大量的教學(xué)、操作資源，能夠在操作過程中反復(fù)進(jìn)行重啟操作，從而更好滿足實驗室教學(xué)的要求。（2）合理規(guī)劃數(shù)量：上課前對課上所需的虛擬機(jī)數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確規(guī)劃，保證每個虛擬機(jī)在硬盤中都分有足夠的資料保存空間。虛擬機(jī)的實質(zhì)其實是主機(jī)上的一個軟件，同時安裝多個軟件會在一定程度上破壞教學(xué)設(shè)備，造成不必要的教學(xué)成本增加，也給設(shè)備后期維護(hù)帶來諸多不便，因此合理進(jìn)行虛擬機(jī)數(shù)量規(guī)劃相當(dāng)必要。（3）檢查現(xiàn)實計算機(jī)：實驗教學(xué)中使用的現(xiàn)實計算機(jī)的內(nèi)存直接決定了能夠同時啟動的虛擬機(jī)數(shù)量，因此在選擇虛擬機(jī)軟件時，要先檢查現(xiàn)實計算機(jī)的內(nèi)存，并在適當(dāng)范圍內(nèi)對內(nèi)存進(jìn)行擴(kuò)充，保證課上學(xué)生操作時，每個虛擬機(jī)有足夠的存儲空間。另外還要檢查現(xiàn)實計算機(jī)的網(wǎng)卡使用情況，若已經(jīng)安裝網(wǎng)卡但未聯(lián)網(wǎng)，就需要在現(xiàn)實計算機(jī)上安裝Microsoft虛擬網(wǎng)卡，若已安裝網(wǎng)卡，在進(jìn)行教學(xué)時，便可使用主機(jī)的網(wǎng)卡。

3 結(jié)論

虛擬機(jī)在實驗室上課環(huán)境中的應(yīng)用，能夠大大彌補(bǔ)傳統(tǒng)計算機(jī)實驗教學(xué)中的不足，給學(xué)生提供更多操作練習(xí)的機(jī)會，從而真正掌握實驗室教學(xué)的核心知識，提升自身技術(shù)操作水平。通時虛擬機(jī)能幫助老師更有效地進(jìn)行教學(xué)活動，相關(guān)老師應(yīng)重視教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，充分利用虛擬機(jī)優(yōu)勢，全面提高實驗室教學(xué)的質(zhì)量。