虛擬技術(shù)在一體化教學(xué)中的應(yīng)用

唐 超

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510550）

0 引言

一體化教學(xué)，是指以“能力本位”為指導(dǎo)理論，將理論教學(xué)與實(shí)習(xí)訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合在一起的一種教學(xué)模式。在教學(xué)方法上，是由師生雙方共同在實(shí)訓(xùn)教室，圍繞課題模塊邊教、邊學(xué)、邊做來(lái)完成。教師多采用“項(xiàng)目教學(xué)法”、“行為導(dǎo)向法”進(jìn)行教學(xué)，教法靈活，形式多樣。由于我院推行一體化教學(xué)得到學(xué)生及家長(zhǎng)的歡迎，越來(lái)越多的同學(xué)選擇報(bào)讀計(jì)算機(jī)專業(yè)，而計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不能及時(shí)得到擴(kuò)充，使得實(shí)驗(yàn)資源非常緊張，同時(shí)設(shè)備的過(guò)度使用和得不到應(yīng)有的維護(hù)，更加重了這一惡性循環(huán)，如何利用有限的設(shè)備，完成更多的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，并確保實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，成為我們面臨的重要課題。通過(guò)多方調(diào)研及實(shí)驗(yàn)探索，合理利用“虛擬機(jī)”可在很大程度上解決上述難題。

1 虛擬機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬機(jī)技術(shù)是用軟件模擬計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境，在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)上虛擬出一個(gè)新的子系統(tǒng)。在虛擬機(jī)軟件上運(yùn)行的虛擬計(jì)算機(jī)稱為客戶機(jī)，虛擬機(jī)軟件可以模擬出常見(jiàn)的硬件設(shè)備，如CPU、內(nèi)存、顯卡、硬盤(pán)、光驅(qū)、網(wǎng)卡等?？蛻魴C(jī)可以直接使用主機(jī)的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、串/并口、USB接口、網(wǎng)卡、光驅(qū)、軟驅(qū)等設(shè)備完成與外部環(huán)境的交互通訊。虛擬機(jī)軟件是安裝在物理計(jì)算機(jī)(主機(jī))上的，與主機(jī)的應(yīng)用程序在同一層次上，所以虛擬機(jī)軟件可以像應(yīng)用程序一樣操作，在虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)之上還可以安裝虛擬機(jī)應(yīng)用程序。由于虛擬機(jī)軟件可以模擬計(jì)算機(jī)所需要的硬件設(shè)備，使得操作系統(tǒng)分辨不出是運(yùn)行在真實(shí)計(jì)算機(jī)環(huán)境中還是虛擬計(jì)算機(jī)環(huán)境中，所以在虛擬機(jī)平臺(tái)上可以運(yùn)行多種操作系統(tǒng)。

VMware Workstation是美國(guó)VMware公司一款虛擬機(jī)軟件，VMware支持所有Windows系列操作系統(tǒng)以及Linux、FreeBSD、NetWare、Solaris等，該軟件能在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上虛擬并運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，這些虛擬出的機(jī)器各自擁有獨(dú)立的硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)單機(jī)內(nèi)虛擬出的計(jì)算機(jī)組建局域網(wǎng)?；赩Mware的虛擬計(jì)算機(jī)具有安裝快捷、克隆簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，VMware虛擬出來(lái)的虛擬機(jī)硬件是固定的型號(hào)與物理計(jì)算機(jī)無(wú)關(guān)。將這款軟件應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以在現(xiàn)有條件下提高教學(xué)效率，節(jié)約教學(xué)成本。

2 基于VMware虛擬機(jī)技術(shù)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 基于VMware虛擬機(jī)技術(shù)可以開(kāi)展以下的實(shí)驗(yàn)

2.1.1 計(jì)算機(jī)組裝和維護(hù)實(shí)驗(yàn)：基于虛擬機(jī)技術(shù)的計(jì)算機(jī)組裝和維修實(shí)驗(yàn)主要包括硬盤(pán)的分區(qū)、低級(jí)和高級(jí)格式化，數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)陳列，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝等幾個(gè)部分。

2.1.2 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：利用虛擬機(jī)軟件，可以將Linux、Unix等操作系統(tǒng)移植到虛擬機(jī)中，并且在虛擬機(jī)里安裝操作系統(tǒng)可以做到“工作”和“安裝”兩不誤，即在虛擬機(jī)里安裝操作系統(tǒng)時(shí)，可以在本臺(tái)主機(jī)上繼續(xù)其他的工作，虛擬機(jī)的“掛起”功能還可以方便地保留當(dāng)前狀態(tài)，以便下一次繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)組建實(shí)驗(yàn)：利用虛擬機(jī)只需要一臺(tái)電腦便能虛擬出多臺(tái)虛擬機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)卡等設(shè)備，以滿足網(wǎng)絡(luò)組建的需要?？梢酝瓿砂╓indows網(wǎng)絡(luò)(域和工作組)的組建、Linux/Unix網(wǎng)絡(luò)的組建，軟路由實(shí)驗(yàn)以及多系統(tǒng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。

2.1.4 服務(wù)器配置與管理實(shí)驗(yàn)：在虛擬網(wǎng)絡(luò)里，將某些虛擬機(jī)配置為服務(wù)器，某些虛擬機(jī)設(shè)為客戶端，讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)服務(wù)器的配置與管理?？稍赩Mware進(jìn)行Web、DNS、FTP、Mail、DHCP服務(wù)器以及流媒體服務(wù)器等服務(wù)器的配置實(shí)驗(yàn)。

2.1.5 網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)：利用虛擬機(jī)技術(shù)可以在虛擬機(jī)系統(tǒng)上植入病毒文件進(jìn)行系統(tǒng)攻擊實(shí)驗(yàn)，以及實(shí)現(xiàn)安全防御等操作，讓學(xué)生更加直觀地了解系統(tǒng)的安全及防御技術(shù)，以達(dá)到知識(shí)鞏固及提高的目的。

2.2 Vmware網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

基于VMware虛擬機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用有很多，本文以DHCP服務(wù)的實(shí)現(xiàn)為例，介紹在Windows環(huán)境中基于VMware的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1 實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

本文中具體實(shí)驗(yàn)環(huán)境：虛擬機(jī)軟件是VMware Workstation7.1.3中文版；宿主機(jī)是Windows XP ProfessionalSP3；虛擬機(jī)是Windows Server2003中文企業(yè)版SP2和Windows2000 Professional SP4。

2.2.1 搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

搭建這個(gè)網(wǎng)絡(luò)很簡(jiǎn)單，首先通過(guò)“文件（F）/新建（N）/分組（T）…”，并為分組取名為DHCP，創(chuàng)建完成后打開(kāi)DHCP分組，然后選擇編輯分組設(shè)置，在“虛擬機(jī)”選項(xiàng)中分別新建DHCP_S（DHCP服務(wù)器）、DHCP_R（DHCP中繼）、人事、生產(chǎn)、銷售五臺(tái)虛擬機(jī)，DHCP_S和DHCP_R對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)為Windows2003Server，其它虛擬對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)為Windows2000Professional；在“虛擬網(wǎng)絡(luò)”選項(xiàng)中分別添加LAN0、LAN1、LAN2、LAN3四個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)；最后在“連接”選項(xiàng)中為DHCP_R添加至四張網(wǎng)絡(luò)適配器并按照實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D進(jìn)行連接。

先打開(kāi)分組的電源并完成五臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)的安裝，并按照上圖1所示為DHCP服務(wù)器配置好IP地址配置好的IP地址信息，為DHCP中繼器配置好IP地址配置好的IP地址信息。

2.2.2 配置DHCP服務(wù)器

在作為DHCP服務(wù)器的虛擬機(jī)安裝DHCP服務(wù)，具體操作為：控制面板/添加刪除程序/添加Windows組件/網(wǎng)絡(luò)服務(wù)/動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）；安裝好DHCP服務(wù)器后，打開(kāi)DHCP管理控制臺(tái)，具體操作為：開(kāi)始/程序/管理工具/DHCP；為DHCP服務(wù)器授權(quán)，具體操作為打開(kāi)“操作”菜單然后選擇“授權(quán)”；在DHCP控制臺(tái)分別為生產(chǎn)部創(chuàng)建作用域，具體操作為：操作/新建作用域，定義作用域名稱為“生產(chǎn)部”，指定起始地址為192.168.1.100，結(jié)束地址為192.168.1.200，網(wǎng)絡(luò)掩碼為255.255.255.0，路由器（默認(rèn)網(wǎng)關(guān)）為192.168.1.1；同時(shí)為銷售部、人事部創(chuàng)建作用域，銷售部的具體參數(shù)為：起始地址為192.168.2.100，結(jié)束地址為192.168.2.200，網(wǎng)絡(luò)掩碼為255.255.255.0，路由器（默認(rèn)網(wǎng)關(guān)）為192.168.2.1，人事部的具體參數(shù)為：起始地址為192.168.3.100，結(jié)束地址為192.168.3.200，網(wǎng)絡(luò)掩碼為255.255.255.0，路由器（默認(rèn)網(wǎng)關(guān)）為192.168.3.1。

2.2.3 配置DHCP中繼

在作為DHCP中繼器的虛擬機(jī)啟用路由功能，具體操作為：開(kāi)始/運(yùn)行/輸入“services.msc”/找到“Windows Firewall/Internet Connection Sharing(ICS)”將啟動(dòng)類型設(shè)置為“已禁用”并停止此服務(wù)，通過(guò)執(zhí)行“開(kāi)始”/“管理工具”/“路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)”打開(kāi)路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)管理控制臺(tái)，運(yùn)行“操作”/“配置并啟用路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)”，在配置頁(yè)面中選擇“自定義配置”點(diǎn)擊“下一步”，選擇“LAN路由”后點(diǎn)擊“下一步”并完成配置啟用路由功能；在作為DHCP中繼器的虛擬機(jī)新增“DHCP中繼”路由協(xié)議，具體操作為：展開(kāi)服務(wù)器，展開(kāi)“IP路由選擇”，選中“常規(guī)”，然后執(zhí)行“操作”/“新增路由協(xié)議”/選中“DHCP中繼代理程序”并按“確定”按鈕；在DHCP中繼器上選擇需要進(jìn)行代理的網(wǎng)絡(luò)接口，具體操作為右擊“DHCP中繼代理程序”選擇“新增接口”，將LAN1、LAN2、LAN3添加進(jìn)來(lái)；為DHCP中繼器指定DHCP服務(wù)器的IP地址，具體操作為右擊“DHCP中繼代理程序”選擇“屬性”，在服務(wù)器地址中填入“192.168.1.2”后點(diǎn)擊“添加”按鈕。

2.2.4 客戶端驗(yàn)證

分別打開(kāi)人事部、生產(chǎn)部、銷售部的計(jì)算機(jī)，分別將其設(shè)置為自動(dòng)獲取IP地址，然后使用IPCONFIG/ALL命令查看它們的自動(dòng)獲取IP地址情況，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

3 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及其缺陷

3.1 虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

利用虛擬機(jī)環(huán)境，無(wú)論是在教學(xué)中還是學(xué)生實(shí)驗(yàn)中都有其相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，可簡(jiǎn)單歸納以下幾點(diǎn)：（1）在一臺(tái)實(shí)體機(jī)上組建的一個(gè)虛擬機(jī)局域網(wǎng)環(huán)境，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的行為與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)完全一致，而且不用擔(dān)心虛擬網(wǎng)卡和虛擬交換機(jī)會(huì)損壞。（2）每一臺(tái)虛擬機(jī)，在宿主機(jī)上就是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，可以獨(dú)立地安裝幾乎所有的主流操作系統(tǒng)，可以模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中客戶機(jī)上的操作系統(tǒng)的多樣性。（3）每臺(tái)虛擬機(jī)，在宿主機(jī)上是一個(gè)文件或文件夾。這樣就具有可攜帶性和可遷移性。（4）每一臺(tái)虛擬機(jī)歸根到底是宿主機(jī)上的一個(gè)軟件系統(tǒng)，這樣，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以減少設(shè)備的損壞、降低設(shè)備的投資、減輕設(shè)備維護(hù)的工作量。

3.2 虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用的不足

利用虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)當(dāng)充分考慮到：（1）虛擬網(wǎng)絡(luò)的行為與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)完全一致，對(duì)于課堂的教學(xué)演示必須事先進(jìn)行統(tǒng)籌的安排，以利于節(jié)約時(shí)間提高效率。（2）如果啟動(dòng)的虛擬機(jī)較多，則需要實(shí)體機(jī)內(nèi)存要大且屏幕也要大，且啟動(dòng)也時(shí)間較長(zhǎng)，由此，教師在上課前必須預(yù)先啟動(dòng)演示所需的虛擬機(jī)。（3）在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，缺乏對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的感觀理解，也無(wú)法體會(huì)到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中如掉線、客戶機(jī)或交換機(jī)電源未開(kāi)等情況引起的網(wǎng)絡(luò)故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于虛擬機(jī)技術(shù)的一體化教學(xué)模式很大程度上緩解了學(xué)校內(nèi)因網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不足和場(chǎng)地限制所造成的網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐困難的問(wèn)題，而VMware Workstation虛擬機(jī)軟件為虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供了很好的支持。學(xué)生不僅能用它組建對(duì)等網(wǎng)、客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)，組建具有路由功能的網(wǎng)絡(luò)，還能用它建立可能危及電腦系統(tǒng)的操作的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。在交換機(jī)和路由器的模擬方面，如能將GNS3等網(wǎng)絡(luò)模擬器加以補(bǔ)充應(yīng)用，虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將更加完善。

［1］沈利香.基于虛擬機(jī)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].福建電腦,2010,2:154-155.

［2］丁昱,莊城山.虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].信息安全與通信保密,2009,10:71-72.

［3］周翔.虛擬機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)信息安全教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,2:1165-1195.

［4］Sean Conery.Network Security Architectures[M].Published by Cisco Press,2004,4:222-233.

［5］李佳,江濤.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)仿真軟件的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2010,9:59-62.