虛擬化技術在計算機教學中的應用

彭建業(yè)

【摘 要】計算機網(wǎng)絡技術的實踐教學中，一些服務器的安裝與配置及工具軟件的使用在單臺計算機上無法完成，通過虛擬機軟件（Vmware Workstation）可以模擬真實的網(wǎng)絡環(huán)境來實現(xiàn)以上的要求，這樣既解決了學校網(wǎng)絡設備的不足，同是又滿足了每個同學獨立完成一個完整網(wǎng)絡的組建及各種網(wǎng)絡服務的安裝、配置和管理等實踐教學任務。本文簡要介紹了虛擬機軟件（Vmware Workstation）在計算機網(wǎng)絡技術的實踐環(huán)節(jié)課程的教學中應用虛擬機技術的方法和體會。虛擬機技術能實現(xiàn)在一臺計算機中模擬出一個近似真實的局域網(wǎng)絡環(huán)境，它為教師進行計算機網(wǎng)絡課程的課堂教學演示和利用普通計算機機房進行網(wǎng)絡實訓提供了極大的便利和低成本化。

【關鍵詞】網(wǎng)絡課程；教學；虛擬機技術；Vmware

近幾年，很多學校都開設了計算機相關專業(yè) 。但是，在計算機網(wǎng)絡實驗教學環(huán)節(jié)上相當一部分學校僅僅是采用了多媒體演示文稿的方式進行講解， 而真正的計算機網(wǎng)絡課程實驗卻是少之又少。 經(jīng)了解存在如下原因：

第一，在校學生人數(shù)的不斷增加而學校經(jīng)費有限不可能投入過多，多數(shù)學校都存在計算機實驗室數(shù)量少 、實驗設備不夠用的情況。

第二，計算機相關實驗教學過程中，存在計算機等實驗設備維護工作量巨大等現(xiàn)狀，硬件系統(tǒng)維護、軟件安裝、磁盤操作、分區(qū)、格式化等、操作系統(tǒng)的安裝升級等操作，均需要學生親自動手，多多實踐才能有深刻的認識和理解。但由于這類操作具有潛在的破壞性，一旦出現(xiàn)誤操作，很可能造成系統(tǒng)崩潰實驗教學人員就不得不重新安裝配置系統(tǒng)，久而久之，工作量可想而知。

第三，一些實驗需用課時數(shù)較多，但實驗室斷電后實驗無法保存。

第四，對于一些網(wǎng)絡方面的計算機實驗，現(xiàn)有的機房硬件環(huán)境更是無法滿足計算機網(wǎng)絡實驗的要求。

如果在計算機實驗教學中充分利用虛擬機技術則可以有效地解決上述計算機實驗教學中出現(xiàn)的各種問題。

1虛擬機簡介

這里討論的所謂虛擬機 不是指 Java 虛擬機那樣提供介于硬件和編程程序之間的軟件 而是指建立在宿主機的基礎上 通過軟件 等模擬出來的若干臺可以獨立運行且互不干擾的多個具有相同或不同操作系統(tǒng)的計算機。

目前常用的虛擬機軟件有 VMware Workstation、Microsoft Virtual PC和VirtualBox，其中VMware Work-station 是最為成功的一款。利用虛擬機軟件，可以在一臺宿主計算機上模擬出多臺機器 ，這些虛擬機如同真實的計算機一樣擁有各自獨立的硬件和軟件，包括虛擬機操作系統(tǒng)（依實際需要安裝）CPU內(nèi)存、硬盤光驅、網(wǎng)卡、甚至是聲卡和USB接口等部件。因此VMware Workstation 也使我們在教學中使用的虛擬機軟件。

2VMware 的安裝使用

2.1網(wǎng)下下載Vmware Workstation 6.0（現(xiàn)在Vmware Workstation 8.0），在運行WindowsXp操作系統(tǒng)的計算機上安裝Vmware Workstation 6.0軟件。

2.2啟動Vmware Workstation 6.0，預先規(guī)劃虛擬網(wǎng)絡的虛擬機的數(shù)量，在一個硬盤分區(qū)中.為每臺虛擬機的映像文件預留足夠的硬盤空間 Windows2003 Server的虛擬機映像文件約占1.7GB.Linux Red hat的虛擬機映像文件約占2.5GB 在新建虛擬機向導中指定磁盤容量時.磁盤大小采用系統(tǒng)默認的8GB。利用網(wǎng)上下載的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)（Windows或者Linux等）的ISO文件對虛擬機進行操作系統(tǒng)（Windows 2003）的安裝。

2.3安裝完操作系統(tǒng)后就可以進行所需要的實驗?？梢园旬斍白龊玫奶摂M機保存下來。

虛擬機主要進行網(wǎng)絡實驗，需要重點介紹一下虛擬機系統(tǒng)的網(wǎng)卡工作模式

2.4虛擬機系統(tǒng)的網(wǎng)卡工作模式

2.4.1橋接模式。在橋接模式下，Vmware虛擬出來的計算機就 像是局域網(wǎng)中的一臺獨立的主機，它可以訪問網(wǎng)內(nèi)任何一臺機器。該虛擬機和宿主機在網(wǎng)絡關系 上是平等的，沒有誰主誰次之分。需要手工為虛擬機配置IP地址、子網(wǎng)掩碼，并且與宿主機處于同一網(wǎng)段，這樣虛擬機才能和宿主機器進行通信在操作系統(tǒng)課程的實驗中，經(jīng)常會利用Vmware在局域網(wǎng)內(nèi)新建一個虛擬服務器，為局域網(wǎng)用戶提供網(wǎng)絡服務，因此，應該選擇橋接模式。這種模式是在新建虛擬機的時候默認選擇的。從原理上該模式是將虛擬機的虛 擬網(wǎng)卡橋接到一個宿主機的物理網(wǎng)卡上面，也就是將宿主機的物理網(wǎng)卡設置為混雜模式，從而達到偵聽多個IP的能力。

在新建虛擬機向導中配置網(wǎng)絡模式時，建議使用系統(tǒng)默認的橋接模式（bridged），使虛擬機是局域網(wǎng)中的一個獨立的主機系統(tǒng).手工為虛擬機配置IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關，而且還要和實體主機處于同一網(wǎng)段.以實現(xiàn)通過局域網(wǎng)的網(wǎng)關或路由器訪問互聯(lián)網(wǎng)。對虛擬機進行網(wǎng)絡參數(shù)設置，使虛擬機系統(tǒng)（windows 2003或者Linux）和主機的XP系統(tǒng)能進行連網(wǎng)通信。

3虛擬機在教學中的應用

3.1計算機組裝和維護課程實驗

計算機組裝與維護是應用性和實用性非常強的課程，要求學生了解計算機硬件發(fā)展的最新技術，掌握組裝與維修計算機的基本原理，能夠獨立動手組裝計算機以及處理計算機常見故障。

基于虛擬機技術的計算機組裝和維修實VMware訓主要包括 設置BIOS、硬盤的分區(qū)、低級和高級格式化、數(shù)據(jù)的備份與恢復和操作系統(tǒng)的安裝等幾個部分。實驗時需新建一臺虛擬機，并在硬件配置編輯器中為其添加虛擬硬盤，配置好系統(tǒng)維護所需的其他硬件。

學生打開虛擬機，根據(jù)提示可以進入虛擬機的BIOS，像設置實際一樣進行各項配置BIOS。

在這樣的虛擬實訓環(huán)境下的操作與在實際計算機系統(tǒng)上的操作幾乎完全相同，可以很好地讓學生練習，完成教學任務，而且也不會給計算機的維護帶來額外的負擔。

3.2操作系統(tǒng)實驗

計算機專業(yè)的學生除了要學習Window 操作系統(tǒng)外，還需學習Linux、Unix等操作系統(tǒng)課程，而機房的計算機一般安裝的是Windows系統(tǒng)。如果在一臺電腦上安裝多個操作系統(tǒng)，會加重機房管理的工作量和難度。 利用虛擬機軟件，可以將Linux、Unix 等操作系統(tǒng)安裝到Windows 系統(tǒng)中的虛擬機中，這樣可以不用改變機房的系統(tǒng)配置，減輕機房管理人員的維護工作。

在虛擬機上安裝操作系統(tǒng)的過程中，需要動手設置的地方不多，多數(shù)時候是等待計算機自動安裝，并且可以做到 工作 和 安裝 兩不誤，即在虛擬機里安裝操作系統(tǒng)時，可以在本臺主機上繼續(xù)其他的工作，只要在主機和虛擬機之間切換就可以實現(xiàn) 。虛擬機的掛起功能又可以方便地保留當前狀態(tài)，以便下一次繼續(xù)實驗。

3.3網(wǎng)絡組建與維護實驗

計算機網(wǎng)絡實驗需要多臺計算機以及多種網(wǎng)絡互聯(lián)設備，而利用虛擬機只需要一臺電腦便能虛擬出多臺虛擬機，還可以虛擬出交換機、網(wǎng)卡等設備，以滿足網(wǎng)絡組建的需要，學生可以在虛擬的網(wǎng)絡里組建基于工作組的對等網(wǎng)以及基于域的局域網(wǎng)。網(wǎng)絡組建與維護實驗主要包括 Windows網(wǎng)絡（域和工作組）的組建Linux/Unix網(wǎng)絡的組建以及多系統(tǒng)組網(wǎng)實訓。安裝完VMware Workstation Windows虛擬機后，默認的在Windows系統(tǒng)的“網(wǎng)絡連接”中會自動出現(xiàn)了兩個虛擬網(wǎng)卡：“VMware Network Adapter VMnet8”和“VMware Network AdapterVMnetl。

3.4服務器配置與管理實驗

在在虛擬網(wǎng)絡里，將某些虛擬機配置為服務器，某些虛擬機設為客戶端，讓學生從中學習服務器的配置與管理，充分體會服務器、工作站、對等工作模式、客戶服務器工作模式等抽象概念。學生可以學會搭建滿足一定條件及應用的網(wǎng)絡，為培養(yǎng)學生的設計和創(chuàng)新能力提供實驗平臺，并可在此基礎上進行Web、DNS、FTP、Mail、DHCP服務器以及流媒體服務器等服務器的配置實驗。

服務器配置與管理實驗對虛擬機沒有特殊的要求，只要虛擬機之間以及虛擬機與主機之間可以通訊，就可以構建一個完整的實驗環(huán)境 做實驗時，讓一臺虛擬機。做客戶機，另一臺虛擬機做服務器，并且在虛擬機上安裝好需要用到的服務器和客戶機操作系統(tǒng)，并選取合適的系統(tǒng)虛擬網(wǎng)卡類型。這樣進入該實驗環(huán)境時，就可以自行安裝服務器軟件并進行相關的實驗。

4結論

計算機網(wǎng)絡的實踐教學由于其抽象性，不在實際環(huán)境下講解，學生很難理解。由于虛擬機技術的在網(wǎng)絡教學中的引入，使得原本枯燥、難懂、抽象的網(wǎng)絡課程，變成為有趣、生動、啟發(fā)學生興趣和培養(yǎng)實際動手能力的捷徑。隨著虛擬機技術的不斷發(fā)展和應用，虛擬機技術一定會為我們網(wǎng)絡教學帶來革命性的改變。目前教學的計算機實驗室多為已經(jīng)組建了內(nèi)部局域網(wǎng)絡，而不便于學生自己獨立組建局域網(wǎng)絡。因此采用虛擬機系統(tǒng)技術模擬真實網(wǎng)絡環(huán)境授課是提高教師教學效果和保證教學質量的一種手段.同時也減輕了設備維護的經(jīng)費和實驗員的工作量，在實際的教學和實驗應用中取得了良好的效果。

參考文獻：

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