王玉芳 杜廷龍 謝青松

【中圖分類號】TP393.08-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）36-0109-01

讓學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和熟練掌握網(wǎng)絡(luò)安全工具的使用，是計算機網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)的主要目的。本文通過在網(wǎng)絡(luò)安全實驗教學(xué)中引入虛擬機技術(shù)，介紹了如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基礎(chǔ)上合理有效的組織網(wǎng)絡(luò)安全實驗教學(xué)。

1.網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中存在的問題

網(wǎng)絡(luò)安全是一個實驗性很強的課程，并且網(wǎng)絡(luò)安全實踐最少應(yīng)該有2個獨立的操作系統(tǒng)，而且這2個操作系統(tǒng)要可以進(jìn)行通信。在網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中經(jīng)常遇到以下問題：（1）部分網(wǎng)絡(luò)安全實驗對系統(tǒng)具有一定破壞性，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，會毀壞正常的系統(tǒng)。（2）大部分院校計算機實驗室采用硬盤保護還原卡系統(tǒng)。雖然可以有效防止由于學(xué)生誤操作或計算機病毒引起的系統(tǒng)崩潰，但是有些軟件必須在重啟后才能正常使用，所以也容易造成有些實驗教學(xué)無法在實驗室完成。因此，在真實環(huán)境下搭建網(wǎng)絡(luò)安全實驗環(huán)境并不合理。在網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)中，可以引入虛擬機技術(shù)。

2.虛擬機技術(shù)

虛擬機是支持多操作系統(tǒng)并行在單個物理服務(wù)器上的一種系統(tǒng)，能夠提供更加有效的底層硬件使用。在真實計算機系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)組成中的設(shè)備驅(qū)動控制硬件資源，負(fù)責(zé)將系統(tǒng)指令轉(zhuǎn)化成特定設(shè)備控制語言。在假設(shè)設(shè)備所有權(quán)獨立的情況下形成驅(qū)動，這就使得單個計算機上不能并發(fā)運行多個操作系統(tǒng)。虛擬機則包含了克服該局限性的技術(shù)。虛擬化過程引入了低層設(shè)備資源重定向交互作用，而不會影響高層應(yīng)用層。通過虛擬機，學(xué)生可以在單個計算機上并發(fā)運行多個操作系統(tǒng)。每個虛擬機由一組虛擬化設(shè)備構(gòu)成，其中每個虛擬機都有對應(yīng)的虛擬硬件。操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序可以運行在虛擬機上。而不需要提供任何交互作用的網(wǎng)絡(luò)適配器的支持。

在虛擬機中，中央處理器芯片從系統(tǒng)其它部分劃分出一段存儲區(qū)域，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行在“保護模式”環(huán)境下，每臺“機器”可以運行單獨的操作系統(tǒng)而互不干擾，這些“新機器“各自擁有自己獨立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，你可以像使用普通機器一樣對它們進(jìn)行分區(qū)、格式化、安裝系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等操作，還可以將這幾個操作系統(tǒng)聯(lián)成一個網(wǎng)絡(luò)。在虛擬系統(tǒng)崩潰之后可直接刪除不影響本機系統(tǒng)，同樣本機系統(tǒng)崩潰后也不影響虛擬系統(tǒng)，可以下次重裝后再加入以前做的虛擬系統(tǒng)。同時它也是唯一的能在Windows和Linux主機平臺上運行的虛擬計算機軟件。虛擬機軟件不需要重開機，就能在同一臺電腦使用好幾個操作系統(tǒng)，不但方便，而且安全。因此，虛擬機在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)方面可以發(fā)揮很大的作用。

3.虛擬機軟件介紹

虛擬機軟件具有模擬真實計算機硬件環(huán)境的功能，它可以在一臺真實的計算機上模擬出若干臺虛擬機。這些虛擬機可以運行單獨的操作系統(tǒng)而互不干擾，它們之間可以通過主機的網(wǎng)卡進(jìn)行通信，從而連成一個網(wǎng)絡(luò)。

常用的虛擬機軟件有VMware系列和Microsoft系列。VMware系列虛擬機軟件有：VMware Workstation （工作站版）、VMware GSX Server（服務(wù)器版）、VMware Server和VMware ESX Server。Microsoft系列虛擬機軟件有：Microsoft Virtual PC和Microsoft Virtual Server。本文主要以VMware？鄄workstation公司的軟件為例介紹虛擬機軟件在網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中的應(yīng)用。

4.虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的構(gòu)建及注意事項

4.1環(huán)境的構(gòu)建

首先是下載和安裝VMWare 軟件，目前最新版本是VMWare workstation10。其次是啟動安裝好的虛擬機軟件，根據(jù)需要創(chuàng)建多個虛擬機；再次是對虛擬機進(jìn)行操作系統(tǒng)的安裝；最后是對每臺虛擬機進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置連網(wǎng)，保證每臺需要的虛擬機可以正常通信。

4.2注意事項

在進(jìn)行虛擬機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實驗環(huán)境構(gòu)建過程中也要注意以下事項：一是預(yù)先規(guī)劃虛擬網(wǎng)絡(luò)的虛擬機的數(shù)量，在一個硬盤分區(qū)中，為每臺虛擬機的映絡(luò)連接方式。VMWare像文件預(yù)留足夠的硬盤空間。在新建虛擬機向?qū)е兄付ù疟P容量時，磁盤大小可用默認(rèn)值，無需立刻分配所有磁盤空間，讓其根據(jù)應(yīng)用程序的安裝的多少而增大。二是應(yīng)為新建虛擬機配置適合的網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)連接方式有4種： Use Bridged networking、Use network address translation（NAT）、Use host？鄄only networking和Do not use a network conection。在上述4種網(wǎng)絡(luò)連接方式中，Bridged方式最方便好用，因為這種連接方式將使虛擬機就好像是一臺獨立的計算機一樣。三是安裝操作系統(tǒng)之前，根據(jù)實際內(nèi)存大小來調(diào)整內(nèi)存容量，設(shè)最大不超過實際內(nèi)存的一半。除此之外，光驅(qū)要選擇一個物理驅(qū)動器，否則會彈出無法找到光驅(qū)的信息，操作系統(tǒng)將不能進(jìn)行光盤安裝。四是在實體機上，專門創(chuàng)建存放“虛擬機硬盤映像文件”的文件夾，用于存放映像文件。如果要備份該虛擬系統(tǒng)，只要備份這個文件夾，方便管理和使用。

5.虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用

實驗教學(xué)中的黑客工具的使用、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安全配置、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的安全配置、數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的應(yīng)用等實驗都可以在虛擬機的環(huán)境下完成。在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，學(xué)生可以2人或者多人一組一起連網(wǎng)實驗；虛擬機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可以一人單獨實驗，同時分擔(dān)攻防角色，便于學(xué)生獨立完成實驗，更全面的掌握網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。當(dāng)然，在實際使用中，虛擬機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境技術(shù)的應(yīng)用也有自身的不足，如：一是在教學(xué)時，當(dāng)啟動的虛擬機較多時，對硬件的要求較高。教學(xué)前應(yīng)先規(guī)劃好，避免在啟動虛擬機上浪費授課時間。二是在學(xué)生實驗時，缺乏對真實網(wǎng)絡(luò)的操作，也無法體會到實際網(wǎng)絡(luò)中如掉線等情況引起的網(wǎng)絡(luò)故障。

采用虛擬機技術(shù)模擬真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境授課是網(wǎng)絡(luò)安全實驗課提高教師教學(xué)效果和保證教學(xué)質(zhì)量的一種有效方法。