蔡　艷, 孫國良

(1.河南教育學(xué)院 信息技術(shù)系，河南 鄭州 450046；2.南陽師范學(xué)院 基建處，河南 南陽 473061)

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基于VMware虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)研究

蔡艷1, 孫國良2

(1.河南教育學(xué)院 信息技術(shù)系，河南 鄭州 450046；2.南陽師范學(xué)院 基建處，河南 南陽 473061)

探討了VMware虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基本原理，并給出了其在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的具體實(shí)例，指出了VMware虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)和常見問題.

VMware；虛擬機(jī)；Bridged；NAT

0　引言

虛擬機(jī)Virtual Machine(VM)，是針對(duì)真正的物理計(jì)算機(jī)而言，可以像真實(shí)機(jī)器一樣運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn).虛擬機(jī)可“同時(shí)”運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，在每個(gè)操作系統(tǒng)上進(jìn)行虛擬分區(qū)和配置而不會(huì)影響到硬盤實(shí)際的分區(qū)數(shù)據(jù)，還可以用局域網(wǎng)的方式把多臺(tái)虛擬機(jī)連在一起.這樣實(shí)現(xiàn)了在主系統(tǒng)上真正“同時(shí)”運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng).

任何虛擬機(jī)都擁有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)資源的完全控制權(quán)，而不被其他虛擬機(jī)所影響.虛擬機(jī)中絕大多數(shù)程序的執(zhí)行其實(shí)是通過CPU來完成的，一般不影響速度，這和仿真程序中的指令執(zhí)行方法是不一樣的.一般情況下，程序在虛擬和物理主機(jī)中運(yùn)行的效果是一樣的.鑒于虛擬機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可將虛擬技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)中，這樣可以降低實(shí)驗(yàn)的成本，提高已有系統(tǒng)的利用率.VMware公司研發(fā)的VMware系列產(chǎn)品成為目前個(gè)人主機(jī)上常用的虛擬機(jī)軟件.

1　虛擬機(jī)軟件VMware

1.1虛擬機(jī)軟件簡介

20世紀(jì)60年代，為了充分利用昂貴的大型機(jī)資源，虛擬化技術(shù)被應(yīng)用在大型機(jī)上.伴隨著X86服務(wù)器性能的提升和廣泛的應(yīng)用以及個(gè)人PC機(jī)的快速發(fā)展，虛擬化技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用和提高.VMware公司最先在PC機(jī)平臺(tái)[1-3]中使用服務(wù)器虛擬化技術(shù).

虛擬機(jī)可以單獨(dú)運(yùn)行操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序，和平時(shí)用的PC機(jī)一樣.它包含PC機(jī)必備的組件設(shè)備：中央處理器、存儲(chǔ)器、硬盤、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、音頻設(shè)備等，而這些組件是基于軟件虛擬實(shí)現(xiàn)的.它也可以對(duì)BIOS進(jìn)行設(shè)置.鑒于這種情況，現(xiàn)實(shí)中的其他設(shè)備是無法區(qū)分虛擬計(jì)算機(jī)和物理計(jì)算機(jī)的.虛擬機(jī)不含任何硬件設(shè)備，完全由軟件虛擬而成，因此，虛擬機(jī)比現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)具有許多優(yōu)勢(shì)[4].

1.2VMware Workstation的定義

VMware Workstation是VMware公司開發(fā)的專業(yè)軟件，其特點(diǎn)是具有虛擬技術(shù).VMware Workstation能在一臺(tái)物理機(jī)上同時(shí)虛擬出許多臺(tái)PC機(jī)，而每臺(tái)PC機(jī)都可以單獨(dú)運(yùn)行操作系統(tǒng)[5-6]，如Windows、Linux、NetWare等，且互不影響，還可以將一臺(tái)真實(shí)物理計(jì)算機(jī)上虛擬的幾個(gè)操作系統(tǒng)連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò).運(yùn)行VMware Workstation軟件的物理計(jì)算機(jī)稱為宿主機(jī)(Host)，在宿主機(jī)上用VMware Workstation軟件虛構(gòu)出來的邏輯計(jì)算機(jī)被稱為虛擬機(jī).

2　VMware的工作原理

在操作系統(tǒng)Windows環(huán)境下，VMware可以提供10個(gè)虛擬的網(wǎng)卡(VMnet0～VMnet9)，用于各種各樣的網(wǎng)絡(luò)連接.虛擬機(jī)分別有3種工作模式[7-8]：NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)、Bridge(橋連接)、Host-only(僅主機(jī)).

2.1Bridge網(wǎng)絡(luò)連接模式的工作原理

Bridge 是最基本也是最常用的一種組網(wǎng)方式.在 Bridge網(wǎng)絡(luò)連接模式里，通過VMnet0虛擬的交換機(jī)和Host連在一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)中，需要為每一個(gè)Guest分配一個(gè)和Host在同一個(gè)網(wǎng)段的外網(wǎng)IP地址.這樣，每一個(gè)Guest在網(wǎng)絡(luò)上的地位與Host是對(duì)等的，就像連接在同一個(gè)Hub上的多臺(tái)計(jì)算機(jī).但Guest與外網(wǎng)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)通信都要經(jīng)過物理網(wǎng)卡.這種方式要求能夠得到多個(gè)和Host同在一個(gè)網(wǎng)段的外網(wǎng)的IP，并需要為Guest手工配置子網(wǎng)掩碼等相關(guān)信息.利用Bridge連接方式的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)(圖1).

圖1　Bridge連接方式的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)Fig.1　Connecting structure of bridge

2.2NAT網(wǎng)絡(luò)連接模式的工作原理

使用NAT模式，實(shí)現(xiàn)了Guest操作系統(tǒng)和Host操作系統(tǒng)的雙向訪問.Guest可以借助NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)功能，訪問網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他現(xiàn)實(shí)機(jī)器，并可以用Host所在的網(wǎng)絡(luò)訪問外網(wǎng).NAT網(wǎng)絡(luò)連接模式下Guest所需的TCP/IP協(xié)議是由VMnet8(NAT)虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器所分配的，操作者無法進(jìn)行修改.因而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除Host外其他現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)是不能訪問虛擬機(jī)的.采用NAT模式的優(yōu)勢(shì)是，虛擬系統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)非常簡單而不需要改變其他設(shè)置，只要Host-only能訪問網(wǎng)絡(luò)就行.利用NAT連接方式的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)如圖2.

圖2　NAT連接方式的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)Fig.2　Connecting structure of NAT

2.3Host-only網(wǎng)絡(luò)連接模式的工作原理

Host-only模式適用于將現(xiàn)實(shí)和虛擬分開的特殊網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)境中.Host-only的特點(diǎn)就是通過VMnet1虛擬交換機(jī)和宿主機(jī)互聯(lián)，相當(dāng)于這兩臺(tái)機(jī)器通過雙絞線互聯(lián)，虛擬機(jī)與宿主機(jī)可以相互訪問；虛擬機(jī)必須具備以下兩個(gè)條件才可以相互訪問：同在Host-only模式下和在同一個(gè)虛擬交換機(jī)上.在Host-only模式下，虛擬系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議的配置(如IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、DNS服務(wù)器等)，都是由VMnet1(Host-only)虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器來隨機(jī)分配的，無法手動(dòng)修改.所以，宿主機(jī)和虛擬機(jī)所在的局域網(wǎng)絡(luò)上的其他物理計(jì)算機(jī)不能進(jìn)行通信.利用Host-only連接方式的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3　Host-only連接方式的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)Fig.3　Connecting structure of Host-only

用戶可以用“虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器”(virtual network editor)自定義網(wǎng)絡(luò)，添加配置虛擬交換機(jī)，把宿主機(jī)和多個(gè)網(wǎng)卡相互連接，建成許多不那么簡單的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).這種模式是VMware的定制(custom)模式.

2.4VMware的分組功能

同一局域網(wǎng)中的同一組所有的虛擬機(jī)都可以相互訪問，這就是VMware的“分組”(team)功能.和以前不同的是,不需要在VMware的虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器中改變?cè)O(shè)置，而Team設(shè)置的虛擬交換機(jī)與宿主機(jī)沒有任何關(guān)系.Team為建立私有網(wǎng)絡(luò)提供了方便.

VMware具有這些網(wǎng)絡(luò)模式和功能，在Windows操作系統(tǒng)中每一個(gè)虛擬交換機(jī)連接數(shù)量是沒有限制的.網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的類型不同，其設(shè)置配置網(wǎng)絡(luò)連接模式也不同，其用戶可以根據(jù)自己的需要來操作.

3　VMware虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

VMware虛擬機(jī)的實(shí)驗(yàn)類型很多，比如網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、服務(wù)器配置、云計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的搭建實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)等.本文以網(wǎng)絡(luò)組建實(shí)驗(yàn)為例，介紹Windows中VMware網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用.

3.1基于VMware虛擬機(jī)的簡單組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：VMware Workstation 7.0英文版的虛擬機(jī)； Windows XP Professional(Win XP)SP3的系統(tǒng)；虛擬機(jī)1系統(tǒng)是Windows 2000 Server(Win 2000)；虛擬機(jī)2系統(tǒng)是Windows XP Professional(Win XP)SP3.

實(shí)驗(yàn)以網(wǎng)絡(luò)組建為例說明Bridge(橋連接)模式的詳細(xì)配置.宿主機(jī)與虛擬機(jī)通過VMware(虛擬交換機(jī))與VMnet相聯(lián)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示.

圖4　橋連接組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4　Network topo structure of bridge

組建這個(gè)網(wǎng)絡(luò)并不復(fù)雜，注意在安裝兩個(gè)虛擬機(jī)的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)連接方式應(yīng)選擇Bridge方式，安裝完成后，應(yīng)手工配置如圖4所示的網(wǎng)絡(luò)信息.網(wǎng)絡(luò)配置完成后，可以通過Ping命令來測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通性.完成了實(shí)驗(yàn)的調(diào)試工作，宿主機(jī)和虛擬機(jī)可以相互訪問，好像局域網(wǎng)中多了兩臺(tái)新的計(jì)算機(jī).這個(gè)階段可以做局域網(wǎng)內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，如DNS的配置、ftp服務(wù)的搭建等配置.根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要也可以把Windows操作系統(tǒng)改成Linux操作系統(tǒng).

3.2基于VMware的其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

許多綜合性的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)也可以通過虛擬機(jī)來實(shí)驗(yàn)，例如云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的搭建、配置及管理，多個(gè)操作系統(tǒng)的組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)(Linux和windows組網(wǎng))等網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，以及網(wǎng)絡(luò)安全方面的IP碎片攻擊實(shí)驗(yàn)等.

4　VMware實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)及常見問題

4.1VMware實(shí)驗(yàn)需要注意的事項(xiàng)

4.1.1增加虛擬機(jī)可用物理內(nèi)存

VMware在虛擬機(jī)創(chuàng)建的過程中,虛擬內(nèi)存的大小一般是自動(dòng)分配的，和Guest System的物理內(nèi)存大小是相同的.創(chuàng)建虛擬機(jī)后，為了提高虛擬機(jī)運(yùn)行的效率和速度，仍然可以為它增加可用內(nèi)存.

具體的創(chuàng)建過程：打開“Guest System”，在“Settings” 菜單中單擊 “Configuration Editor”，選中“Device”下的“Memory”項(xiàng)，在 “Guest Size”對(duì)話框修改成組建所需的數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)擊“OK”就可以了.

4.1.2添加硬件設(shè)備

虛擬機(jī)和物理計(jì)算機(jī)一樣，一般安裝的是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備如硬盤、光驅(qū)、網(wǎng)卡等，如果需要其他的設(shè)備，再按照所需要求進(jìn)行增加.

方法如下：在“VM”菜單下打開“Settings”選項(xiàng)，在“Device”中會(huì)出現(xiàn)虛擬機(jī)中已經(jīng)安裝好的硬件設(shè)備，左擊“Add”，這樣就可以添加所需要的設(shè)備了.

4.1.3切換控制權(quán)

多個(gè)操作系統(tǒng)能同時(shí)運(yùn)行在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)中，這就是VMware的工作特點(diǎn)，但是這樣就存在一個(gè)問題：系統(tǒng)控制權(quán)的轉(zhuǎn)換問題.比如，在windows操作系統(tǒng)中，鼠標(biāo)和鍵盤同時(shí)不能操作，這樣可以同時(shí)按下Ctrl+Alt組合鍵把系統(tǒng)的控制權(quán)轉(zhuǎn)換一下,還可以在VMware的窗口下單擊鼠標(biāo)左鍵.

4.1.4正確關(guān)機(jī)

虛擬機(jī)也應(yīng)該正確地關(guān)機(jī).不應(yīng)該直接單擊Power OFF，直接單擊Power OFF就等于不正常關(guān)機(jī)；正確的關(guān)機(jī)方法為左擊 “開始”—“關(guān)機(jī)”.“Ctrl+Alt+Delete”組合鍵非特殊情況盡量不要使用。

4.2VMware實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的常見問題

4.2.1虛擬機(jī)之間無法通信

出現(xiàn)虛擬機(jī)之間不能通信、虛擬機(jī)與PC機(jī)之間不能通信，這樣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行.出現(xiàn)這種情況的原因有：

1)防火墻阻礙通信，當(dāng)防火墻安裝在虛擬機(jī)或物理計(jì)算機(jī)后，做實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不通也可以關(guān)閉防火墻檢驗(yàn).

2)MAC的沖突，虛擬機(jī)隨機(jī)分配的MAC地址會(huì)出現(xiàn)重復(fù)，從而使網(wǎng)絡(luò)無法通信，檢查各虛擬機(jī)的MAC地址是否重復(fù)可以用ipconfig命令來實(shí)驗(yàn)，若出現(xiàn)沖突，網(wǎng)卡的屬性應(yīng)該選擇高級(jí)，并選擇“Network Address”后，設(shè)置不重復(fù)的值.

4.2.2虛擬機(jī)速度慢，安裝時(shí)間長

在虛擬機(jī)中安裝系統(tǒng)或者軟件會(huì)很慢，因?yàn)樘摂M機(jī)的內(nèi)存比較小，應(yīng)該將VMware converter安裝在物理計(jì)算機(jī)上，再把虛擬機(jī)文件分別拷貝多份，這樣多個(gè)虛擬機(jī)系統(tǒng)就形成了，自然也就組成了網(wǎng)絡(luò).

5　總結(jié)

VMware虛擬機(jī)技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的新工具，提高了原來系統(tǒng)的效率，增強(qiáng)了原來系統(tǒng)對(duì)操作環(huán)境的適應(yīng)性.虛擬機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)節(jié)約了資源.另外，一些不安全軟件、操作失誤等也很容易使物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài).如果這些問題出現(xiàn)在虛擬機(jī)系統(tǒng)中就和物理計(jì)算機(jī)沒有任何關(guān)系，因?yàn)樘摂M機(jī)的系統(tǒng)是獨(dú)立的.所以使用虛擬機(jī)進(jìn)行各種測(cè)試工作，可以減少很多風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在測(cè)試方面虛擬機(jī)技術(shù)很值得推廣.

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VMware Virtual Machine Based on Web Application Technology

CAI Yan1, SUN Guoliang2

(1.Department of Information Technology, Henan Institute of Education, Zhengzhou 450046, China;2.DepartmentofConstruction,NanyangNormalUniversity,Nanyang473061,China)

Discusses the to achieve the basic principles VMware virtual machine network services, and gives experimental applications in the network specific examples, disscusses about a VMware virtual machine on the network technology, experiment notes and frequently asked questions.

VMware; virtual machine; bridged; NAT

2016-03-30

河南省基礎(chǔ)與前沿研究項(xiàng)目(142300410136)

蔡艷(1985—)，女，河南正陽人，河南教育學(xué)院信息技術(shù)系教師.

10.3969/j.issn.1007-0834.2016.03.011

TP393.08

A

1007-0834(2016)03-0038-04