馬海香 韓志強(qiáng)

【摘 要】簡要概述虛擬機(jī)技術(shù)及其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)應(yīng)用中的主要特點(diǎn)，探討虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用問題。

【關(guān)鍵詞】虛擬機(jī)技術(shù)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程；教學(xué)應(yīng)用

教學(xué)環(huán)境的構(gòu)建是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的基礎(chǔ)，但是在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中需要用到的教學(xué)環(huán)境較多，如果全部都使用真實(shí)的硬件來構(gòu)建的話無疑會(huì)加大學(xué)校的負(fù)擔(dān)，也會(huì)給學(xué)生帶來麻煩，而且學(xué)生的技術(shù)水平有限，很容易破壞教學(xué)環(huán)境，這些都是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)需要考慮到的問題。為了解決這些問題，現(xiàn)在許多的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境都采用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建，虛擬機(jī)的特點(diǎn)恰好可以解決以上提出的問題，因此，將虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中是一個(gè)可行且非常有意義的手段。

1 虛擬機(jī)技術(shù)特點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的益處

1.1 虛擬機(jī)的特點(diǎn)與選用

虛擬機(jī)技術(shù)誕生于上個(gè)世紀(jì)，它的主要作用是模擬各種硬件，能夠支撐起一個(gè)虛擬的操作系統(tǒng)在其上運(yùn)行。隨著虛擬機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬機(jī)軟件又增加了眾多的功能，使之功能愈趨強(qiáng)大。首先是虛擬機(jī)軟件能夠提供完備的硬件支持，如CPU、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡、顯卡、內(nèi)存以及各類端口等等。其次是能夠很好地支持虛擬系統(tǒng)與主機(jī)之間的資源共享，如輸入輸出設(shè)備、文件系統(tǒng)等等。還有如創(chuàng)建分支、快照等等，方便進(jìn)行各類實(shí)驗(yàn)以及恢復(fù)環(huán)境。按照不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，虛擬機(jī)可以分為兩類：第一類為純粹使用軟件進(jìn)行硬件模擬的虛擬機(jī)，如bochs等，這類虛擬機(jī)運(yùn)行速度較慢，但是可調(diào)試性非常強(qiáng)大，所以常用于操作系統(tǒng)級(jí)別的調(diào)試工作。第二類為軟件模擬配合硬件輔助技術(shù)的虛擬機(jī)，也是使用最為廣泛的虛擬機(jī)，如Vmware、VirtualBox等等，這類虛擬機(jī)的功能較為強(qiáng)大，由于使用了硬件輔助技術(shù)，所以運(yùn)行速度也更快。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中基本不會(huì)涉及操作系統(tǒng)級(jí)別的調(diào)試，所以最好使用此類的虛擬機(jī)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境構(gòu)建。

1.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中使用虛擬機(jī)的益處

按照上節(jié)所述的虛擬機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的對于教學(xué)環(huán)境的要求。可以總結(jié)出在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中使用虛擬機(jī)的益處。

（1）虛擬機(jī)可以模仿各種硬件，并不存在真實(shí)的硬件，所以不怕各種危險(xiǎn)的操作損壞硬件。（2）虛擬機(jī)中的操作系統(tǒng)是可以很方便地進(jìn)行還原操作的，即使學(xué)生損壞了操作系統(tǒng)也可以快速地恢復(fù)原樣。（3）可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝多個(gè)虛擬操作系統(tǒng)，并可以方便地進(jìn)行各種硬件資源共享，方便構(gòu)建不同系統(tǒng)環(huán)境。（4）降低主機(jī)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，可以放心地安裝和使用各種軟件，不會(huì)留下任何的痕跡，同時(shí)將應(yīng)用軟件放在虛擬操作系統(tǒng)中也可以加快主機(jī)的運(yùn)行速度。（5）保密性高，可以作為功能加強(qiáng)版的沙盤系統(tǒng)使用。

2虛擬機(jī)技術(shù)及其在教學(xué)中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用概述

當(dāng)前普遍應(yīng)用的虛擬機(jī)技術(shù)，主要是用相關(guān)的軟件從計(jì)算機(jī)已有的硬件中劃出一部分內(nèi)存和硬盤空間去模擬出具有普遍計(jì)算機(jī)性能的虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)子系統(tǒng)建立在正在運(yùn)行的主機(jī)操作系統(tǒng)之上，同時(shí)又擁有自己虛擬的CPU、內(nèi)存、硬盤、聲卡、網(wǎng)卡、光驅(qū)等設(shè)備。在虛擬機(jī)中能安裝操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件，利用虛擬機(jī)技術(shù)可方便地在1臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行2個(gè)或更多操作系統(tǒng)。也可將這些虛擬機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)，模擬出相對真實(shí)的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.2 虛擬機(jī)技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的主要特點(diǎn)

（1）虛擬機(jī)硬件的無關(guān)性特點(diǎn)。虛擬機(jī)通常是主機(jī)上的一個(gè)特定文件，教學(xué)中在虛擬機(jī)上的任何操作已限制在這個(gè)文件上進(jìn)行，它完全隔離并保護(hù)不同操作系統(tǒng)的操作環(huán)境以及所安裝的應(yīng)用軟件。教師可預(yù)先裝好不同的虛擬機(jī)系統(tǒng)，在教學(xué)中可以根據(jù)需要進(jìn)行拷貝使用，不用考慮硬件的兼容性，學(xué)生在操作中對虛擬機(jī)系統(tǒng)造成的任何損壞都能夠得到快速地恢復(fù)。

（2）可在同一臺(tái)主機(jī)上安裝、運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)。特別適合建立所需的教學(xué)及自學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在不對主機(jī)重開機(jī)情況下，就可在主機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，方便了教學(xué)的講解演示，節(jié)省了大量的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，擴(kuò)大了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和范圍。

（3）能在單機(jī)上完成過去無法做的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。虛擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可節(jié)省大量的組網(wǎng)經(jīng)費(fèi)，可在教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中不限量地使用交換機(jī)、網(wǎng)卡等虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，且減少了網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)施的維護(hù)工作量。此外，實(shí)驗(yàn)操作中即使虛擬系統(tǒng)崩潰了，也不影響物理機(jī)進(jìn)行重新恢復(fù)實(shí)驗(yàn)操作的性能。

（4）實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段的突飛猛進(jìn)。教師可方便地用虛擬機(jī)技術(shù)創(chuàng)建所需的虛擬機(jī)和虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行直觀教學(xué)，學(xué)生可更感性地掌握網(wǎng)絡(luò)組建、管理與維護(hù)等知識(shí)技能。極大地挖掘了現(xiàn)有設(shè)備的潛力，提高了教學(xué)效能，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，有助于學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)踐創(chuàng)新。

3教學(xué)中的虛擬機(jī)與虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立

3.1 虛擬機(jī)軟件的選擇

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)中，當(dāng)需要在主機(jī)上同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)虛擬機(jī)或需要組建虛擬網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行教學(xué)時(shí)，目前主要用VMware Workstation與Virtual PC軟件來建立虛擬機(jī)及虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。下面以運(yùn)用VMware Workstation為例來加以說明。

3.2 創(chuàng)建虛擬機(jī)

運(yùn)行VMware Workstation，單擊“File→New→ Virtual Machine”，進(jìn)入虛擬機(jī)創(chuàng)建向?qū)?。在陸續(xù)彈出的對話框中設(shè)置虛擬機(jī)要安裝的操作系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)的方式、磁盤的容量等，就可創(chuàng)建出一臺(tái)虛擬機(jī)。

3.3 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中，僅有虛擬機(jī)是不夠的，還需要構(gòu)建教學(xué)所需的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。運(yùn)行VMware Workstation以后，它提供了相當(dāng)于交換機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過這些設(shè)備，虛擬機(jī)和虛擬機(jī)、虛擬機(jī)和主機(jī)就可以構(gòu)建成各種形式的局域網(wǎng)。下面利用虛擬機(jī)網(wǎng)卡最常用的3種聯(lián)網(wǎng)模式，構(gòu)建所需的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

（1）Bridged模式。此時(shí)虛擬機(jī)與主機(jī)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，虛擬機(jī)相當(dāng)于直接接入主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，虛擬機(jī)可以使用它橋接到網(wǎng)絡(luò)上的任何可用服務(wù)，包括文件服務(wù)器、打印機(jī)等。同樣，使用橋接網(wǎng)絡(luò)配置的任何物理計(jì)算機(jī)或者其他虛擬機(jī)可以使用該虛擬機(jī)的資源。

（2）NAT模式。此時(shí)虛擬機(jī)通過主機(jī)單向訪問主機(jī)及主機(jī)之外的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)之外的網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)不能訪問該虛擬機(jī)。選用這種聯(lián)網(wǎng)模式主機(jī)不用做任何設(shè)置，虛擬機(jī)就可以利用主機(jī)上網(wǎng)。

（3）Host-only模式。此時(shí)虛擬機(jī)只能訪問主機(jī)及所有使用VMnet1虛擬網(wǎng)卡的虛擬機(jī)，它隔斷了虛擬網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)外部網(wǎng)絡(luò)的連接，建立一個(gè)獨(dú)立的私有網(wǎng)絡(luò)模式，該網(wǎng)絡(luò)上的虛擬機(jī)只能與虛擬網(wǎng)內(nèi)的虛擬機(jī)和主機(jī)通信。

4虛擬機(jī)技術(shù)在教學(xué)中的主要應(yīng)用

4.1 磁盤分區(qū)、格式化和操作系統(tǒng)安裝等內(nèi)容的教學(xué)

磁盤分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)等操作對實(shí)體計(jì)算機(jī)磁盤數(shù)據(jù)具有一定的破壞性，因而教學(xué)中可在虛擬機(jī)上進(jìn)行此類風(fēng)險(xiǎn)性操作。在虛擬機(jī)的CD-ROM設(shè)置中選擇使用ISO映像文件，啟動(dòng)虛擬機(jī)，就可以像在實(shí)體計(jì)算機(jī)上進(jìn)行磁盤分區(qū)、格式化和操作系統(tǒng)的安裝一樣來實(shí)施教學(xué)操作與講解。利用虛擬機(jī)進(jìn)行上述內(nèi)容的教學(xué)，不但保證了主機(jī)系統(tǒng)的安全，而且在完成操作后，通過映像功能還可以輕松將系統(tǒng)恢復(fù)到原樣。

4.2 Linux操作系統(tǒng)的教學(xué)

Windows，Linux，UNIX是目前計(jì)算機(jī)上常用的操作系統(tǒng)，學(xué)生一般對Windows比較熟悉，對Linux和UNIX知之甚少。在進(jìn)行Linux操作系統(tǒng)教學(xué)時(shí)教師可以在教學(xué)用計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建3臺(tái)虛擬機(jī)，分別安裝操作系統(tǒng)Windows，Linux和UNIX，然后同時(shí)運(yùn)行3個(gè)操作系統(tǒng)，并可在3個(gè)操作系統(tǒng)之間來回切換。通過與Windows虛擬機(jī)的切換進(jìn)行對比教學(xué)，可增強(qiáng)學(xué)生對Linux操作系統(tǒng)的理解程度。通過與UNIX虛擬機(jī)的切換，可使學(xué)生對比出UNIX與Linux的相似性，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)的同時(shí)學(xué)會(huì)使用UNIX操作系統(tǒng)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教學(xué)中把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)等動(dòng)手實(shí)驗(yàn)較強(qiáng)的課程，放在構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作會(huì)更加安全方便。通過虛擬技術(shù)構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可進(jìn)行局域網(wǎng)的組建，網(wǎng)絡(luò)配置與管理，WWW服務(wù)器，F(xiàn)TP服務(wù)器，DNS服務(wù)器，Telnet服務(wù)器等多種服務(wù)器的配置與應(yīng)用，可嘗試病毒入侵、黑客攻擊等網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)。這樣，學(xué)生可在1臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)扮演網(wǎng)絡(luò)管理員和普通用戶等不同角色，較方便地掌控整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。

5結(jié)語

將虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)與實(shí)訓(xùn)過程張，不僅可以節(jié)約軟硬件資源，而且使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)靈活、方便；此外，也易于構(gòu)建專業(yè)課程教學(xué)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有利于提高教學(xué)效率和質(zhì)量，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手與實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]吳換霞，余昭君.虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)仿真軟件在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010（01）

（作者單位：長城汽車股份有限公司）