利用虚拟机技术改进计算机网络实验环境的思考

摘 要：文章基于VMware建立虚拟网络环境的思路，创建复杂多变的网络实验环境，在硬盘软件还原的基础上可进行破坏性实验内容。在实验设备受限的情况下，照顾不同实验进度的学生共用，达到真正理解掌握理论知识，获得一定综合技能和实践能力的效果。同时缓解实验室硬件环境和师资不足，在实际应用中效果良好。

关键词：虚拟机技术 计算机网络技术 实验环境

The Think of Using the Virtual Machine Technology to Improve the Experimental Environment of Computer Network

SuShaoYan HuHua SiWei

(Qinghai Radio and Television University Xining Qinghai 810008)

Abstract: The establishment of the virtual network environment based on VMware’s idea to create complex network lab environment. The destructive experiments can be done on the basis of the software content can be restore on the hard drive. In the experiment equipment limited circumstances, take care of different experimental progress of the students, to really understand and grasp the common theory knowledge, get a comprehensive skills and practice ability effect. At the same time relieve laboratory hardware environment and teaching experience, in the actual application of the effect is good.

Keywords:Virtual Machine Technology; Computer Network Technology; experimental environment

0 前言

实验实训是电大计算机网络技术专科专业教学的主要环节。目前电大开放教育中，教学理论、教学方法已经非常成熟，而实验实训环节受各方面条件的限制相对滞后，培养学生自主的动手能力却恰恰是教学考核目标。由于网络设备价格相对昂贵，在欠发达地区要做到配备完整的实验设备相当困难。

电大计算机网络实验课程现状分析

青海广播电视大学是面向社会培养留得住用得上的应用性人才的一所学校，实验实训教学是培养这类人才非常关键的环节之一，但计算机网络技术发展很快，硬件设备更新速率高，价格相对昂贵，如果一个学生进行局域网的搭建等试验环节，一般得配备三台计算机，这样要求设备的数量更多，也无形增加维护人员的工作量，在人力物力上成本较高，从而制约着实验实训环节的教学质量。

长久以来实验实训被沦为鸡肋，只做教师演示或蜻蜓点水式的观摩，无法达到教学要求。

虚拟机技术

虚拟技术可为学习者提供一个虚拟的学习环境，如虚拟实验、虚拟老师、虚拟场所等，这样为“无法承担实验室巨大费用但要解决实验问题提供了一个方法”[1] 。

虚拟机技术是通过虚拟机软件，在一台物理计算机上（也叫宿主机）虚拟出一个或多个独立的逻辑计算机（也叫虚拟子系统），在这个虚拟子系统上可完成操作系统的安装、服务组件的安装调试，以及软件测试等教学内容，也可单机模拟完成多台计算机之间的网络实验。 这些虚拟机都有独立的CPU、硬盘、内存、网卡、显卡等硬件，可同时安装多个不同的虚拟操作系统，在不影响底层操作系统的情况下重新启动或者开关机，这样就可以在虚拟操作系统进行正常的实验环节，大大节省资源，提高效益，强化实验效果。

目前构建虚拟机的软件较多，比如Virtual PC、VMware Workstation、Java Virtual Machine、VirtualBox等，这些虚拟机软件一般都可虚拟多个操作系统，根据需要测试筛选出适合的虚拟机软件。VMware开发较早，技术成熟，体积小性能强大，操作简便界面友好，仿真度非常高，安全性高，优势也比较明显，能够在支持目前主流的Windows2007操作系统上虚拟出Windows、linux，Mac等操作系统的虚拟机，笔者在实际创建中反复测试最终选择VMware搭建网络实训环境，效果良好。

构建虚拟机网络系统

运用VMware搭建虚拟机操作简便，首先根据需要安装好宿主机操作系统，笔者选择Windows2007为宿主机操作系统，主要考虑它是目前主流的操作系统，在硬件支持方面要远优于先前的windows版本，WIN7支持Driect11，支持新一代的硬件产品。并且启动快速、搜索和应用信息简略、更安全更低的成本、更人性化的UAC、比以往版本更节能，同时也能让学生更多的体验到操作系统发展的前沿。

安装好宿主机操作系统后根据实训环境要求选择需要虚拟的操作系统，这里根据教学需要，同时搭建了Windows XP、Windows 2003和linux三个操作系统，这三套虚拟系统完全可以满足电大计算机专业的各类实训环境。

运行VMware即可新建虚拟机，虚拟机的类型、硬盘、内存等虚拟物理设备此时就可以进行配置，虚拟机将占用宿主机的硬件资源，所以一般要求宿主机的配置足够高，才能够给虚拟机分配合适的硬盘和内存资源。此时虚拟出的只是虚拟机的物理设备，相当于一台还没安装操作系统的计算机，接下来就要给这台虚拟机安装操作。安装方法与普通计算机安装操作系统一样，只不过这个过程是在虚拟机上进行而不是在宿主机上。

需要几个虚拟机就进行几次上述过程，但VMWare虚拟机对宿主机的CPU和内存的要求并不低[2] ，一定要保证宿主机硬件资源的合理规划，否则分配给各虚拟机的硬盘、内存资源很少，整个系统由于物理资源的匮乏会变得异常缓慢甚至死机。

虚拟机的操作系统安装完成后，可通过批处理命令将启动界面设定为只显示几个虚拟机的界面，这样学生开机后根据实训环境的不同要求直接点击进入相应的虚拟操作系统，直接进行实训课程，避免了烦琐的开机过程，提高了实训效率。

宿主机一般应配置固定的IP地址，保证每台计算机都能联网。虚拟机提供了一些虚拟设备和用这些设备联网的方法，可以组建不同的网络。提供的虚拟设备有虚拟交换机、虚拟网卡等，虚拟设备联网的方式有Host-only模式、Bridged模式和NAT模式，学生掌握了虚拟设备和虚拟设备联网的方式就可以自如的组建不同的网络进行实验。

正是因为VMWare提供了众多方便、灵活的联网方式,容易模拟复杂和多变的测试环境,可以完成ARP攻击与防御、DNS服务器、邮件服务器、DHCP中继、VPN远程访问及其他各种复杂的网络实验[3] 。

为了维护方便将宿主机进行开机还原保护，这样即使实训过程中虚拟机遭到破坏，只要重启宿主机就可恢复。共享数据可以建一个共享盘，这样在宿主机和各个虚拟机之间、各虚拟机之间就可进行数据交换。

实际运用虚拟机实验环境效果

青海电大计算机网络技术专科专业组网实验以实现网络工程与硬件系统工程的实验，根据学校自身条件，建立了24座实验室，在这个实验环境中2人一台，可满足48人实验。

用传统方法进行实验时，实验过程中需反复重新启动系统，所以不能使用还原软件，在实验中容易将操作系统破坏，导致实验无法正常进行，要再进行实验需重新恢复操作系统，实验课效率非常低，无法进行正常教学活动，学生老师在这方面意见很大，成了我校实验实训课程的一个瓶颈。在这种环境下学生慢慢失去了耐心，学习兴趣也消耗殆尽，谈何教学质量。

传统实验环境下频繁安装操作系统，导致维护人员大量时间消耗在系统维护上，从而不能及时安装杀毒软件和系统补丁，极易造成病毒泛滥，甚至影响整个校园网络。利用VM虚拟技术后，底层操作系统安装了还原保护，提高了安全性。学生实验是在虚拟机当中进行的，实验中发生系统被破坏情况，也只是对虚拟机造成破坏，只要重启底层操作系统，便可快速恢复，极大提高实验效率和学习积极性，同时也最大限度的保护了实验环境。

传统实验环境 VM实验环境

计算机数量（24台） 最多满足12人 至少满足24人

维护管理 不同操作系统实验需重做系统

维护量大 随时可进行不同操作系统实验

维护量小

安全性 不能安装还原软件导致安全性差 安装还原软件安全性高

效率 单机单用、不便于测试、效率低 单机多用、便于测试、效率高

实验内容 单系统单一实验 多套系统同时进行实验项目

学生参与性 无法体验最新计算机技术

学生学习积极性差、参与性低 多种操作系统的虚拟环境

提供了体检新技术的平台

学生积极参与

最终效果 教师、学生不满意，教学质量低 教师、学生非常满意，教学质量高

图1 传统实验环境与利用虚拟机技术改进实验环境效果比较

经过一学年的实际应用，运用VM实验环境有着传统实验环境无法比拟的优势（图1），教师、学生、维护人员都满意，教学效果良好，促使青海电大网络实验实训课程上了一个台阶，突破了进行高质量实验课程的瓶颈。

结语

应用WMware创建多个虚拟机来搭建网络实验环境，可以模拟各种基本网络实验，满足操作系统安装、组网、各类软件的测试等各类实验，可在各虚拟机及宿主机之间进行配置和验证，投入少，效果好、易维护。

参考文献

[1] 方慕真 虚拟技术在远程教育中的应用探索. 开放教育研究.2009.8

[2] 魏楚元虚拟机应用于高校数据中心[J].中国教育网络.2009.4

[3] 王太成,蔡勇 利用虚拟机技术完成复杂网络实验[J].计算机技术与发展.2009.4

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。