用虚拟技术改进网络实验环境的探讨

摘要：实验教学是计算机专业教学的重要组成部分，但在教学中，很多综合性实验受到设备不足的制约而无法进行，无法满足教学要求，不能有效的提高教学质量。本文描述了如何利用虚拟技术改进网络专业实验环境。

关键词：虚拟技术；网络；实验环境

中图分类号：TP316.7-4 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-01

To Improve the Network Experiment Environment with Virtual Technology

Xie Tao

(Ningxia Institute of Science&Technology,Ningxia 753000,China)

Abstract:Experimental computer science teaching is an important part of teaching,but in teaching,many integrated device by the lack of experimental constraints that can not be,can not meet the teaching requirements,can not effectively improve the quality of teaching.This article describes how to use virtual technology to improve the network of professional test environment.

Keywords:Virtual technology;Network;Experimental environment

一、实验室现状分析

目前，网络专业机房基本都是由普通PC机组成的局域网机房，相关专业设备欠缺，在开展实验教学时，往往不得不简化、降低或者舍弃某些综合性的实验内容，采用一些对实验条件要求低的实验来代替。这就导致实验和理论脱节，削弱了实验教学的效果。比如：网络安全课，课程实验涉及到计算机病毒、木马、黑客攻击等内容，容易引起机房电脑故障，导致别的课程无法进行，很多深入实验不能开展。网络协议课，理想环境应该在一个有服务器、路由器的环境下，便于学生了解协议的应用，由于实验设备不足，只好在由多台PC组成的机房进行。特别是综合性较强的实验内容，由于涉及到企业网络拓扑环境，只好降低实验难度，或者播放教师事先做好的演示录像，学生动手能力达不到职业要求。

二、虚拟化技术概述

虚拟化技术是90年代初崛起的一种实用技术，他通过软件的方式，在一台高性能的计算机上虚拟多台相互独立的计算机，提供多用户界面，供多个用户同时使用互不干扰，这种技术主要应用在IT行业。虚拟化技术主要包括以下几种类型：指令集架构层虚拟、硬件抽象层虚拟、操作系统级虚拟、用户级函数库层虚拟、应用层虚拟。在这几种虚拟化技术中，硬件抽象层虚拟技术应用最广。

硬件抽象层虚拟技术，模拟了计算机的CPU、硬盘、网卡等硬件设备，可以在模拟软件中同时安装使用不同的操作系统，这类软件主要有EMC的Vmware系列产品、Microsoft的Virtual PC及Xen等。目前这几类软件已经广泛运用在IT领域，为各企业中心机房节省了大量服务器硬件设备。

三、用虚拟软件改进实验环境

如何用虚拟软件代替部分实验设备，有效实现网络课程实验呢？

根据网络专业的特点，可以把课程分成服务器配置类、网络设备配置类、网络管理类、网络安全类，实验机房根据这几种类别进行调整，每一类都有一个专业实验室，每个实验室配备一台服务器一台教师机，服务器安装相关虚拟软件配置实验环境，一台虚拟机可以允许255个用户连接访问，学生就可以通过远程登录虚拟机来做实验。教师只需要维护服务器就可以满足课程的实验环境，并且可以用虚拟机的还原功能达到多次重复实验内容的目的。

普通机房中的服务器Server1上安装Vmware虚拟软件Vm Server（是VMware服务器版的虚拟机软件，基于客户／服务模式），在Vm Server控制台上安装虚拟服务器Server2（Windwos 2003 Server），在利用Ghost功能复制第二台服务器Server3，用Server3的软路由功能实现模拟路由器，这两台服务器（Server2 Server3）就实现了虚拟的整个拓扑环境。通过Vm Server控制台分配的不同用户，学生在自己的电脑上通过客户端可以访问服务器的整个虚拟拓扑环境。

通过虚拟软件实现了基本的实验环境，但还不能满足一些专业课对实验的要求，接下来要对这几类课程的实验环境分别进行分析。

（一）服务器配置类课程。目前企业网常用服务器操作系统有Windows server 2003企业版、Red Hat Linux企业版，这两个系统应用非常广泛。为了实现局域网模拟企业网拓扑环境，可以采用实验室服务器安装一套拓扑模拟环境，学生电脑上再安装部分模拟环境的方式。学生做实验时会重复安装操作系统，可以在学生电脑上安装Vmware workstation虚拟机软件，虚拟系统中安装Windows、Linux等多种操作系统，便于学生练习。

实验室的服务器上安装Vm Server软件，实现企业网络的典型拓扑环境，需要作为企业网管理员管理多台服务器时，学生通过客户端访问服务器，实现在多台虚拟服务器机之间切换管理的目的。虚拟机可以加载多块网卡和硬盘，可以做各种服务器实验，如：DHCP服务器、DNS服务器、NAT服务、多硬盘纠错等，并且支持windows和linux系统的全部测试命令，配置起来非常方便。如果学生操作出错可以设置虚拟机恢复镜像就正常了，不会影响真实机房环境。

（二）网络设备配置类课程。计算机网络离不开交换机、路由器等硬件设备。学生在学习了网络互连设备的基本理论后，应该安排认识交换机、路由器设备的实验，并进行设备连接和简单设置。如果实验设备不足，不能为每个学生提供交换机和路由器进行操作，可以先参观真实硬件，之后再使用模拟软件（如Cisco Packet Tracer或Dynamips GUI）完成实验内容。

Dynamips源于美国加利福尼亚，后被编写成为中国计算机网络实验学习者的模拟软件，模拟功能非常强大。Dynamips路由模拟软件可以安装多种路由器操作系统，达到与买硬件路由器一样的操作环境，配置环境的真实程度非常高。

（三）网络管理类课程。网络管理课程需用在综合的网络环境下学习，可以在Vmware虚拟机中安装多款服务器系统，形成企业拓扑环境，在相关操作系统上安装Solarwinds、Sdm等网络管理软件，以实现企业网络的管理。整个拓扑环境都可以在一台电脑上实现，使每个学生都能成为一名网络管理员。网络协议课程，可以在Vmware虚拟机通过安装Sniffer Pro协议分析软件来完成数据包的捕获与分析，帮助学生理解OSI和TCP/IP参考模型、数据帧封装和传输过程。

（四）网络安全类课程。网络安全类课程一向都是最难实现实验环境的，可以通过在实验室服务器上安装Vmware workstation虚拟机软件，在虚拟机中安装Linux操作系统，在Linux系统中安装虚拟蜜罐软件Honeyd和入侵检测系统软件Snort。通过Honeyd模拟可以让黑客攻击的企业拓扑结构，让学生进行攻击，再用Snort进行检测，观察黑客入侵方法和攻击效果。因为整个环境都是构建在Vmware虚拟软件上，不会对机房做成任何伤害。

通过虚拟软件的应用扩充实验室的实验项目，可以很好的解决设备不足的问题，促进学生主动学习的兴趣，增强了实践动手能力，也锻炼了教师科研能力，可以说是一举多得，具有很强的推广价值。

参考文献：

[1]翟继强,陈宜冬.虚拟网络安全实验平台[J].实验室研究与探索,2009,6:79-89

[2]戚文静,刘学.网络安全原理与应用[J].中国水利水电出版社,2007