虚拟化技术在高职实践环节中的应用探索

摘 要：高职实践教学的目的是培养学生的技术应用能力，在教学计划中占很大比例。为了搭建符合实际网络环境的实践平台，在教学中大量运用了虚拟化技术。各种虚拟机和模拟器在实践课上和顶岗实习期间的广泛应用，克服了实验设备和时间、空间的限制，提升实践教学效果。

关键词：实践教学;虚拟技术;教学改革

0 引言

本文作者在高职计算机类专业的教学实践中，广泛应用虚拟技术来搭建实验、实训环境，指导学生在课堂上和校外顶岗实习期间的实践活动。学校机房一般都是多门课程、多个班级甚至多个专业共用的，考虑成本因素，一般不会专门为某门课程在计算机上搭建专用的硬件实验环境，因此虚拟机和模拟器的使用就成了满足实验需求的重要方法，有效地解决了计算机类专业实验室成本高、管理难度大和硬件数据量不足等问题，使得学生可以在单机的环境下开展实验。本文介绍了目前常用虚拟机和模拟器在高职实践教学中的应用情况。

1 虚拟机软件在实践教学中的应用

常见的虚拟机软件有四种：VMware、VirtualBox、Hyper-V和Virtual_PC。VMware公司是全球虚拟化解决方案的领导厂商，一般的实验环境可使用Vmware的 Workstation版本即可满足要求。Oracle VM VirtualBox是Oracle公司一款开源的虚拟机软件。Hyper-V是微软的一款基于hypervisor技术的虚拟化产品，作为一个组件被集成到了Windows Server 2008中，无须单独付费。Vitrual PC只能虚拟出32位的系统，微软不会再推出能虚拟出64位系统的Virtual PC版本。我们在教学中选择了VMware。下面是应用VMware搭建实训环境来完成的专业课程实训内容。

1.1 网络操作系统

高职网络操作系统课程主要有Linux和Windows Server。在这两门课程的教学中，我们在VMware虚拟机上，让学生完成了各种网络服务的安装和配置。VMware提供了三种可供选择的网络连接：桥接模式（Bridged）、网络地址转换模式（NAT）和主机模式（host-only）。在实训过程中，根据需要可以灵活选择网络连接模式。另外，VMware的快照和还原功能，给实训提供了更多的便利，学生可以对某些重要环节反复训练，而避免重复简单的操作，大大提高了学习效率和实训效果。

在虚拟主机上完成的实训项目主要有：操作系统的安装与配置、架设DHCP服务器、架设DNS服务器、WEB服务的安装与配置、FTP服务的安装与配置、创建与管理邮件服务器、创建与管理流媒体服务器等。

1.2 计算机系统安全

计算机系统安全也是高职计算机类专业的重要内容，它指计算机在数据处理中所采取的安全保护技术和管理措施，计算机系统的安全保护主要包括基于身份的安全策略、基于角色的安全策略和基于规则的安全策略等三个方面。

计算机系统安全的实验大多是破坏性的，有的还是不可逆的，因此不能在真实的计算机上操作。

计算机系统安全的实验主要有：密码学基础实验、计算机系统硬件安全实验、操作系统安全实验、数据库安全实验、应用系统安全实验、应急响应与灾难恢复实验、计算机系统安全风险评估等。这些实验我们大部分都是在虚拟机上完成的，让学生可以大胆操作，不用担心造成损失，也不用花时间去恢复系统。

2 网络模拟软件在实践教学中的应用

目前较常用的思科网络设备模拟器主要使用Packet Tracer和GNS3。华为网络设备模拟器是eNSP。Packet Tracer 是由Cisco公司的一个模拟器，为学习CCNA课程的网络初学者进行设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。它简单易用，属于纯软件模拟，和真实的环境有差距，命令不全。

GNS是一种可以运行在多平台上的图形界面网络虚拟软件，通过它可以完成思科的CCNA、CCNP和CCIE等认证考试的实验模拟操作。

GNS3是在计算机中虚拟出网络设备并安装相应的操作系统，模拟真实的网络设备。

eNSP（Enterprise Network Simulation Platform）是一款由华为公司提供的免费、可扩展、图形化操作界面的网络仿真平台。下面介绍网络模拟器在课程教学中的使用情况。

2.1 Intranet组建

在学习网络基础知识时，教师一般使用Packet Tracer，在它的模拟模式下，可提供数据包在网络中传输的详细处理过程，观察网络实时运行情况，有助于学生对网络原理的理解。但由于Packet Tracer是仿真平台，有些命令不支持，所以有些实验在Packet Tracer上实现不了，可在GNS3上进行。对于那些网络专业基础较好或对网络技术兴趣浓厚的同学，教师会建议他们多使用GNS3，也为学生参加思科认证考试和今后的工作打下基础。学生在校外实习期间如果碰到网络问题，也可以在GNS3中搭建与实际网络接近的环境，寻找解决问题的途径。如果实际网络中使用的是华为的设备，则让学生使用eNSP仿真平台。教学中Packet Tracer和GNS3的配合使用，为网络原理、Intranet组建、网络维护这些内容的实践教学构造了一个较好的实验平台，提升了教师实践教学水平和学生的实践能力。

2.2 网络安全

由于网络安全实验的特殊性，使得这部分内容的实践教学存在着一些困难。虽然现有一些网络安全实验平台，但价格贵、更新成本高，所以很多学校并没有建设专用的网络安全实验室。因此在教学中如何搭建一个虚拟的网络安全实验环境，成了任课教师必须解决的问题。

GNS3是一款具有图形化界面的网络虚拟软件，它在Dynampis的基础上集成了Dynagen，并且整合了Qemu/Pemu、Virtual Box、 Winpcap、Putty 、Wireshark等软件，提供实验所需多方面的功能，它还可以模拟Cisco的PIX、ASA、IPS等安全设备。将GNS3与VMware或Virtual Box 等虚拟机或与真实的计算机互联，可以模拟与实际网络环境一致的实验环境。

学生可以在这个环境里进行攻防实验和流量控制等各种实验。使用Wireshark可以捕获任意路径上的网络数据报文，进行协议分析。GNS3完全具备快速构建复杂网络，并且与物理网络、物理主机或虚拟机互通的特点，教学中我们使用它建立网络安全虚拟实验平台实施教学，使得实验教学与理论教学紧密结合，相互促进，在帮助学生深入学习相关理论知识的同时，真正地掌握实际的操作技能。

3 手机模拟器的应用

随着智能手机的普及，APP正改变着人们的生活。计算机类专业都纷纷开设移动应用开发课程。Android以其开源的优势已经成为智能手机的主流操作系统。目前Android系统APP的开发工具最常用的是Eclipse。开发的APP需要在各种不同版本的Android平台上运行，前需要先进行测试。如果开发人员在每个型号的手机上进行测试，那是不可能的，但可以在安卓模拟器上先进行测试。ADT中带有各种版本的安卓模拟器，在APP开发的教学过程中，使用模拟器进行测试，降低了开发成本，提高了开发效率。

4 使用虚拟化技术的注意事项

①英特尔（Intel）和AMD的大部分CPU均支持Virtualization Technology（VT），名称分别为VT-x、AMD-V。VT开启之后对各种虚拟机和模拟器的性能有非常大的提高。VT的开启在BIOS中设置。如Phoenix BIOS机型的开启步骤：进入BIOS，选择Configuration选项，将Intel Virtual Technology选项设置为Enabled。

②使用虚拟化技术开展实践教学，至少需要开启一个虚拟机或模拟器，对于一些综合性实验，需要开启多个，这对计算机硬件的配置要求就比较高，主要是CPU、内存和硬盘。因此在机房建设初期就要考虑到这些因素，否则在教学过程中，会由于计算配置太低，有些实验无法开展，或者需要多台机器配合使用，才能完成实验，这样就会降低教学效果。

5 小结

虚拟技术在计算机类专业实践课程教学中的应用，解决了传统教学模式下存在的一些问题，是实验室教学资源的一个很好的补充。在虚拟化技术还在不断发展的今天，虚拟化已不再是单纯的服务器虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化，甚至手机移动虚拟化等也正快速地走进我们的生活。如何更好地应用先进的虚拟技术和虚拟平台，进一步拓展和完善实践教学，提升学生的计算机和网络技术的应用能力，是我们在接下来的工作中要继续努力探索的课题。虚拟技术的应用不局限于计算机类专业的实践教学，还可以推广到机电类、财经类、医学类等专业的实践教学，因此本课题的研究具有重要的意义。

参考文献：

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[3]谭毓银，王平.Packet Tracer软件在计算机网络实验教学中的应用[J].软件导刊，2015（4）：169-170.

[4]张国防，白晓波，孙超.基于Android的APP开发平台的搭建[J].通信设计与应用，2015（06）：68-69.

课题项目：

本论文为浙江省教育厅2014年度省教育技术研究规划课题“远程控制与虚拟技术在职教实践环节中的应用研究”（JB094）的研究成果。