韋汝貴

【摘 要】本文針對農村中職學校計算機網絡技術教學實踐中遇到的難以滿足操作系統(tǒng)安裝、組網和測試等要求的難題，提出基于 VMware 建立虛擬網絡實驗室來解決難題的思路和辦法，以切實提高農村中職學校計算機網絡技術教學效果。

【關鍵詞】農村中職學校 計算機網絡實驗室 VMware 宿主機 虛擬子系統(tǒng)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）10B-0062-03

《計算機網絡技術》是中職學校計算機專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，它也是一門實踐性很強的課程，需要學生具備比較強的動手實踐能力，因此這種能力就是最重要的。學生只有通過大量的上機操作和訓練才能更好地理解、消化有關的理論知識，將理論知識轉化為動手能力，如安裝操作系統(tǒng)、組網，等等。如何讓學生在實驗室資源及硬件配置不多的情況下多動手操作、多訓練，這是計算機網絡實驗室要解決的難題。

一、計算機網絡實驗室在教學實踐中存在的難題

以我們這樣一所農村中職學校為例，目前，在計算機網絡實驗的項目設置中，主要存在操作系統(tǒng)（包括 Windows、Linux）的安裝、根據任意拓撲圖對網絡的構建、對組建的網絡進行測試等幾個難題。

第一，學校計算機實驗室采用的是聯(lián)想計算機，其中采用保護卡對硬盤進行保護，每次重啟計算機都會還原為初始設置的狀態(tài)，并且計算機的配置不包含光驅。眾所周知，安裝操作系統(tǒng)至少要在光驅的引導下經歷二到三次的重啟方可成功，因此，以現有實驗條件，學生想學習安裝和配置并且測試 Windows server 系列、Linux 系列服務器操作系統(tǒng)的要求是很難實現。但是如果關掉保護卡，配上光驅，讓學生可以完全控制計算機，那么又會增加很大的開支，增加機房的管理難度，影響實驗室的正常運轉，且頻繁地格式化硬盤還會造成硬件損壞，甚至導致整個實驗室癱瘓。

第二，一般情況下，計算機實驗室的計算機都已經固定在電腦桌上，組成了一個相對固定的布局和拓撲結構，在這樣的實驗環(huán)境下，學生想要根據給定的拓撲圖練習組建、配置網絡的實驗是極其不方便的，而且拆拆裝裝容易導致硬件損壞。

第三，在網絡測試的實驗中，我們深刻地了解到，用于軟件測試的軟件數量和版本相當多，而且很多都直接是黑客的工具。這些工具在方便我們學習網絡攻防原理的同時，也會給我們機房的管理和維護帶來很大的麻煩。有的漏洞掃描工具如 x-scan，往往會與系統(tǒng)必需的安全軟件如 360 安全衛(wèi)士相沖突，或者這些工具捆綁了木馬，或者感染了病毒，在使用過程中有可能感染主機，影響計算機甚至導致整個機房癱瘓。

二、解決的辦法

針對以上難題，經過長時間的摸索和借鑒兄弟學校的經驗，結合我們指導學生參加技能大賽的心得體會（在大賽中，采用的是一種叫做虛擬機的軟件來進行網絡構建和考核），我們發(fā)現，采用這種方式構建虛擬網絡實驗室可以取得較好的效果，于是我們嘗試參照比賽環(huán)境來構建網絡實驗室。

（一）虛擬機的工作原理

所謂虛擬機，就是指運行于物理計算機上的由虛擬軟件模擬出來的一個外殼，也就相當于一臺物理計算機。在其內部，擁有自己獨立的 CPU、硬盤、內存及其他硬件。我們可以如同操作物理主機一樣，對其進行硬盤分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)和應用軟件、進行數據存儲和訪問網絡，等等，也可以安裝操作系統(tǒng)。當然，虛擬機中的硬件都是虛擬軟件模擬產生的，它的硬盤就是原有操作系統(tǒng)中的一個文件而已，而內存則是從物理內存和虛擬內存中劃分出來，所以安裝虛擬機的計算機的內存要稍大一些，建議 4G 以上。計算機原有的操作系統(tǒng)稱為宿主機，這些虛擬機上的操作系統(tǒng)被形象地稱為虛擬子系統(tǒng)，它建立在一個正在運行的操作系統(tǒng)（包括 windows 和 Linux）上?？傊?，物理主機能做的事，虛擬主機也可以做，對于你來說，它只是運行在你物理主機上的一個應用程序，但是對于虛擬機內部的應用程序來說，它就是一臺真正的計算機。

（二）它的優(yōu)點

1.不需要對當前計算機的磁盤分區(qū)做任何變動，只要當前分區(qū)有足夠的空間就行（windows 系列最好預留 10G，Linux 預留 5G 即可）。

2.在虛擬機上安裝的操作系統(tǒng)（Windows 和 Linux）是以一個文件的形式存在的，它是真實機操作系統(tǒng)下的一個文件而已，不會造成對系統(tǒng)其他文件的損壞。

3.我們可以很方便地在真實機和虛擬機之間進行切換，譬如我們在學習 Linux 操作系統(tǒng)時，就可以在 Windows 7 下安裝虛擬機，在虛擬機中安裝 Linux 操作系統(tǒng)，于是就可以在 Windows 環(huán)境下查閱 Linux 的視頻教程，邊看邊學，十分方便，避免初學者在裸機上安裝陌生操作系統(tǒng)時不懂操作的現象。

（三）我們選擇的虛擬機軟件及其特點

VMware 是中職技能大賽“網絡搭建與應用”項目中指定的虛擬軟件，所以我們選擇它作為實驗室的虛擬軟件。一方面，它具有明顯的優(yōu)勢；另一方面，運用它可以與大賽接軌。這兩者堅定了我們的選擇。

1.它是發(fā)展最早的一款虛擬機軟件，發(fā)展至今，性能非常穩(wěn)定，是虛擬機行業(yè)的領軍軟件。其界面十分友好，易于新手學習，且還有綠色版可以選擇，安裝的時候十分方便。

2.它的平臺無關性使得它在多系統(tǒng)支持方面表現出色，比起其他的虛擬軟件（如 virtual pc）明顯高出一籌，可以說，絕大多數操作系統(tǒng)都可以通過 VMware 平臺虛擬出來。

3.仿真程度高。它模擬出一個標準的基于 X86 的 PC 環(huán)境，這個環(huán)境里芯片組、串口和并口硬盤、中央處理器、內存條、聲卡、聲卡、SCSI 控制器、光驅甚至軟驅應有盡有，其應用程序的窗口就是虛擬機的顯示器，總而言之，一切操作與真實機無太大的差異。

4.在同一臺計算機上可以同時建立并運行多臺虛擬機，真實機與虛擬子系統(tǒng)、虛擬子系統(tǒng)之間可以通過靈活的方式聯(lián)網，滿足實拓撲圖組網、配置的要求。endprint

5.安全系數高。在 VMware 平臺，真實機對虛擬子系統(tǒng)是可以完全控制的，當虛擬子系統(tǒng)出問題時，可以隨時關閉、重啟虛擬子系統(tǒng)，避免對宿主機的破壞。

三、VMware 在搭建虛擬實驗室中的實踐

（一）安裝 VMware 平臺

學校實驗室中計算機的配置是英特爾酷睿 I3 的 CPU+4G 內存，符合 VMware Workstation 12 的安裝要求，于是我們就選擇了這個版本。發(fā)展成熟的軟件有這個特點，安裝過程比較傻瓜，基本上是點幾次“下一步”就安裝好了。需要注意的是，在安裝前要先關閉實驗室計算機的保護卡。在安裝的過程中系統(tǒng)會在“安裝類型”這里提出一些建議，如果選擇“默認”的話那么它就完全安裝（Complete）；一般建議選擇定制安裝（Custom），這樣雖然會讓我們的安裝過程顯得復雜了些，但是它可以使我們知道軟件在系統(tǒng)中到底安裝了什么東西，而不至于把軟件（特別是共享軟件）里捆綁的廣告之類的垃圾裝進去。裝好后的界面如下圖所示：

（二）創(chuàng)建虛擬機及安裝操作系統(tǒng)（以 windows server 2008 為例）

在 VMware 菜單中，依次單擊“文件”“新建虛擬機”按鈕，在彈出的向導里選擇“典型”單選框，然后在選擇安裝操作系統(tǒng)類型對話框中選擇“Microsoft Windows”，在版本中選擇“windows server 2008 R2×64”，然后在“命名虛擬機”對話框中給虛擬機命名，我們命名為 2008；在位置選項中選擇一個剩余空間大于 20G 的分區(qū)（該分區(qū)需為 NTFS 格式）用于存放安裝文件，此文件類型為 vmdk 格式，該文件可以直接拷貝到其他主機，只要該主機安裝了同版本的 VMware 即可直接打開此文件；在后面的對話框中設置硬件[如固件類型、處理器、內存大小（建議設為 2G）等]。接下來在網絡連接類型中，虛擬機軟件將模擬一個網絡環(huán)境，我們暫時選擇 Bridge（橋接，后期可以根據不同網絡要求更改），讓虛擬子系統(tǒng)和宿主機并列在同一個子網中，使用同一個網段的IP地址，卻又相互獨立。

至此，一臺名為“2008”的計算機就被完整地虛擬出來了。我們可以在 VMware 界面下“我的計算機”下面發(fā)現我們創(chuàng)建的名為“2008”的計算機，就如同一臺剛剛把所有配件裝在一起的計算機。由于還沒有進行操作系統(tǒng)的安裝，它還只是一臺傳統(tǒng)意義上的“裸機”。

接著，我們要為虛擬機安裝操作系統(tǒng)。點擊“編輯虛擬機設置”，在彈出的對話框中選定“CD/DVD”，在右邊的連接選項中選擇“使用 ISO 映像文件”，點擊“瀏覽”，找到我們預先存放的 windows server 2008 的鏡像文件（即 ISO 文件），即讓虛擬機的光驅指向安裝鏡像，告訴虛擬機用它來安裝系統(tǒng)，然后再開啟虛擬機，就可以像傳統(tǒng)計算機一樣安裝操作系統(tǒng)了。當然在實踐中我們發(fā)現這樣安裝的操作系統(tǒng)比真實機安裝的操作系統(tǒng)所需時間要短，并且在真實機的網絡連接內容中多了 VMware Network Adapter，這就是虛擬機中模擬出來的交換機，它負責在真實機與虛擬機之間進行通信。

安裝好之后，我們要為虛擬機安裝 VMware Tools，只有把這個插件安裝好，我們才可以獲得更好的使用體驗。進入 2008 操作系統(tǒng)，在 VMware 菜單中選擇“虛擬機”菜單，然后再選擇“安裝 VMware Tools”選項，后面就是“下一步”的默認選擇，最后單擊“完成”按鈕。此時它會提示重啟虛擬機，重啟過后便完成了安裝工作。再次進入 2008 操作系統(tǒng)后，可以看到系統(tǒng)托盤中有一個 VMWare 的圖標。

虛擬機在安裝好操作系統(tǒng)后，它跟普通計算機一樣，它在系統(tǒng)上的各種功能和特點跟普通計算機的沒有什么差別，我們將它的這個系統(tǒng)稱為虛擬機子系統(tǒng)。同樣的辦法，我們可以在一臺宿主機上安裝多個虛擬機子系統(tǒng)并同時運行之，利用虛擬機子系統(tǒng)即可構建功能強大的虛擬網絡實驗室。

（三）構建虛擬網絡與測試

在宿主計算機上創(chuàng)建出若干虛擬機子系統(tǒng)后，如 Red hat，Cent os，Fedora，Windows server 2003，Windows server 2008 等，就可以通過 VMware 提供的各類豐富的聯(lián)網方式，組建各種類型的網絡。

VMware 提供了如下兩種聯(lián)網方式：

1.Bridge（橋接）模式。這是 Vmware 中最簡單、最直接的模式，因此在創(chuàng)建虛擬機的時候它為默認選項。在這種模式下，本地物理網卡和虛擬網卡通過 VMware Network Adapter 虛擬交換機進行通信。在拓撲圖上二者是平等的，并且處于同一網段，即它們的子網掩碼、網關、DNS 等參數都相同。虛擬子系統(tǒng)可以與網內任何一臺計算機相通信，同樣可以通過局域網的網關或路由器對互聯(lián)網進行正常訪問。

2.NAT（網絡地址轉換）模式。在這種模式下，虛擬機就成了一個網絡地址轉換服務器，使虛擬網上可以訪問互聯(lián)網。主機系統(tǒng)和虛擬子系統(tǒng)有了一個通信接口，讓虛擬系統(tǒng)借助 NAT（網絡地址轉換）功能，通過宿主機所在的網絡來訪問公網。也就是說，使用 NAT 模式可以在虛擬系統(tǒng)里訪問互聯(lián)網。采用 NAT 模式最大的優(yōu)勢是虛擬系統(tǒng)接入互聯(lián)網非常簡單，不需要任何其他的配置，只需要宿主機能訪問互聯(lián)網即可。但必須注意，虛擬網卡的 IP 地址是安裝 VMware 時自動生成的，不要隨便修改，否則主機和虛擬子系統(tǒng)有可能無法通信。

對于 HostOnly（主機）來說，在 Host-Only 模式下，主機和虛擬子系統(tǒng)就構成了一個與外部網絡隔離的內網。它對我們普通用戶來說似乎派不上什么用場，但是在大型企業(yè)需要與互聯(lián)網隔離的時候就非常有用。Host-Only 網絡與 NAT 網絡有很大的相似性，但最大的不同是 Host-Only 網絡不提供 NAT 服務，因此使虛擬網絡與互聯(lián)網隔離。在這種模式下，內部網絡的安全性就相當高。endprint

通過 VMware 提供的靈活的聯(lián)網方式，我們可以模擬出企業(yè)在實際工作中所需的復雜多變的網絡環(huán)境，可以在條件有限的情況下完成地址解析協(xié)議（ARP）攻擊、雙機熱備、磁盤陣列（RAID）服務、域名解析（DNS）服務器、動態(tài)主機（DHCP）服務器、虛擬專用網絡（VPN）遠程訪問等較為復雜的實驗。

在進行超文本服務器測試的時候，可以在 Windows server 2008 環(huán)境下通過 IIS7 對外提供 ASP.NET 與 SQL SERVER 數據庫技術架設的信息服務，也可以在 Redhat 環(huán)境下通過 Apache 對外提供 JSP 與 Oracle 數據庫技術架構的服務和花生殼服務器，等等。總之，建立在 VMware 基礎上的各類應用服務器、動態(tài)頁面發(fā)布、數據庫訪問技術和多種訪問方式等，都比傳統(tǒng)網絡中的服務器更加方便和靈活。

還有，對于那些存在對虛擬子系統(tǒng)有風險的網絡調試，我們可以讓VMware指向光驅，直接讀取光盤版操作系統(tǒng)。因為整個操作系統(tǒng)都運行在光盤上，而光盤只能讀取不能寫入，所以虛擬子系統(tǒng)就不會被破壞。

（四）虛擬網絡實驗室的日常管理和維護

虛擬網絡實驗室建立在宿主機上，我們實際要做的就是對虛擬機軟件的管理和維護，避免了對真實機的拆拆裝裝，工作量和難度都比傳統(tǒng)網絡實驗室要少得多。

第一，我們可以根據教學任務的需要，在 VMware 平臺中創(chuàng)建若干不同類型操作系統(tǒng)的虛擬子系統(tǒng)（windows sever 2003，windows sever 2008 R2，Redhat，fedora，ubuntu 等），把生成的 vmdk 格式的文件存儲在網絡服務器上。在哪節(jié)課需要哪個或者哪幾個虛擬子系統(tǒng)，都可以讓學生直接下載用來修改和調試，這樣節(jié)省了大量重復安裝的時間，并且在使用過程中當虛擬子系統(tǒng)遭到損壞而無法使用的時候，我們只需重新從網絡服務器上下載并加載到虛擬機軟件即可重新使用。

第二，在實驗室里，為避免宿主機發(fā)生崩潰等意外，我們不提倡使用宿主機來提供額外的網絡服務或者進行網絡測試。在對虛擬子系統(tǒng)進行網絡測試時，由于虛擬子系統(tǒng)是完全受到宿主系統(tǒng)控制的，即使發(fā)生不可預知的后果，我們都可以隨時暫?；蛘哧P閉正在運行的虛擬子系統(tǒng)。這樣，一方面可以取得好的觀察測試效果，另一方面確保網絡安全。如果我們在真實機上頻繁進行強行關閉計算機的操作，那么就會對 CPU 和硬盤等硬件造成不可逆的損壞。但是在虛擬機中不會產生這樣的問題，我們時刻要記住它的實質就是一個軟件。

第三，在 VMware 平臺搭建的虛擬網絡實驗室中，經常會有數據交換、資料共享的要求。為提高學習和工作效率，我們可以采用多種方式讓宿主機和虛擬子系統(tǒng)之間、兩個虛擬子系統(tǒng)之間進行數據交換。在安裝好 VMware Tools 后，我們可以直接在宿主機和虛擬子系統(tǒng)之間拖曳文件，或者復制粘貼，速度很快。通過在虛擬子系統(tǒng)里搭建 FTP 服務器，可以輕松實現文件的上傳和下載。我們還可以通過文件共享方式在兩個 Windows 系統(tǒng)之間實現數據共享。在 LINUX 系統(tǒng)之間，我們可以采用 NFS 方式；在 Windows 與 LINUX 之間，可以采用 Samba 和 VFTP 方式。此外，還可以通過虛擬子系統(tǒng)安裝打印機構建打印服務器，實現網絡打印功能、設備等完成宿主機與虛擬子系統(tǒng)之間的數據交換。

另外，VMware 對宿主機的 CPU 和內存有一定要求，因此，我們要根據物理計算機的性能，合理選擇操作系統(tǒng)和數量合適的虛擬子系統(tǒng)。不要貪多，裝得多了宿主機也會不堪重負而崩潰。

總的來說，使用 VMware 能夠在一臺宿機上虛擬出若干個不同類型的虛擬子系統(tǒng)，并可根據不同的要求組建出較為完備的網絡。如果要為計算機網絡實訓建一個實體機房，動輒幾十萬甚至上百萬，這對缺少資金支持的農村中職學校來說，很難實現。如何利用好現有的資源，讓學生把計算機網絡實驗做好、夯實網絡搭建和調試的基本功是一個比較新的課題。利用 VMware 平臺搭建虛擬網絡實驗室易用性高、安全性好、靈活性強，尤其適合農村中職學校，因此它具有一定的實踐和推廣意義。

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（責編 盧建龍）endprint