高職院校Linux教學實驗平臺技術研究

吳培飛 沈海娟 申毅

摘要： 對虛擬機技術進行了分析，闡述了虛擬機可以提高效率、節約資源，是解決高職院校Linux教學實驗的有效手段的理由。介紹了用VMware Workstation和Packet Tracer相結合來創建Linux系統實驗平臺的操作步驟，同時提出了Linux虛擬機中可做的常規實驗及利用Packet Tracer完善Linux一體化教學的方法。

關鍵詞： 虛擬機； 虛擬技術； Linux； 實驗平臺； 設備仿真

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1006-8228(2012)05-26-03

The research of linux teaching experimental platform in high vocational colleges

Wu Peifei, Shen Haijuan, Shen Yi

（Dept. of Information & Electronics, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018, China）

Abstract： The article, through analyzing the technology of visual PC, points out that its use can improve the efficiency, save resources, as a result, is the best way to satisfy demand of linux teaching experiments conducted in high vocational colleges. It also specifies the operative steps, which constructs linux experimental platform by VMware workstation and Packet Tracer, meanwhile lists the routine tests done in Linux visual PC and perfect methods of linux integrated teaching by Packet Tracer.

Key words： visual PC； visual technology； Linux； experimental platform； device simulation

0 引言

隨著計算機技術的發展，國內操作系統的應用由Win2000 Professional、Winxp、Win2000 Server一統天下的局面轉變為Windows系統與Unix、Linux等共存的局面。最近幾年，由于Linux的開源性，使得其在網站服務器、嵌入式系統開發、操作系統教學中的使用愈來愈普及，在企業中基于Linux的應用系統越來越多，在IT外包服務中地位日益突出，在各種考研及考證中份量不斷增加。這些都要求在計算機教學中加強Linux的教學。

Linux實驗實訓是Linux教學中的重要一環，是學生快速獲取知識和技能的最佳途徑，真實情景的實訓更是提高實踐技能和教學質量的關鍵。然而，現在很多地區的高職院校受資金、技能、教學硬件等各方面因素的影響和制約，仍缺乏一整套完善的、高性價比的實訓環境。

Linux操作系統的實驗資源有限、實驗關聯性強、網絡的實驗難以組織，實驗實訓內容涉及系統分區寫保護、構建不同操作系統環境、對磁盤進行破壞性實驗、實驗環境狀態恢復等問題。為解決這些問題，本文用VMware和Packet Tracer相結合的方法，來構建Linux虛擬仿真教學實驗平臺，以達到教學演示與學生實踐同步的目的，為Linux實踐教學提供一種有效的輔助工具，緩解實驗設備和場地不足的問題，提高實驗設備的安全性，降低實驗室的管理和維護難度。利用VMware虛擬機來模擬操作系統或者比較復雜的網絡環境，學生在虛擬的操作系統環境中進行操作，熟悉新操作和新技術，能達到事半功倍的效果。

1 VMware和Packet Tracer簡介

VMware是一個虛擬機軟件，運行在Windows平臺或者Linux平臺上。它可以在現有的真實操作系統上虛擬出若干新的虛擬操作系統（只要內存足夠大），同時，它又擁有自己獨立的CPU、硬盤、內存及各個硬件（當然這些都是虛擬出來的）。虛擬系統的CPU通過i386的保護模式實現，而硬盤其實就是獨立主機上的一個文件。

Packet Tracer是由Cisco公司發布的一個輔助教學工具軟件，可以為網絡初學者提供一個網絡設計、模擬配置和網絡故障排除的仿真學習平臺，能夠支持學生和教師建立仿真、虛擬活動網絡模型。學生可在系統的圖形用戶界面上直接使用拖拽方法建立網絡拓撲結構圖，可以配置仿真設備。系統可提供數據包在網絡中的詳細處理過程以及網絡實時運行情況。

2 用VMware和Packet Tracer構建Linux實驗平臺

VMware版本較多，目前應用較為廣泛的版本是VMware workstation 6.x。該版本建議使用Intel或AMD處理器、主頻大于733MHZ、內存512MB以上以及不少于1GB的可用磁盤空間。

2.1 創建Linux虛擬機

第一步：啟動VMware，在其主界面“主頁”標簽頁中點擊“新建虛擬機”按鈕打開新建向導。

第二步：單擊“下一步”按鈕，進入虛擬機配置界面。這里有兩個選擇：一是“典型”方式，VMware根據虛擬機的用途自動調整配置；二是“自定義”方式，用戶可自行設置虛擬機的主要參數。典型方式要比自定義方式簡單，但缺少一定的靈活性。為方便起見，這里我們選擇典型方式。

第三步：單擊“下一步”按鈕，進入虛擬機操作系統選擇界面，可以看到Windows、Linux、Novell等多種不同的系統。這里我們點選“Linux”。Linux又分為多種版本，這里我們選擇“Red Hat Linux”項。

第四步：單擊“下一步”。在接下來的界面中，可以為這個新的虛擬機取一個名稱(本例為“Red Hat Linux”)，并在“定位”中選擇虛擬機的保存位置。

每個虛擬機都會產生多個特別格式的文件，所以最好為每個虛擬機創建一個單獨的文件夾，如Linux就放到“Linux”文件夾、Windows 98就放到“Win98”文件夾中，這樣便于以后備份和恢復虛擬機。

第五步：單擊“下一步”。在網絡類型界面中共有四個選項:“使用橋接網絡”，“使用網絡地址翻譯(NAT)”，“僅使用主機網絡”，“不使用網絡連接”。網絡連接方式可以隨時修改，因此在這里可先任意選一種。

第六步：單擊“下一步”，此時會要求用戶設置硬盤的大小。軟件默認大小為4GB，硬盤可根據現有空間的實際情況增大或減小。單擊“完成”按鈕返回VMware主界面，將看到主界面上多了一個“Red Hat Linux”標簽頁，其中有這臺新建虛擬機各種配置的顯示。

第七步：為這臺虛擬機安裝Linux操作系統，讓它像真正的計算機一樣工作。安裝之前，先要設置一下虛擬機的光驅。在界面中，雙擊“設備”下的“CD-ROM”項，打開配置窗口。

本例使用的是Linux安裝光盤，因此點擊選中“使用物理驅動器”項，并在下拉列表中選擇正確的光驅盤符(本例中的光驅盤符為“J”)。如果是從網上下載的ISO安裝映像文件，則點選“使用ISO映像”項，并通過“瀏覽”按鈕選擇下載所得的安裝映像文件。設置完畢，單擊“確定”按鈕。

第八步：將Red Hat Linux安裝光盤放入光驅中(如果選的是“使用ISO映像”方式則不需此步驟)，點擊主界面“命令”中的“啟動這虛擬機”，或直接點擊工具欄上的綠色三角形按鈕，這就像打開了真實電腦的電源開關一樣，虛擬機啟動。

2.2 構建虛擬網絡環境

VMware Workstation安裝完成后，會自動創建10個虛擬設備VMnet0-VMnet9,相當于10個以太網交換機設備，其中VMnet0、VMnet1和VMnet8都有專門的用途，而其他7個虛擬設備可在建立橋接網絡或定義網絡時使用?？蛻魴C可以任意連接到這些虛擬的以太網交換機接口上。連接在相同虛擬設備上的客戶機可以看成是連接到同一交換機上的主機，因此，只要設置各客戶機的虛擬網卡連接到同一個虛擬設備，客戶機就可以組建一個虛擬的交換式以太網。

VMware Workstation提供了4種虛擬機網絡連接模式：Bridged模式、NAT模式、Host-Only模式和Not Use模式。

2.2.1 Bridged模式

用這種方式，虛擬系統的IP可設置成與本機系統在同一網段，虛擬系統相當于網絡內的一臺獨立的機器，與本機共同插在一個HUB上，網絡內其他機器可訪問虛擬系統，虛擬系統也可訪問網絡內其他機器。當然與本機系統的雙向訪問也不成問題。

2.2.2 NAT模式

這種方式也可以實現本機系統與虛擬系統的雙向訪問。但網絡內其他機器不能訪問虛擬系統，虛擬系統可通過本機系統用NAT協議訪問網絡內其他機器。

NAT方式的IP地址配置方法：虛擬系統先用DHCP自動獲得IP地址，本機系統里的VMwareservices會為虛擬系統分配一個IP地址，之后如果想每次啟動都用固定IP的話，在虛擬系統里直接設定這個IP即可。

2.2.3 Host-Only模式

顧名思義，這種方式只允許虛擬機和主機進行網絡通信，即網絡內其他機器不能訪問虛擬系統，虛擬系統也不能訪問其他機器。

2.2.4 Not Use模式

不使用網絡，虛擬系統為一個單機。

一般來說，Bridged方式最方便好用。但如果本機系統是Windows而網線沒插或者根本沒有網卡，網絡很可能不可用，此時就只能用NAT方式或Host-Only。

2.3 用Packet Tracer實現設備配置仿真

網絡設備的配置在Linux網絡教學中對培養學生動手能力極為重要。采用仿真軟件對設備的配置進行模擬仿真，不僅可讓貧困地區的高校節約資金，還可讓每個學生都能獨立完成實驗過程。思科公司在Packet Tracer軟件中把相關網絡設備都做成了模型，其設置步驟和功能與實際中的思科設備幾乎沒有差別。在Packet Tracer5.2里有路由、二層交換機、三層交換機、無線等設備模型，對這些模型還可以添加相應的模塊。利用Packet Tracer5.2可以構建以下實驗：(1)配置cisco交換機，(2)配置vlan，(3)cisco vtp，(4)stp生成樹協議，(5)wlan，(6)配置單個的路由器，（7)配置靜態路由，(8)配置動態路由rip，(9)配置單區域ospf，(10)路由器實現vlan間通信，(11)ppp協議，(12)幀中繼，(13)基于端口的nat轉換，(14)acl簡單的配置，(15)dhcp配置等實驗。

3 虛擬實驗平臺在Linux實踐教學中的應用

Linux虛擬機的實驗可分為Linux基礎實驗和復雜的網絡服務器實驗。

通常可直接做的基礎實驗有以下五類：

⑴ Linux常用命令練習，如文件操作、目錄操作、包文件處理等實驗；

⑵ 管道、重定向、打包、壓縮、解壓等操作的實驗；

⑶ 用戶的創建、密碼修改、組的創建、組管理員的設定等操作的實驗；

⑷ 操作系統課中C語言程序的編譯與運行實驗；

⑸ 網絡設備的設置實驗。

復雜的網絡服務器實驗有以下八類：

⑴ SAMBA服務器設置實驗；

⑵ DNS服務器設置實驗；

⑶ DHCP服務器設置實驗；

⑷ APACHE服務器設置實驗；

⑸ FTP服務器設置實驗；

⑹ MYSQL服務器設置實驗；

⑺ 郵件服務器設置實驗；

⑻ 包過濾防火墻的設置實驗。

4 利用Packet Tracer完善Linux一體化教學

4.1 Packet Tracer輔助Linux理論教學

Linux基礎知識中有許多比較抽象，如網絡體系結構、網絡協議、路由原理等，學生不易理解和掌握。利用Packet Tracer軟件設計出一些相應的實驗，可以使一些枯燥的理論形象化。如講解子網掩碼的作用時，對于將子網掩碼和主機IP進行“And”運算就能得出網絡地址這一內容，就可用一個簡單的實驗來說明：如圖1，配置PC0、PC1的IP地址為192.168.1.1和192.168.1.2，配置PC2、PC3的IP地址為192.168.2.1和192.168.2.2，子網掩碼均為255.255.255.0。將各主機的IP分別與其掩碼進行“And”運算，可得出：PC0和PC1的網絡地址為192.168.1.0, PC2和PC3的網絡地址為192.168.2.0。它們之間通過二層交換機連接，所以PC0和PC1連通，PC2和PC3連通，兩個網絡之間不通。在Linux理論教學中，穿插Packet Tracer設計出的實驗來對理論進行驗證，可以增強理論教學的實效性。

圖1驗證網絡地址實驗拓撲結構圖

4.2 Packet Tracer應用于Linux實踐教學

在Linux課程中采用Packet Tracer軟件，可以真正使“教、學、做”合為一體。學生能從實踐課程中獲得大量的自由組裝和配置訓練，提高動手能力。例如可以讓學生設計簡單靜態路由的實驗，在Packet Tracer中選擇相應設備構建網絡，如圖2所示，在這兩臺路由器命令行下配置靜態路由命令：Router(config)#ip route [目的網絡][掩碼][下一跳IP地址]，測試PC0和PC1連通。還可讓學生在Simulation模式下查看詳細OSI模型、Outbound PDU信息等。這種傳統課件和真實環境無法提供的高級功能，能使學生加深對Linux網絡原理的理解。

圖2路由實驗拓撲結構圖

5 結束語

利用VMware和Packet Tracer進行仿真Linux實訓教學，效果直觀，學生印象深刻，能將既學的理論知識直接應用到實踐操作中，明顯提高了學生的學習興趣、實際動手能力和主動性，使他們更樂于去探究、發現、思考和解決Linux課程中遇到的問題。利用VMware和Packet Tracer相結合構建的Linux虛擬仿真教學實驗平臺進行實訓教學，不但降低了網絡設備的投入成本，而且可以讓學生反復模擬、強化各種Linux網絡技能訓練，極大提高了Linux實訓效果。該平臺具有廣泛的推廣價值。

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