虛擬機(jī)技術(shù)在組網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

陳國(guó)威

（惠州工程技術(shù)學(xué)校 信息工程系，廣東 惠州 516001）

組網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)是計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，內(nèi)容包括系統(tǒng)的安裝、磁盤管理、文件系統(tǒng)、活動(dòng)目錄、DNS服務(wù)器配置、DHCP服務(wù)器配置、Web服務(wù)器配置、FTP服務(wù)器配置、IMail服務(wù)器配置、VPN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、連通性測(cè)試、遠(yuǎn)程訪問(wèn)和路由設(shè)置等內(nèi)容［1］。有些實(shí)訓(xùn)需要用多臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬服務(wù)器和客戶端，安裝不同的操作系統(tǒng)。但是，由于學(xué)校經(jīng)費(fèi)和資源的不足，不能為學(xué)生提供足夠的計(jì)算機(jī)，也難以及時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備［2－4］。再者，每臺(tái)學(xué)生機(jī)安裝有還原保護(hù)系統(tǒng)，這也會(huì)導(dǎo)致有些需要重新啟動(dòng)電腦的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目無(wú)法實(shí)現(xiàn)［5］。網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、交換機(jī)故障都將影響組網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)的正常進(jìn)行。

虛擬機(jī)技術(shù)可以在1臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬出多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，僅一臺(tái)計(jì)算機(jī)就能擁有服務(wù)器和客戶機(jī)，易于搭建一個(gè)小型的虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。利用虛擬機(jī)技術(shù)，可以在不增加硬件投入的情況下，在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室中，真實(shí)、無(wú)損地開(kāi)展組網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)，最大限度地提高設(shè)備的利用率。本文以DNS服務(wù)器配置為例，說(shuō)明虛擬機(jī)技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 虛擬機(jī)簡(jiǎn)介

虛擬機(jī)（virtual machine）指通過(guò)軟件模擬，具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)虛擬機(jī)軟件，可以在1臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬出多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，分別運(yùn)行多個(gè)相同或不同的操作系統(tǒng)，這些虛擬機(jī)像真實(shí)的計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作［6］。目前流行的虛擬機(jī)軟件主要有VMware Workstation、Virtual PC、VirtualBox和 Xen［7－8］。

1.1 VMware Workstation

VMware Workstation是VMware公司出品的一款虛擬機(jī)軟件。VMware Workstation功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性好，能夠模擬真實(shí)計(jì)算機(jī)的各種硬件，包括CPU、內(nèi)存 、硬盤、光驅(qū)、網(wǎng)卡、串口、并口等，可以在1臺(tái)機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行 Windows、DOS、Linux、Unix等系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行切換時(shí)不需要重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，而且每個(gè)操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬分區(qū)、配置而不影響真實(shí)硬盤的數(shù)據(jù)。此外，可通過(guò)網(wǎng)卡將幾臺(tái)虛擬機(jī)連接為一個(gè)局域網(wǎng)，很容易搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

Vmwrae提供了3種網(wǎng)絡(luò)連接模式［9－10］。

（1）bridged（橋接）模式。在這種模式下，VMWare虛擬出來(lái)的操作系統(tǒng)就像局域網(wǎng)中一臺(tái)獨(dú)立的主機(jī)，擁有一個(gè)獨(dú)立的IP地址，可以訪問(wèn)網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)。在橋接模式下，需要手工為虛擬系統(tǒng)配置IP地址、子網(wǎng)掩碼，而且還要和宿主機(jī)處于同一網(wǎng)段，這樣虛擬系統(tǒng)才能和宿主機(jī)進(jìn)行通信。同時(shí)，由于這個(gè)虛擬系統(tǒng)是局域網(wǎng)中的一個(gè)獨(dú)立的主機(jī)系統(tǒng)，那么就可以手工配置它的TCP／IP配置信息，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或路由器訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。如果希望利用VMware在局域網(wǎng)內(nèi)新建一個(gè)虛擬服務(wù)器，為局域網(wǎng)用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，就應(yīng)該選擇橋接模式。

（2）NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）模式。使用NAT模式，就是讓虛擬系統(tǒng)通過(guò)宿主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。NAT模式下的虛擬系統(tǒng)的TCP／IP配置信息是由VMnet8（NAT）虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器提供的，無(wú)法進(jìn)行手工修改，因此虛擬系統(tǒng)也就無(wú)法和本局域網(wǎng)中的其他真實(shí)主機(jī)進(jìn)行通信虛擬。采用NAT模式最大的優(yōu)勢(shì)是虛擬系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)非常簡(jiǎn)單，只需要宿主機(jī)能訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)即可，不需要進(jìn)行任何其他的配置。如果希望在虛擬系統(tǒng)中不用進(jìn)行任何手工配置就能直接訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，建議采用NAT模式。

（3）host－only（主機(jī)）模式。在某些特殊的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)境中，要求將真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境隔離開(kāi)，這時(shí)就可采用host－only模式。在該模式中，所有的虛擬系統(tǒng)可以相互通信，但虛擬系統(tǒng)和真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)被隔離開(kāi)；虛擬系統(tǒng)和宿主機(jī)器系統(tǒng)也可以相互通信，相當(dāng)于這兩臺(tái)機(jī)器通過(guò)雙絞線互連。在host－only模式下，虛擬系統(tǒng)的TCP／IP配置信息（例如IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、DNS服務(wù)器等），都是由 VMnet 1（host－only）虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器來(lái)動(dòng)態(tài)分配的。如果希望利用VMware創(chuàng)建一個(gè)與網(wǎng)內(nèi)其他計(jì)算機(jī)相隔離的虛擬系統(tǒng)，進(jìn)行某些特殊的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工作，可以選擇主機(jī)模式。

1.2 Virtual PC

Vitrual PC可以在 Windows操作系統(tǒng)和 MacOS操作系統(tǒng)上模擬X86系列電腦，構(gòu)建虛擬機(jī)系統(tǒng)。可以在一個(gè)工作站上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)PC操作系統(tǒng)，當(dāng)轉(zhuǎn)向一個(gè)新OS時(shí)，可以為運(yùn)行傳統(tǒng)應(yīng)用程序提供一個(gè)安全的環(huán)境以保持兼容性。Vitrual PC具有兼容性好、體積小的優(yōu)點(diǎn)，而且是一款免費(fèi)軟件。

1.3 VirtualBox

VirtualBox是一款功能強(qiáng)大的開(kāi)源虛擬機(jī)軟件，也是一款免費(fèi)軟件。它性能優(yōu)異、簡(jiǎn)單易用，可虛擬Windows、MacOS X、Linux、OpenBSD、Solaris、IBM OS2甚至Android 4.0等操作系統(tǒng)，使用者可以在VirtualBox上安裝并且運(yùn)行上述這些操作系統(tǒng)。

1.4 Xen

Xen是英國(guó)劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一個(gè)虛擬化開(kāi)源項(xiàng)目，是一個(gè)基于X86架構(gòu)、發(fā)展最快、性能最穩(wěn)定、占用資源最少的開(kāi)源虛擬化技術(shù)。Xen可以在一套物理硬件上安全地執(zhí)行多個(gè)虛擬機(jī)，與Linux是一個(gè)完美的開(kāi)源組合，特別適用于服務(wù)器應(yīng)用整合。

本文采用VMware Workstation 8虛擬機(jī)。

2 虛擬機(jī)的優(yōu)勢(shì)

（1）兼容性。與物理計(jì)算機(jī)一樣，虛擬機(jī)承載著自身的客戶操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，并具有物理計(jì)算機(jī)上的所有組件（主板、VGA卡、網(wǎng)卡控制器等）。因此，虛擬機(jī)與所有標(biāo)準(zhǔn)的X86操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完全兼容。

（2）隔離。多個(gè)虛擬機(jī)可以共享一臺(tái)計(jì)算機(jī)的物理資源，但它們之間保持完全隔離，就像是單獨(dú)的物理機(jī)一樣。如果一臺(tái)物理服務(wù)器上有4個(gè)虛擬機(jī)，而其中1個(gè)虛擬機(jī)崩潰了，其他3個(gè)虛擬機(jī)仍將可用。

（3）封裝。虛擬機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)軟件容器，它將一整套虛擬硬件資源、操作系統(tǒng)及所有應(yīng)用程序捆綁或“封裝”在一個(gè)軟件包內(nèi)。虛擬系統(tǒng)的所有文件都存放于實(shí)體機(jī)的一個(gè)文件夾中，虛擬機(jī)的備份、安裝都可以通過(guò)復(fù)制該文件夾實(shí)現(xiàn)。因此，可以將虛擬機(jī)從一個(gè)位置移動(dòng)和復(fù)制到另一位置，也可以將虛擬機(jī)保存在任何標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)上。

（4）獨(dú)立于硬件。虛擬機(jī)完全獨(dú)立于其底層物理硬件。例如，可以為虛擬機(jī)配置與底層硬件上存在的物理組件完全不同的虛擬組件（例如CPU、網(wǎng)卡、SCSI控制器），可以同時(shí)在1臺(tái)計(jì)算機(jī)上安全運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

此外，VMware虛擬機(jī)還具有錄像功能，能捕捉單張屏幕圖片和視頻，方便過(guò)程重放和學(xué)習(xí)［11－12］。

3 虛擬機(jī)技術(shù)在組網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬機(jī)技術(shù)組網(wǎng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要1臺(tái)安裝有Windows XP系統(tǒng)的宿主計(jì)算機(jī)、1套 VMware Workstation 8軟件、1套 Windows Server 2003系統(tǒng)的ISO 文件、1套Windows XP系統(tǒng)的ISO文件。

3.1 安裝虛擬機(jī)軟件

在宿主計(jì)算機(jī)上雙擊VMware workstation 8安裝文件，根據(jù)提示選擇安裝類型、安裝目錄，輸入序列號(hào)，然后安裝漢化程序，即可完成安裝。

宿主計(jì)算機(jī)安裝好VMware Workstation 8后，會(huì)自動(dòng)添加兩塊虛擬網(wǎng)卡：VMware Network Adapter VM－net1，VMware Network Adapter VMnet8。（見(jiàn)圖1）。

圖1 網(wǎng)絡(luò)連接圖

3.2 創(chuàng)建虛擬機(jī)

雙擊桌面上的“VMware Workstation”虛擬機(jī)圖標(biāo)，在打開(kāi)的“Vmware Workstation”窗口中，雙擊“新建虛擬機(jī)”，根據(jù)提示完成 Windows Server 2003虛擬機(jī)和 Windows XP虛擬機(jī)的安裝［13］。Windows Server 2003虛擬機(jī)作為DNS服務(wù)器；而 Windows XP虛擬機(jī)作為客戶機(jī)。虛擬機(jī)與宿主計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接模式設(shè)置為NAT模式。

3.3 IP地址的設(shè)置和DNS服務(wù)器安裝

DNS服務(wù)器的IP地址為：192.168.1.1，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1，DNS：192.168.1.1。

客戶機(jī)的IP地址為：192.168.1.2，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1，DNS：192.168.1.1。

依次單擊“開(kāi)始／管理工具／配置你的服務(wù)器向?qū)А保凇胺?wù)器角色”列表中選擇“DNS服務(wù)器”，然后按照提示完成DNS服務(wù)器的安裝。

3.4 創(chuàng)建DNS區(qū)域、主機(jī)和指針

第一步，創(chuàng)建正向查找區(qū)域：在“DNS”窗口，右擊“正向查找區(qū)域”，選擇“新建區(qū)域”命令；在“區(qū)域類型”窗口選擇“主要區(qū)域”；在“區(qū)域名”窗口的名稱框中輸入“hzis.com”；在“區(qū)域文件”窗口的“創(chuàng)建新文件，文件名”框中使用默認(rèn)文件名。

第二步，創(chuàng)建主機(jī)：右擊已創(chuàng)建的“hzis.com”選項(xiàng)，選擇“新建主機(jī)”命令；在“新建主機(jī)”窗口的“名稱”框中輸入“WWW”，在“IP地址”框中輸入“192.168.1.1”。

第三步，創(chuàng)建反向查找區(qū)域：右擊“反向查找區(qū)域”，選擇“新建區(qū)域”命令；在“區(qū)域類型”窗口，選擇“標(biāo)準(zhǔn)主要區(qū)域”；在“反向搜索區(qū)域”窗口的網(wǎng)絡(luò)ID框中輸入“192.168.1”；在“區(qū)域文件”窗口的“創(chuàng)建新文件，文件名”框中使用默認(rèn)文件名。

第四步，創(chuàng)建指針：右擊已創(chuàng)建的“192.168.1.x.Subnet”選項(xiàng)，選擇“新建指針”命令；在“新建資源記錄”窗口的“主機(jī)IP號(hào)”框中輸入“1”，在“主機(jī)名”框中輸入“WWW”。

4 測(cè)試結(jié)果

方法一，使用“nslookup”命令進(jìn)行域名解析測(cè)試。客戶機(jī)進(jìn)入DOS狀態(tài)，在命令提示符下輸入“nslookup www.hzis.com”命令，如果得到如圖2所示的結(jié)果，則表明域名解析成功。

圖2 使用nslookup命令的域名解析測(cè)試結(jié)果

方法二，使用“Ping”命令進(jìn)行域名解析測(cè)試。客戶機(jī)進(jìn)入DOS狀態(tài)，在命令提示符下輸入“ping www.hzis.com”命令，如果得到如圖3所示的結(jié)果，則表明域名解析成功。

圖3 使用ping命令的域名解析測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

上述測(cè)試結(jié)果表明，利用虛擬機(jī)技術(shù)能夠方便、快捷地構(gòu)建虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，順利完成組網(wǎng)技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，獲取正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。虛擬機(jī)技術(shù)的應(yīng)用既可節(jié)省教學(xué)成本，又能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。虛擬機(jī)技術(shù)必將在教學(xué)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

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［1］萬(wàn)潤(rùn)澤，張昊.虛擬機(jī)VMware在網(wǎng)絡(luò)實(shí)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究［J］.湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（8）：133－135.

［2］崔益峰.虛擬化技術(shù)在高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用［J］.福建電腦，2012（5）：183－184.

［3］衛(wèi)耀軍，張亮，焦健.虛擬機(jī)軟件在計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)電力教育，2012（10）：112－113.

［4］周翔鷹，范開(kāi)濤，劉鴻.虛擬機(jī)輔助計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討［J］.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，2008（2）：34－37.

［5］賀惠萍，榮彥，張?zhí)m.虛擬機(jī)軟件在網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（12）：112－115.

［6］余彬.虛擬機(jī)技術(shù)在高校專業(yè)密集型實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（6）：31－32.

［7］何安平.虛擬機(jī)系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)教學(xué)的應(yīng)用初探［J］.廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012（6）：94－97.

［8］邱桂華.基于VMware虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程教學(xué)運(yùn)用［J］.江西藍(lán)天學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（9）：37－40.

［9］劉炎培，李艷翠.使用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建《網(wǎng)絡(luò)安全》試驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)［J］.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2012（1）：59－62.

［10］賈美娟，介龍梅，程曉旭.虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)教育，2012（6）：82－85.

［11］王勝，范文廣.基于VMware虛擬技術(shù)構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：科學(xué)教育版，2011（2）：5－6.

［12］周翔鷹.基于VMware構(gòu)建虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，25（7）：809－812.

［13］王春海.Vmware Workstation與ESX Server典型應(yīng)用指南［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.