虛擬技術的計算機網絡安全教學探析

李海鴿 李勇

【摘 要】如何在教學中加強理論與實踐聯系，讓學生近距離地接觸現實問題，是當前計算機教學面臨的一個重要問題。虛擬技術在計算機網絡安全教學中的應用，可以靈活展現計算機網絡環境，極大地提高了教學的直觀性，拉近了計算機網絡安全教學和學生間的距離，為計算機網絡安全教學提供了更為真實的實驗環境，符合當前社會對計算機網絡教學的需求。文章重點對虛擬技術在計算機網絡安全教學中的應用進行了設計，以期對計算機教學的改進有所幫助。

【關鍵詞】虛擬技術 計算機網絡安全教學 應用

目前，大學多是采用多媒體開展教學。在計算機教學中往往采取Powerpoint結合其他軟件開展教學，在講解計算機基礎與應用軟件知識時，這種方法可以收到良好的效果。在開展計算機網絡安全教學時，多數情況下需要模擬演示網絡環境中的有關防范措施，但在多媒體環境下顯然無法實現這一教學目標，會直接影響授課效果。而采用真實的網絡環境開展學習，則可以加深學生對知識的理解。

虛擬技術概述

虛擬機系統是指支持多操作系統在單個物理服務器上并行，提供使用效率極高的底層硬件。在虛擬機中，中央處理器芯片劃分系統產生一段存儲區域，如此一來，操作系統和應用程序在保護模式下正式運行。

在某虛擬機中發生凍結程序的問題，對虛擬機外運行的程序與操作系統運作不會造成任何的影響。在計算機真實系統中，由構成操作系統的設備驅動對硬件資源有效控制，具體是轉化系統指令成為特殊設備的控制語言。在假定設備所有權保持獨立的前提下產生驅動，直接后果是在單個計算機上無法并行操作多個系統。這一問題虛擬機技術可以有效化解。虛擬化操作原理是通過底層設備資源進行定向交互運行，不會影響高層應用工作。客戶在單個計算機上可以利用虛擬機并行操作多個系統。每個虛擬機都包括一組虛擬化設備，其中與每個虛擬機對應的是虛擬硬件。另外，客戶操作系統和應用程序不需要網絡適配器的交互功能就可以在虛擬機上運作。虛擬服務器在物理以太網中僅是一種軟件仿真設備，通過服務器對Windows系統進行有效整合，進一步有效避免黑客與病毒軟件的威脅，這一系列操作都需要利用虛擬技術完成，虛擬化使計算機體系高度融合。從一臺電腦上劃分出一部分硬盤和內存便可以虛擬數臺機器，每一臺機器的操作系統保持高度獨立不會影響彼此，這部分新機器擁有相對獨立的CMOS、硬盤和操作系統，可以輕松進行區分，并且可以進行格式化、應用軟件等相關操作，還可以有效聯系這幾個操作系統產生一個網絡。當虛擬系統崩潰可以將其直接刪除，不會影響本機系統，同時本機系統崩潰也不會牽連虛擬系統，重裝系統后可以直接加入虛擬系統。Windows與Linux主機平臺虛擬系統是唯一運作的虛擬計算機軟件，其不需要再次啟動，即可在一臺電腦上同時應用若干個OS，操作便捷的同時也非常安全。在學習技術方面虛擬機起到了決定性作用。

計算機網絡安全教學現狀

計算機網絡安全內涵可以從兩個方面體現：一方面是物理層面的安全，即對保護系統設備與有關設施來講，要避免發生使用與管理不當問題，防止出現系統漏洞等。在使用計算機的過程中，應避免溫度過高及灰塵的影響，必須養成正確的使用習慣。另一方面是邏輯層面的安全，即對保護信息來講，最大程度確保信息的可用性和完整性，惡意攻擊與破壞是計算機網絡最為嚴重的問題。如惡意破壞網絡設施，從而達到破壞者的私人目的。具體做法是對硬件進行毀損和盜竊、散播病毒，任意修改流量，破壞與刪除存儲信息，最終使原始信息發生變化等。因此，網絡信息的安全對于使用者與擁有者來講至關重要。

社會的需要便是學校教育教學重點需要適應的方向，在社會發展對專業計算機人才需求越來越多以及標準越來越高的狀況下，高校積極調整計算機專業教學內容，進一步設置了計算機網絡課程專業，同時在教學中加入了與病毒、木馬有關的軟件維護內容，這樣的變革一定程度增加了高校計算機專業教學難度。此外，開展計算機網絡課程需要結合實驗教學手段，必將投入一部分硬件設施，在應用硬件設施的過程中必然出現消耗，迫切需要對其進行維護，這些操作都要求教師和學生擁有一些計算機專業技術，特別是網絡安全方面的專業知識。當前，我國高校計算機網絡安全教學一般以理論為主，如此情況直接分離了計算機網絡安全理論知識與實踐操作教學。

計算機網絡教學中應用虛擬機的優點

1.有利于教師在網絡教室中全面開展教學

教師在計算機上自由創建多個虛擬機聯系教學目標，把這些虛擬機組成一個虛擬的局域網，可以自由切換不同虛擬計算機，從而進行教學操作，還可以為學生提供事先設計好的虛擬機文件。

2.提升學生的實踐水平

虛擬機應用在教學中增加了學生實踐操作的機會，同時也創造了一人一套的軟硬件實驗環境。

3.增加了網絡實訓的真實性

由于虛擬機可以對計算機軟硬件系統獨立模擬，不僅可以分區域格式化計算機硬盤，安裝配置操作系統，還可以在虛擬局域網中連接和配置多臺虛擬機網絡。這些操作與物理計算機操作沒有不同，所以學生反復在虛擬機環境中開展實踐，能夠更加真實體驗學習。

虛擬技術在計算機網絡安全教學中的應用

1.在實驗教學中應用

傳統網絡實驗教學方式為學生分組，課堂上學生互相協作完成一個實驗，在這一過程中也逐漸培養了學生的團隊合作意識。但由于學生動手操作水平存在差異，直接導致一些學生無法融入實驗中，嚴重影響了他們的動手操作能力。而在實驗教學中利用虛擬技術設計一個虛擬的實踐環境，可以讓全體學生都在平臺上進行操作，進一步拓展了學習實踐氛圍。

（1）實驗拓撲結構設計

本次實驗首先要求防火墻PIX允許不同權限的兩個賬戶遠程實現登錄，并且實現其執行不同權限的用戶命令。比如，admin用戶可以執行全部命令，viesuser用戶僅能對show、ping命令進行操作。

（2）實驗配置

在防火墻默認配置中，劃分全部配置命令為16個等級，其中權限要求最低的是0級命令，通常包括show、ping等命令，相應最高15級權限則包括全部命令。首先對用戶的Telnet功能進行配置，并且設計Telnet口令。

以上配置命令都需要在防火墻上操作，即設置了Telnet口令和設定了登錄時間，默認Telnet登錄超時時間為5分鐘。完成設定之后，用戶可以根據提示執行Telnet命令。

需要注意的是，必須利用內部接口地址通過Telnet命令對PIX防火墻遠程登錄，比如在inside區域。默認防火墻無法利用接口實行遠程登錄，若由outside區域向防火墻執行Telnet，要求擁有5級以上的安全級別，并且更改outside名稱。

用戶可以遠程登錄防火墻之后，立即設置admin以及viesuser用戶的執行權限，命令配置如下。

PIX（config）# usemane admin paesword paxy pivilage 15

//創建一個名為admin，最高特權級別15級的用戶，這一等級的用戶可以執行下列命令

PIX（congig）# usermane viesuser paseword chuen privilage5

PIX（config）# usermaneviesuser paesword chuen privilage5

//創建一個名為viesuser，特權用戶級別為5，向5級劃分命令之前，這一級別僅能執行0級別命令，將不能執行其他命令

PIX（config）# eee autheanticatien telnet consale LCOAL//啟用telnet的本地數據庫認證

PIX（config）# eee autheanticatien telnet consale LCOAL//對enable的密碼更改為本地用戶使用的密碼

PIX（config）# eee autheanticatien telnet consale LCOAL//啟動授權的命令

PIX（config）# privilage show lavel 5 made exeacommend configuretion

//選擇在5級別show命令下執行命令

以上命令可以同時創建兩個用戶，其中用戶等級為15的是admin，可以執行全部配置命令，用戶等級為5的是viesuser，可以執行3個配置命令，且用戶可以及時查看配置。

需要引起注意的是，借助于GNS3軟件可以完成很多網絡安全課程的實驗教學，由GNS3提供的虛擬設備還可以對真實網絡環境進行模擬，有效支持課程教學。

2.在教學過程中應用

在計算機教學中應用虛擬技術，提高了學生學習這門課程的難度，需要教師在全面掌握有關技術能力的前提下，構建最好的實驗模板，利用計算機虛擬技術在教學中更加仔細和全面地講解知識，吸引學生主動了解計算機網絡安全教學中的技術操作要點。比如，通常教師會向學生傳授相關系統安全知識，將計算機木馬和病毒知識講授給學生。教師對這部分知識進行講解時，可以通過虛擬技術與實際教學有效結合演示給學生，如此一來，學生可以更加形象地了解計算機網絡安全知識，也能更加深刻地認識計算機病毒，并且在自身的知識體系中添加這一知識，進一步有效掌握計算機網絡安全課程知識，獲得最佳的學習效果。在計算機網絡安全中應用虛擬技術除了提升教學水平之外，還有利于學生深入理解學習知識，幫助學生開展創新發明，更好地發散思維，不斷健全自身的知識結構。

在計算機網絡安全教學中應用虛擬技術可以提升教學水平，還可以幫助學生深刻理解所學知識，提升應用思維效率，積極解放思想，對自身結構認知不斷改進，活學活用計算機應用技術。為社會培養擁有創新思維的素質較高的計算機人才，提升學生的就業能力，最大程度滿足社會發展需求。教師為學生講解計算機網絡安全知識，虛擬技術有利于學生緊密結合實際教學，提高對病毒的認知水平并在自己的知識結構中應用，有利于全面理解計算機網絡安全課程知識，達到較好的學習效果。

結 語

綜合分析，虛擬技術在計算機網絡安全教學中的應用非常重要。因為，它不但可以提高教師的教學水平，同時也增加了教師的教學經驗。在教學中應用虛擬技術是一舉多得，不但為教學提供了必需的環境，在研究課程原理的過程中，借助演示與學生操作，培養了學生的學習興趣，還可以提高教學效率，使學生更加透徹地理解知識。同時，也可以在計算機網絡安全教學中幫助學生逐步提高自我，努力成為一名優秀人才。

參考文獻：

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作者單位：李海鴿 西安汽車科技職業學院 陜西西安

李 勇 西安電子科技大學 陜西西安