虛擬化技術在計算機網絡教學中的運用

顧紅燕

摘要：在計算機網絡課程的教學中，實踐環節比較重要。計算機網絡實驗課程是網絡專業教學的重要一環，除了要加強實驗環境以外，還可以利用虛擬化技術，擺脫計算機資源的控制，實現具有特色的計算機網絡實驗教學，提高學生的動手能力，提升計算機網絡教學的課堂效果。

關鍵詞：計算機網絡教學;虛擬化技術

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0148-02

隨著計算機技術與網絡技術的高速發展，計算機網絡教學環境也在不斷發生變化。最早的計算機網絡實驗都是在物理計算機上直接操作，需要大量的硬件設備。隨著計算機知識的不斷更新，實驗設備也要不斷更新，這就需要大量的資金投入。并且，學生數目的日益增多，物理機的數量已經不能滿足每位學生都有實驗環境的要求。在物理機上操作，對物理機會帶來折損，越來越多的學校開始使用虛擬化軟件。虛擬化技術就是通過硬件和操作系統之間增加了一個耦合的中間層次，使得程序和軟件可以運行在一個虛擬出來的環境中，這樣大大提高資源的利用率，解決了物理機帶來的問題。本文主要介紹幾種常見的虛擬網絡教學平臺。

1 Packet Tracer的虛擬實驗平臺

在《網絡互聯技術》課程的教學中，主要是對路由器、交換機和防火墻配置進行操作，學生在真實設備上操作需要足夠數量的設備。并且，設備的高頻率使用造成器材損壞帶來的龐大開銷使得教學受限。該平臺主要利用軟件上的虛擬配置界面進行虛擬設備的配置，解決了設備反復使用帶來的過度損耗問題，同時項目設計可以更加豐富，可以設計大型項目讓學生練習。

用戶可以在軟件的圖形用戶界面上拖曳相應的設備來建立網絡拓撲，并可以觀察數據包在網絡中傳輸過程中的轉換，對網絡原理的理解也有幫助。例如，虛擬局域網的劃分與配置是交換機配置中重要的知識點，在Packet Tracer中可以很輕松實現。在模擬器中加入兩臺交換機和四臺電腦，并選擇合適的雙絞線將這些設備連起來，對交換機進行命令配置。VLAN虛擬局域網的原理可以在實驗中得到詮釋，每位同學都有練習的機會，如果出現錯誤可以進行反復練習，增加學生的學習興趣。

Packet Tracer模擬器只是適用于《網絡互聯技術》課程，模擬了對設備的配置。學生無法真實體會計算機和計算機之間的真實網絡配置狀況，對于計算機網絡安全課程和服務器配置課程無法適用。需要用VMware進行虛擬實驗平臺搭建，讓學生更好地感受組網的過程，安全的防范和服務器的配置。

2 VMware虛擬技術

作為強大的虛擬軟件，提供了一臺機器上同時運行多個的操作系統，如windows操作系統和linux操作系統。每個虛擬主機擁有各自的虛擬CPU、內存、硬盤、網卡以及I/O設備等。這樣可以在一臺計算機上實現多臺機子連網的功能，做實驗的時候只需在一臺機子上進行，避免了一個實驗使用多臺機子，每臺計算機的利用率也相應提高了許多。

在一臺電腦上通過VMware虛擬技術，搭建局域網組網實驗。配置操作系統的安裝、雙機互連、文件夾的共享等實驗。學生可以在一臺物理機上，配置多個虛擬機，裝不同的操作系統，配置不同的實驗。

用vmware虛擬網絡進行IPSec安全協議實驗的教學中，傳統的IPSec實驗需要多臺主機和路由器來完成隧道和傳輸這兩種模式，一般學校很難提供這樣的實驗環境。在虛擬軟件VMware中構建一個包含多個子網的虛擬網絡，完成網絡地址、路由表和IPSec等信息的配置。讓學生理論和實踐相結合，擴大了實驗的范疇，提高了學生的動手能力和基本實驗技能。

用VMware虛擬技術對物理機的要求比較高，如果要讓多個虛擬機同時運行需要較高的內存。實驗環境也會受到限制，需要不斷加大物理機的內存，增加了教學成本。現在的教學環境更推崇的是云平臺技術，將網絡資源構建成動態的虛擬資源池，實現資源的動態部署和擴展。

3 云平臺技術

目前有很多高校信息化建設的重要任務就是建立數據中心虛擬化云平臺。可以提高資源的利用率，便于管理。將數據中心的物理硬件資源，比如服務器、網絡和存儲系統集中在一個共享虛擬資源池，統一組織管理。有效實現服務器運算能力和共享，存儲設備的共享，網絡架構以及負載均衡的邏輯獨立性。

云平臺架構的模型分成三層：資源層將分布式系統中的分散資源匯聚，所有物理設備集中。平臺層將資源層的資源封裝，進行通信，存儲和計算。將封裝好的資源能力以服務形式展現，提供面向服務和能力的管理和調度。應用層由平臺層提供的諸多業務邏輯模塊構成，這些模塊定義好的接口對外提供服務，模塊之間的交互通信通過管理層的各種服務管理功能來完成。

學生只需要一個普通的終端，需要實驗環境去云平臺上申請。并可以根據不同的課程分配存儲資源，避免物理資源的浪費，提高管理效率。實現實驗環境從傳統設備到云平臺的遷移和過渡需要一個過程，但通過云平臺的建設，相關資源得到整合，可以得到本質的提升。

總之，隨著技術的不斷發展，網絡教學環境也在根據應用的需求不斷做出調整，適應需求和環境，從而使網絡資源利用最大化。通過平臺建設，將在線學習系統、在線實驗環境，使學生擴大學習的知識面，擴展思路，多個渠道學習，鍛煉學生各方面的能力和運用所學知識解決實際問題的能力。也為網絡教育領域的信息共享和協作，交互式學習提供新的環境和模式。

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