虚拟机技术在计算机网络课程教学中的应用

时间：2015-12-20 23:15:04 所属分类：计算机网络 浏览量:

摘要：在计算机网络课程教学中，由于教学和实验环境原因而影响教学效果。本文根据网络教学要求，提出了利用VMware虚拟机技术，在单机上构建网络环境，进行网络教学和实验。解决了网络教学中存在的问题，并通过具体实例，介绍构建和扩展实验教学方法。说明了

摘要：在计算机网络课程教学中，由于教学和实验环境原因而影响教学效果。本文根据网络教学要求，提出了利用VMware虚拟机技术，在单机上构建网络环境，进行网络教学和实验。解决了网络教学中存在的问题，并通过具体实例，介绍构建和扩展实验教学方法。说明了虚拟机技术在计算机网络教学中具有经济、实用、灵活和易于扩展的特点，可推广使用。
　　关键词：虚拟机；VMware；网络教学
　　
　　一、引言
　　
　　计算机网络技术是当代发展极快的信息技术，是新世纪人才必须掌握的基本技能，因此各高校几乎所有专业都开设《计算机网络基础》课程，《计算机网络基础》已成为高校公共课程，教学意义十分重大。
　　由于计算机网络是一门理论和实践结合相当密切课程。教学中搭建一个网络环境，最少需要2台带阿卡的计算机和1根交叉网线；如果组建复杂网络环境，还需要服务器、工作站、交换机、路由器等设备。教师在讲授中，要直观地向学生展示讲授内容和操作过程。对于多媒体教室单机状况，教师很难做到。而在实践教学中，又需要大量的网络设备，由于经费短缺、网络技术发展迅速，各院校对实验设备的更新面临着重重困难，并且所建网络实验室规模较小，实验中常常是几人共用一组实验设备，不利用于学生独立完成实验内容。通用机房，为杜绝学生在计算机上随意安装软件和修改设置，对计算机硬盘采取保护措施，导致网络课程的大多数实验都无法开出，学生动手机会减少，影响教学效果。
　　针对网络课程在教学中存在的问题，基于虚拟机技术网络教学架构的设想就应运而生，其思路是通过虚拟化软件的辅助，将网络课程教学中用到的操作系统集中安装在一台计算机上，然后模拟出多操作系统连接的效果，在单机上实现多操作系统的联网，构造出网络环境，满足网络教学和实践的需要。
　　
　　二、虚拟机
　　
　　目前流行的虚拟机软件有Virtual Pc和VMware两款，它们都能在Windows系统上虚拟出多台计算机，用于安装各种版本操作系统，如Windows系列、PS/2等。两款软件相比较，VMware支持Linux操作系统，而VirtualPc 2004以后版本不支持；VMware客户操作系统直接运行在X86保护模式下，虚拟机运行的环境逼真、性能出色。教学中选用此软件。
　　
　　(一)gMware的特点
　　VMware workstation 6.5是一款优秀软件，在一台宿主机中可以虚拟出多台虚拟机。每台虚拟机不仅有自己的CPU、硬盘、内存等，而且能虚拟出BIOS，可以对BOIS的参数进行设置，对虚拟硬盘进行分区、格式化、安装操作系统等，很像一台真实的计算机。
　　
　　(二)VMware工作模式
　　YMware提供了虚拟网络设备VMnet0－9，这些设备相当于交换机，通过这些设备，虚拟机和虚拟机、虚拟机和宿主机就可以组建任意形式的局域网。
　　虚拟网络就是各虚拟机、宿主机通过虚拟网卡连接到VMnet0-9中的某个交换机上。而连接的方式有：
　　1、Bridged(桥接)模式
　　桥接模式组成的网络在vMware中以VMnet0表示，实际上是宿主机的局域网在虚拟机网络中的映射，此时的虚拟机相当于直接接入宿主机的网络。联网方法是在虚拟机的网卡的网络设置中选“Bridged”选项，默认连接到虚拟交换机VMnetO上。
　　2、NAT模式
　　使用NAT模式建立的网络默认连接VMnet8子网上。安装VMware后，宿主机网络连接里会增加两块虚拟网卡Adapter VMnetl和Adapter VMnet8，其中Adapter VMnet8网卡将宿主机与VMnet8子网相连。在这个子网中，VMware不仅提供了DHCP服务，使子网内的机器自动地获取IP地址，而且还为这个子网启用了NAT服务，提供了从VMnet8子网到外网地址转换，有一个实实在在的NAT服务器在运行。联网方法是在虚拟机的网卡的网络设置中选“NAT”选项，默认连接到虚拟交换机gMnet8上。
　　3、Host-only(仅主机)模式
　　Host-onl y模式建立的网络默认位于vMn etl子网内，该子网的虚拟机只能与VMnetl网内的虚拟机或宿主机通信，不能与其他虚拟网络的主机通信，这就是“Host-only”名称的由来。这样隔断虚拟网络与宿主机外部网络连接，建立一个独立的私有网络。联网方法是在虚拟机的网卡的网络设置中选“Host-only”选项，默认连接到虚拟交换机VMnetl上。
　　VMware中的三种网络模式只是方便用户快速将虚拟机加入宿主机网络的一种预定义模式，VMware软件预先设置好三个虚拟子网，以对应三种基本模式。用户完全可以通过修改这些网络的属性改变它的默认行为。
　　为方便组建虚拟网络，用户可以通过Custom(自定义)模式，选用虚拟设备，添加虚拟网卡等方法，组建用户要求的局域网。
　　
　　三、网络实验的组建
　　
　　教学中常用的网络模式主要有“对等网网络模式”、“客户机/服务器网络模式”、“有路由器的网络模式”等。教学前，教师建立实验所需的虚拟机和虚拟网络，然后把这些虚拟机和网络参数文件放到服务器上共享。这就相当于教师将实验所需的网络模板做好，并将它共享给学生。利用教师做好的模板，学生很快就能在自己的计算机上建立实验需要的网络环境，进行实验。下面通过DHCP服务实验，说明构建实验的方法。
(一)实验环境的构建
　　要进行DHCP服务实验，必须组建一个网络，最简单网络需要两台计算机，其拓扑结
　　要组建图1网络，需要新建两台虚拟机或新建一台虚拟机，另一台使用宿主机。为了介绍方便，在此，新建两台虚拟机，并使用“Custom”网络模式组建。过程如下：
　　1、单击“新建虚拟机”按钮，启动“新建虚拟机向导”，在此向导下，创建两台虚拟机：第一台为wi ndows serv er2003 standard，第二台为wi ndows xPprofessional。创建中，按向导要求为虚拟机分配内存、创建硬盘等，在网络连接中，选择“不使用网络连接”，完成虚拟机创建。
　　2、打开第一台虚拟机，不要启动，单击“编辑虚拟机设置”，打开“虚拟机设置”对话框，在该对话框上单击“添加”，打开“添加硬件向导”，选择“以太网适配器”。然后单击“下一步”，选择“自定义”单选按钮，并从下拉列表中选择“VMnet2”变换机，最后，单击“完成”。并在“虚拟机设置”对话框上单击“确定”，为第一台虚拟机添加以太网适配器，并连接在VMnet2虚拟交换机上。
　　3、打开第二台虚拟机，不要启动，用同样的方法为第二台虚拟机添网卡，也连接到交换机VMnet2上。这样图1网络就构造好了。
　　4、接下来为第一台虚拟机安装Windowsserver 2003 standard操作系统，为第二台虚拟机安装Windows XP professional操作系统，安装方法同普通计算机。
　　5、分别为每台虚机安装虚机工具。方法是启动相应虚机，在菜单中选择“虚机”一“安装虚机工具…”进行安装，安装完成后，实验模板就准备好了。
　　实验模板准备好后，教师将实验模板保存在共享文件夹中，供教师演示和学生实验使用。
　　
　　(二)实验过程
　　1、建立DHCP服务器
　　1，启动windows Server 2003虚拟机，为该机指定一个固定IP地址，如192.168.1.1，设置子网掩码为255.255.255.0，默认网关为192.168.L.1：
　　2　在Windows Server 2003虚拟机中，安装DHCP服务。方法是依次打开“开始”→“程序”→“管理工具”→“管理您的服务器”。系统打开“管理您的服务器”，双击“添加或删除角色”，打开“配置您的服务器向导”。在向导的“服务器角色”窗格中选择“DHCP服务器”选项，为该机安装为DHCP服务。
　　3　配置DHCP作用域。启动DHCP服务，在“作用域名”对话框中指小该DHCP作用域名称，在“IP地址范围”中，根据实验要求设置该作用域用于分配的地址范围(地址池)、子网掩码、排除地址和租约期限。完成后，配置“DHCP选项”，如：默认网关、DNS服务器及WINS服务器等，最后激活该作用域。
　　2、配置DHCP客户端
　　启动Windows XP professional虚拟机。启动后，将其IP地址设置为自动获取。
　　3、测试DHCP服务
　　在Wi ndows XP professional虚拟机中，执行“开始”→“运行”，在窗口中输入“CMD”，进入命令窗口。在命令提示符质运行ping DHCP服务器地址(如：192.168.1.1)，榆裔网络连通性，然后，运行ipconfig/release释放原IP地址，运行ipconfig/Fenew重新获得TP地址进行验证。实验中，通过多次更改DHCP服务器地址池及其选项，重新获取IP地址，结粜表列：每次获取IP地址及其选项。都符合DHCP服务器的设置。
　　4、实验内容扩展
　　在上述实验基础上，利用虚拟机克隆功能，将Windows xP professional机器克隆台。启动克隆厉的虚拟机，更改机器名称，使用两台客户机同时测试，并扩充测试“保留IP地址”、“用户类别”、“类选项”等内容。
　　为DH服务器再添加一块王卡，此网卡与另一个子网相连，并将其中一台客户机改接到此子网中或再添加一台虚拟机连接到此子网，利刑扩展后的潮络，进行多宿主DHCP服务器配置和测试等。
　　
　　四、结束语
　　
　　虚拟机技术应用于网络教学中不但投资少，而且方便灵活，易于构建实验环境、便于扩充实验内容。帮助学生和教师在普通计算机上构建网络环境，完成实验项目。弥补真实实验室的局限性。由于VMware不能模拟复杂的交换机和路由器，如将VMware和Dynamips软件结合起来，利用Dvnamips软什模拟CISCO交换机和蹄由器，构造出各种复杂网络环境[3]，不仅能满足网络基础课程而且能满足网络专业课程教学要求，可推广使用。

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