论文部分内容阅读
【摘 要】简要概述虚拟机技术及其在计算机网络课程教学应用中的主要特点，探讨虚拟机技术在计算机网络课程教学实践中的应用问题。
【关键词】虚拟机技术；计算机网络课程；教学应用
教学环境的构建是网络教学的基础，但是在网络教学中需要用到的教学环境较多，如果全部都使用真实的硬件来构建的话无疑会加大学校的负担，也会给学生带来麻烦，而且学生的技术水平有限，很容易破坏教学环境，这些都是构建网络教学平台需要考虑到的问题。为了解决这些问题，现在许多的网络教学环境都采用虚拟机技术构建，虚拟机的特点恰好可以解决以上提出的问题，因此，将虚拟机技术应用于网络教学中是一个可行且非常有意义的手段。
1 虚拟机技术特点对网络教学的益处
1.1 虚拟机的特点与选用
虚拟机技术诞生于上个世纪，它的主要作用是模拟各种硬件，能够支撑起一个虚拟的操作系统在其上运行。随着虚拟机技术的发展，虚拟机软件又增加了众多的功能，使之功能愈趋强大。首先是虚拟机软件能够提供完备的硬件支持，如CPU、硬盘、网卡、声卡、显卡、内存以及各类端口等等。其次是能够很好地支持虚拟系统与主机之间的资源共享，如输入输出设备、文件系统等等。还有如创建分支、快照等等，方便进行各类实验以及恢复环境。按照不同的虚拟机实现技术，虚拟机可以分为两类：第一类为纯粹使用软件进行硬件模拟的虚拟机，如bochs等，这类虚拟机运行速度较慢，但是可调试性非常强大，所以常用于操作系统级别的调试工作。第二类为软件模拟配合硬件辅助技术的虚拟机，也是使用最为广泛的虚拟机，如Vmware、VirtualBox等等，这类虚拟机的功能较为强大，由于使用了硬件辅助技术，所以运行速度也更快。在网络教学中基本不会涉及操作系统级别的调试，所以最好使用此类的虚拟机软件进行网络教学环境构建。
1.2 网络教学中使用虚拟机的益处
按照上节所述的虚拟机的特点，结合网络教学中的对于教学环境的要求。可以总结出在网络教学中使用虚拟机的益处。
（1）虚拟机可以模仿各种硬件，并不存在真实的硬件，所以不怕各种危险的操作损坏硬件。（2）虚拟机中的操作系统是可以很方便地进行还原操作的，即使学生损坏了操作系统也可以快速地恢复原样。（3）可以在一台计算机安装多个虚拟操作系统，并可以方便地进行各种硬件资源共享，方便构建不同系统环境。（4）降低主机的运行负担，可以放心地安装和使用各种软件，不会留下任何的痕迹，同时将应用软件放在虚拟操作系统中也可以加快主机的运行速度。（5）保密性高，可以作为功能加强版的沙盘系统使用。
2虚拟机技术及其在教学中的应用特点
2.1 虚拟机技术应用概述
当前普遍应用的虚拟机技术，主要是用相关的软件从计算机已有的硬件中划出一部分内存和硬盘空间去模拟出具有普遍计算机性能的虚拟机，这些虚拟机子系统建立在正在运行的主机操作系统之上，同时又拥有自己虚拟的CPU、内存、硬盘、声卡、网卡、光驱等设备。在虚拟机中能安装操作系统和各种应用软件，利用虚拟机技术可方便地在1台计算机上同时运行2个或更多操作系统。也可将这些虚拟机连成网络，模拟出相对真实的虚拟网络环境。
2.2 虚拟机技术在教学应用中的主要特点
（1）虚拟机硬件的无关性特点。虚拟机通常是主机上的一个特定文件，教学中在虚拟机上的任何操作已限制在这个文件上进行，它完全隔离并保护不同操作系统的操作环境以及所安装的应用软件。教师可预先装好不同的虚拟机系统，在教学中可以根据需要进行拷贝使用，不用考虑硬件的兼容性，学生在操作中对虚拟机系统造成的任何损坏都能够得到快速地恢复。
（2）可在同一台主机上安装、运行多个操作系统。特别适合建立所需的教学及自学实验环境，在不对主机重开机情况下，就可在主机上同时运行多个操作系统，方便了教学的讲解演示，节省了大量的学习与实验操作时间，扩大了学生的学习内容和范围。
（3）能在单机上完成过去无法做的网络实验。虚拟的网络环境可节省大量的组网经费，可在教学与实验中不限量地使用交换机、网卡等虚拟网络设备，且减少了网络实验设施的维护工作量。此外，实验操作中即使虚拟系统崩溃了，也不影响物理机进行重新恢复实验操作的性能。
（4）实现了教学手段的突飞猛进。教师可方便地用虚拟机技术创建所需的虚拟机和虚拟网络环境进行直观教学，学生可更感性地掌握网络组建、管理与维护等知识技能。极大地挖掘了现有设备的潜力，提高了教学效能，提升了学生的学习兴趣，增加了学生的实践动手机会，有助于学生进行自主实践创新。
3教学中的虚拟机与虚拟网络环境的建立
3.1 虚拟机软件的选择
在计算机网络课程教学中，当需要在主机上同时启动多台虚拟机或需要组建虚拟网络来进行教学时，目前主要用VMware Workstation与Virtual PC软件来建立虚拟机及虚拟网络环境。下面以运用VMware Workstation为例来加以说明。
3.2 创建虚拟机
运行VMware Workstation，单击“File→New→ Virtual Machine”，进入虚拟机创建向导。在陆续弹出的对话框中设置虚拟机要安装的操作系统、联网的方式、磁盘的容量等，就可创建出一台虚拟机。
3.3 构建虚拟网络环境
在网络教学与实验中，仅有虚拟机是不够的，还需要构建教学所需的虚拟网络环境。运行VMware Workstation以后，它提供了相当于交换机的虚拟网络设备，通过这些设备，虚拟机和虚拟机、虚拟机和主机就可以构建成各种形式的局域网。下面利用虚拟机网卡最常用的3种联网模式，构建所需的教學网络环境。
（1）Bridged模式。此时虚拟机与主机在同一个网络中，虚拟机相当于直接接入主机的网络，虚拟机可以使用它桥接到网络上的任何可用服务，包括文件服务器、打印机等。同样，使用桥接网络配置的任何物理计算机或者其他虚拟机可以使用该虚拟机的资源。 （2）NAT模式。此时虚拟机通过主机单向访问主机及主机之外的网络，主机之外的网络中的计算机不能访问该虚拟机。选用这种联网模式主机不用做任何設置，虚拟机就可以利用主机上网。
（3）Host-only模式。此时虚拟机只能访问主机及所有使用VMnet1虚拟网卡的虚拟机，它隔断了虚拟网络与主机外部网络的连接，建立一个独立的私有网络模式，该网络上的虚拟机只能与虚拟网内的虚拟机和主机通信。
4虚拟机技术在教学中的主要应用
4.1 磁盘分区、格式化和操作系统安装等内容的教学
磁盘分区、格式化、安装操作系统等操作对实体计算机磁盘数据具有一定的破坏性，因而教学中可在虚拟机上进行此类风险性操作。在虚拟机的CD-ROM设置中选择使用ISO映像文件，启动虚拟机，就可以像在实体计算机上进行磁盘分区、格式化和操作系统的安装一样来实施教学操作与讲解。利用虚拟机进行上述内容的教学，不但保证了主机系统的安全，而且在完成操作后，通过映像功能还可以轻松将系统恢复到原样。
4.2 Linux操作系统的教学
Windows，Linux，UNIX是目前计算机上常用的操作系统，学生一般对Windows比较熟悉，对Linux和UNIX知之甚少。在进行Linux操作系统教学时教师可以在教学用计算机上创建3台虚拟机，分别安装操作系统Windows，Linux和UNIX，然后同时运行3个操作系统，并可在3个操作系统之间来回切换。通过与Windows虚拟机的切换进行对比教学，可增强学生对Linux操作系统的理解程度。通过与UNIX虚拟机的切换，可使学生对比出UNIX与Linux的相似性，引导学生在学习Linux操作系统的同时学会使用UNIX操作系统。
4.3 网络实验教学
教学中把计算机网络、计算机网络安全、网络管理与维护等动手实验较强的课程，放在构建的虚拟网络环境里进行实验操作会更加安全方便。通过虚拟技术构建的虚拟网络环境可进行局域网的组建，网络配置与管理，WWW服务器，FTP服务器，DNS服务器，Telnet服务器等多种服务器的配置与应用，可尝试病毒入侵、黑客攻击等网络攻防实验。这样，学生可在1台计算机上同时扮演网络管理员和普通用户等不同角色，较方便地掌控整个实验过程。
5结语
将虚拟机技术应用到网络技术专业课程教学与实训过程张，不仅可以节约软硬件资源，而且使得网络技术专业课程教学灵活、方便；此外，也易于构建专业课程教学实训网络环境，有利于提高教学效率和质量，有利于提高学生的动手与实践能力。
参考文献：
[1]陈建锐，何增颖.基于虚拟机的VPN实验环境构建[J].实验室研究与探索，2010（01）
[2]吴换霞，余昭君.虚拟机和网络仿真软件在网络实验教学中的应用[J].科技资讯，2010（01）
（作者单位：长城汽车股份有限公司）
【关键词】虚拟机技术；计算机网络课程；教学应用
教学环境的构建是网络教学的基础，但是在网络教学中需要用到的教学环境较多，如果全部都使用真实的硬件来构建的话无疑会加大学校的负担，也会给学生带来麻烦，而且学生的技术水平有限，很容易破坏教学环境，这些都是构建网络教学平台需要考虑到的问题。为了解决这些问题，现在许多的网络教学环境都采用虚拟机技术构建，虚拟机的特点恰好可以解决以上提出的问题，因此，将虚拟机技术应用于网络教学中是一个可行且非常有意义的手段。
1 虚拟机技术特点对网络教学的益处
1.1 虚拟机的特点与选用
虚拟机技术诞生于上个世纪，它的主要作用是模拟各种硬件，能够支撑起一个虚拟的操作系统在其上运行。随着虚拟机技术的发展，虚拟机软件又增加了众多的功能，使之功能愈趋强大。首先是虚拟机软件能够提供完备的硬件支持，如CPU、硬盘、网卡、声卡、显卡、内存以及各类端口等等。其次是能够很好地支持虚拟系统与主机之间的资源共享，如输入输出设备、文件系统等等。还有如创建分支、快照等等，方便进行各类实验以及恢复环境。按照不同的虚拟机实现技术，虚拟机可以分为两类：第一类为纯粹使用软件进行硬件模拟的虚拟机，如bochs等，这类虚拟机运行速度较慢，但是可调试性非常强大，所以常用于操作系统级别的调试工作。第二类为软件模拟配合硬件辅助技术的虚拟机，也是使用最为广泛的虚拟机，如Vmware、VirtualBox等等，这类虚拟机的功能较为强大，由于使用了硬件辅助技术，所以运行速度也更快。在网络教学中基本不会涉及操作系统级别的调试，所以最好使用此类的虚拟机软件进行网络教学环境构建。
1.2 网络教学中使用虚拟机的益处
按照上节所述的虚拟机的特点，结合网络教学中的对于教学环境的要求。可以总结出在网络教学中使用虚拟机的益处。
（1）虚拟机可以模仿各种硬件，并不存在真实的硬件，所以不怕各种危险的操作损坏硬件。（2）虚拟机中的操作系统是可以很方便地进行还原操作的，即使学生损坏了操作系统也可以快速地恢复原样。（3）可以在一台计算机安装多个虚拟操作系统，并可以方便地进行各种硬件资源共享，方便构建不同系统环境。（4）降低主机的运行负担，可以放心地安装和使用各种软件，不会留下任何的痕迹，同时将应用软件放在虚拟操作系统中也可以加快主机的运行速度。（5）保密性高，可以作为功能加强版的沙盘系统使用。
2虚拟机技术及其在教学中的应用特点
2.1 虚拟机技术应用概述
当前普遍应用的虚拟机技术，主要是用相关的软件从计算机已有的硬件中划出一部分内存和硬盘空间去模拟出具有普遍计算机性能的虚拟机，这些虚拟机子系统建立在正在运行的主机操作系统之上，同时又拥有自己虚拟的CPU、内存、硬盘、声卡、网卡、光驱等设备。在虚拟机中能安装操作系统和各种应用软件，利用虚拟机技术可方便地在1台计算机上同时运行2个或更多操作系统。也可将这些虚拟机连成网络，模拟出相对真实的虚拟网络环境。
2.2 虚拟机技术在教学应用中的主要特点
（1）虚拟机硬件的无关性特点。虚拟机通常是主机上的一个特定文件，教学中在虚拟机上的任何操作已限制在这个文件上进行，它完全隔离并保护不同操作系统的操作环境以及所安装的应用软件。教师可预先装好不同的虚拟机系统，在教学中可以根据需要进行拷贝使用，不用考虑硬件的兼容性，学生在操作中对虚拟机系统造成的任何损坏都能够得到快速地恢复。
（2）可在同一台主机上安装、运行多个操作系统。特别适合建立所需的教学及自学实验环境，在不对主机重开机情况下，就可在主机上同时运行多个操作系统，方便了教学的讲解演示，节省了大量的学习与实验操作时间，扩大了学生的学习内容和范围。
（3）能在单机上完成过去无法做的网络实验。虚拟的网络环境可节省大量的组网经费，可在教学与实验中不限量地使用交换机、网卡等虚拟网络设备，且减少了网络实验设施的维护工作量。此外，实验操作中即使虚拟系统崩溃了，也不影响物理机进行重新恢复实验操作的性能。
（4）实现了教学手段的突飞猛进。教师可方便地用虚拟机技术创建所需的虚拟机和虚拟网络环境进行直观教学，学生可更感性地掌握网络组建、管理与维护等知识技能。极大地挖掘了现有设备的潜力，提高了教学效能，提升了学生的学习兴趣，增加了学生的实践动手机会，有助于学生进行自主实践创新。
3教学中的虚拟机与虚拟网络环境的建立
3.1 虚拟机软件的选择
在计算机网络课程教学中，当需要在主机上同时启动多台虚拟机或需要组建虚拟网络来进行教学时，目前主要用VMware Workstation与Virtual PC软件来建立虚拟机及虚拟网络环境。下面以运用VMware Workstation为例来加以说明。
3.2 创建虚拟机
运行VMware Workstation，单击“File→New→ Virtual Machine”，进入虚拟机创建向导。在陆续弹出的对话框中设置虚拟机要安装的操作系统、联网的方式、磁盘的容量等，就可创建出一台虚拟机。
3.3 构建虚拟网络环境
在网络教学与实验中，仅有虚拟机是不够的，还需要构建教学所需的虚拟网络环境。运行VMware Workstation以后，它提供了相当于交换机的虚拟网络设备，通过这些设备，虚拟机和虚拟机、虚拟机和主机就可以构建成各种形式的局域网。下面利用虚拟机网卡最常用的3种联网模式，构建所需的教學网络环境。
（1）Bridged模式。此时虚拟机与主机在同一个网络中，虚拟机相当于直接接入主机的网络，虚拟机可以使用它桥接到网络上的任何可用服务，包括文件服务器、打印机等。同样，使用桥接网络配置的任何物理计算机或者其他虚拟机可以使用该虚拟机的资源。 （2）NAT模式。此时虚拟机通过主机单向访问主机及主机之外的网络，主机之外的网络中的计算机不能访问该虚拟机。选用这种联网模式主机不用做任何設置，虚拟机就可以利用主机上网。
（3）Host-only模式。此时虚拟机只能访问主机及所有使用VMnet1虚拟网卡的虚拟机，它隔断了虚拟网络与主机外部网络的连接，建立一个独立的私有网络模式，该网络上的虚拟机只能与虚拟网内的虚拟机和主机通信。
4虚拟机技术在教学中的主要应用
4.1 磁盘分区、格式化和操作系统安装等内容的教学
磁盘分区、格式化、安装操作系统等操作对实体计算机磁盘数据具有一定的破坏性，因而教学中可在虚拟机上进行此类风险性操作。在虚拟机的CD-ROM设置中选择使用ISO映像文件，启动虚拟机，就可以像在实体计算机上进行磁盘分区、格式化和操作系统的安装一样来实施教学操作与讲解。利用虚拟机进行上述内容的教学，不但保证了主机系统的安全，而且在完成操作后，通过映像功能还可以轻松将系统恢复到原样。
4.2 Linux操作系统的教学
Windows，Linux，UNIX是目前计算机上常用的操作系统，学生一般对Windows比较熟悉，对Linux和UNIX知之甚少。在进行Linux操作系统教学时教师可以在教学用计算机上创建3台虚拟机，分别安装操作系统Windows，Linux和UNIX，然后同时运行3个操作系统，并可在3个操作系统之间来回切换。通过与Windows虚拟机的切换进行对比教学，可增强学生对Linux操作系统的理解程度。通过与UNIX虚拟机的切换，可使学生对比出UNIX与Linux的相似性，引导学生在学习Linux操作系统的同时学会使用UNIX操作系统。
4.3 网络实验教学
教学中把计算机网络、计算机网络安全、网络管理与维护等动手实验较强的课程，放在构建的虚拟网络环境里进行实验操作会更加安全方便。通过虚拟技术构建的虚拟网络环境可进行局域网的组建，网络配置与管理，WWW服务器，FTP服务器，DNS服务器，Telnet服务器等多种服务器的配置与应用，可尝试病毒入侵、黑客攻击等网络攻防实验。这样，学生可在1台计算机上同时扮演网络管理员和普通用户等不同角色，较方便地掌控整个实验过程。
5结语
将虚拟机技术应用到网络技术专业课程教学与实训过程张，不仅可以节约软硬件资源，而且使得网络技术专业课程教学灵活、方便；此外，也易于构建专业课程教学实训网络环境，有利于提高教学效率和质量，有利于提高学生的动手与实践能力。
参考文献：
[1]陈建锐，何增颖.基于虚拟机的VPN实验环境构建[J].实验室研究与探索，2010（01）
[2]吴换霞，余昭君.虚拟机和网络仿真软件在网络实验教学中的应用[J].科技资讯，2010（01）
（作者单位：长城汽车股份有限公司）