VMware虚拟机在网络实验教学中的应用

余先虎

摘 要： 计算机网络应用课程的实验教学是提高学生应用能力和学习兴趣的重要教学环节。利用虚拟机技术在单机上搭建网络的各种实验环境有利于降低实验成本，也有利于学生自主开展网络实验操作。介绍了虚拟机概念和工作模式，对如何在计算机网络课程教学中应用虚拟机软件VMware来开展实验教学进行了具体、深入的探讨。

关键词： 计算机网络； 虚拟机； VMware； 实验教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）06-20-03

Application of VMware virtual machine in experimental teaching of network

Yu Xianhu

（Ningbo Radio and TV University， Ningbo， Zhejiang 315016， China）

Abstract： The experimental teaching of computer network application is an important part in increasing the application ability and learning interest of students. It can not only lower the cost of experiments when using virtual machine techniques to establish network in single computer， but also is conducive for the students to carry out network experimental operation independently. The concept of virtual machine and its work patterns are introduced in this paper. It is discussed in detail how to apply virtual machines software VMware in the teaching of computer network to carry out the experimental teaching.

Key words： computer networks； virtual machine； VMware； experimental teaching

0 引言

计算机网络应用课程是高职计算机应用技术专业的一门必修核心课程，课程具有较强的理论性和实践性[1]。对于刚接触计算机网络课程的高职学生而言，普遍认为课程内容抽象，学习上易产生畏难心理。学生所理解的网络大都基于日常生活中的体验，如网站、QQ、网游、网络电影等在线活动，对网络原理、网络功能没有概念。因此在教学中如何激发学生的学习积极性，消除学生畏难心理，改变学生被动学习的现状，是课程教学取得成功的关键。

在课程教学中，实验教学是激发学生学习兴趣、调动学习积极性、提高应用能力和动手能力十分重要的环节。课程实验教学主要有组网硬件实验和网络设置、管理等软件应用实验，包括局域网组建管理、网线连接、安装系统、连接网络、网络配置、网络管理、排除故障、Active Directory的安装与配置、DNS的安装与配置、Web服务器的配置、FTP服务器的配置、邮件服务器的配置等内容[1]。一些硬件实验如制作水晶头、交换机连接等需在实验室进行，但更多的一些网络管理、配置等实验则可以在虚拟机软件环境中模拟。

近年来，随着高职院校的办学规模不断扩大，很多高校由于受资金、技术、实验人员管理等各方面条件的限制，计算机网络实验室不能满足学生的网络实验需求。例如开展简单的局域网组建实验，至少要为每组学生配备二台PC、一台交换机，这对学校来说是一笔不小的开销。大多数学校的实验室为了方便管理，都安装了硬盘保护还原卡或者还原软件，给学生做实验带来了很大的限制，也给教师准备实验环境带来了困难。为了解决这些问题，一种比较好的解决方案就是在单机上安装虚拟机软件（VMware Workstation），构建一个与真实网络环境相同的虚拟网络教学、实验平台[2]。通过在一台物理计算机上安装多个虚拟计算机来模拟真实的网络环境，从而在一台计算机上完成网络组建和网络配置管理实验，这既能节约实验成本，也便于教师课堂讲解，提高计算机网络课程的教学效果，学生还可以用自己的计算机安排课外时间开展自主实验学习。

1 虚拟机概述[3，5]

虚拟机（Virtual Machine）技术，就是用软件模拟现实的计算机系统的技术。利用这种技术，可以在现有计算机的主操作系统上建立几个同构或异构的虚拟计算机系统，这些虚拟机系统包含自己的虚拟CPU、RAM、硬盘和网络接口卡。虚拟机是一种严密隔离的软件容器，它可以运行自己的操作系统和应用程序，就好像一台物理计算机一样。虚拟机完全由软件组成，不含任何硬件组件。因此，虚拟机具备物理硬件所没有的很多独特优势。操作系统、应用程序和网络中的其他计算机都无法分辨虚拟机与物理机之间的差异，将它当作一台“真正的”计算机[4]。

目前主要的虚拟机软件有VMware公司的VMware和Microsoft公司的Virtual PC。VMware是提供一套虚拟机解决方案的软件公司，其主要产品分为：

⑴ VMware-ESX-Server：不需要操作系统的支持，本身就是一个操作系统，用来管理硬件资源。所有的系统都安装在它的上面。带有远程Web管理和客户端管理功能。

⑵ VMware-GSX-Server：需安装在一个操作系统下，该操作系统可以是Windows 2000 Server以上的Windows系统，或者是Linux（官方支持列表中只有RH，SUSE，Mandrake很少的几种）。带有远程Web管理和客户端管理功能。

⑶ VMware-WorkStation：需安装在一个操作系统下，该操作系统的要求是Windows 2000以上或者Linux。没有Web远程管理和客户端管理。

2 VMWware WorkStation介绍[5]

2.1 VMware Workstation简介

VMware Workstation虚拟机是一个在Windows或Linux系统上运行的应用程序，它可以模拟一个基于X86的标准PC环境。VMware Workstation为在单台PC上同时运行多个操作系统提供最广泛的客户平台支持。VMware Workstation可支持200多款操作系统，其中包括Windows 7、Windows Server2008 R2和其他20多种版本的Windows系统，以及Redhat、Ubuntu、OpenSuse和26款其他版本的Linux。

教学人员可利用VMware Workstation快速创建虚拟机，从而在安全、隔离的虚拟机中提供所需的课程实验环境、应用程序和工具，为组建私有网络，实验测试环境等提供了很大的方便。每次实验结束后，虚拟机还可以自动还原到一个初始状态，供下一组学员使用，这为我们为开展多次实验提供了方便。

2.2 VMware工作模式

VMware为虚拟机系统提供了强大的网络功能，主要有三种网络工作模式：bridged（桥接模式）、NAT（网络地址转换模式）和host-only（主机模式）。

⑴ Bridged（桥接模式）：在bridged模式下，虚拟机就像是局域网中的一台独立的主机，它可以访问网内任何一台机器。虚拟机和宿主机器的关系，就像连接在同一个交换网络上的两台电脑。想让它们相互通讯，虚拟机系统的网络配置和宿主机系统必须一致，这样虚拟系统才能和宿主机器进行通信。

⑵ Host-only（主机模式）：在host-only模式中，所有的虚拟系统（可以是一台或者多台）是可以相互通信的，但虚拟系统和真实的网络是被隔离开的。虚拟机和宿主机之间，相当于这两台机器通过双绞线互连，同时各台虚拟机（同时运行的话）之间相当于连接在同一个交换网络上机器，可以互相通信。虚拟机系统要和宿主系统通信，必须把TCP/IP配置信息（如IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等），设置为“自动获取”，这些配置信息都是由VMnet1（host-only）虚拟网络的DHCP服务器来动态分配的。虚拟机系统要与其他虚拟系统通信的话，双方都可手工设置IP并配置为同一网段，或者“自动获取”也可。

⑶ NAT（网络地址转换模式）：使用NAT模式，就是让虚拟机系统借助VMWare提供的NAT（网络地址转换）功能，通过宿主机器所在的网络来访问公网。也就是说，使用NAT模式可以实现在虚拟系统里访问互联网，但是NAT模式下虚拟机系统的TCP/IP配置必须设置为“自动获取”，因为此配置信息是由VMnet8（NAT）虚拟网络的DHCP服务器提供的，不能手工修改，同时，虚拟机系统也就无法和本局域网中的其他真实主机直接进行通讯。采用NAT模式最大的优势是虚拟系统接入互联网非常简单，不需要知道宿主机是怎么上网的，只要宿主机器能访问互联网即可。

3 应用Vmware进行网络实验教学的基本步骤[3]

3.1 创建虚拟机

在物理主机上安装好VMware Workstation软件后就可以创建虚拟机了，创建虚拟机的方法主要有两种，一种是利用向导创建虚拟机，另一种是利用已有的虚拟机进行克隆创建。对于机房实验室而言，先安装好一台机器，再采用克隆方法批量处理，这将会大大提高机房的管理效率。

3.2 配置虚拟机网络

VMware提供了一些虚拟的网络设备和多种联网方式，利用这些虚拟的网络设备和联网方式，我们可以构建不同的虚拟网络，完成各种网络实验[2]。

VMware安装完成后，会在宿主机（Host）系统里产生两张虚拟网卡，即VMware Network Adapter VMnet8和VMware Network Adapter VMnet1，在网络连接里可以看到。VMware Network Adapter VMnet1，这是Host用于与Host-Only虚拟网络进行通信的虚拟网卡。VMware Network Adapter VMnet8：这是Host用于与NAT虚拟网络进行通信的虚拟网卡。在Windows系统中，最多可以安装十块虚拟网卡。每块网卡有四种可选网络连接方式：桥接、网络地址翻译、仅主机和自定义。

3.3 根据实验要求，选择联网方式

VMware提供了10个虚拟交换机网络设备，VMnet0—VMnet9，这些设备可以充当交换机使用。在具体的教学实验中，可根据不同的需要，选择不同的联网方式进行设置。

⑴ Bridged（桥接）方式。虚拟机会自动连接到VMnet0交换机上，只要将虚拟机IP地址设置为和主机IP地址同一网段，在真实网络中，虚拟机就和物理主机拥有同样的地位。虚拟机可以访问真实网络中的共享资源。

⑵ NAT（网络地址翻译）方式。当物理主机可以连接到外网，但是我们在外网上无法为虚拟机获得一个IP地址，我们可以采用该种模式，让虚拟机通过物理主机连接到Internet。

⑶ Host-only（仅主机）方式选择该方式后，虚拟机会自动与VMnet1交换机进行连接，将产生隔离其他网络的独立网络，只有主机和虚拟网络内的虚拟机可以通信。在不需要上外网的情况，只是用于网络实验时，建议采用这种方式。

4 应用VMware进行网络教学实验

搭建好VMware实验环境后，可以进行多各组网和网络管理实验。下面对以Windows Server 2003组网在虚拟机中开展的主要实验和实训作一介绍。

实验1：Windows Server2003的安装与配置，对等网的组建和设置实验，工作组创建、组帐户管理等。

实验2：用户工作环境管理，主要包括创建域和组织单位，计算机加入域等。利用组策略管理用户工作环境；利用组策略部署软件。

实验3：网络病毒的防范。包括网络防毒软件的安装配置、远程杀毒等。

实验4：配置防火墙与入侵检测。包括防火墙的安装、配置、访问策略建立、规则的发布等内容。

实验5：配置入侵检测。包括各种入侵方式的试验和配置管理。

实验6：补丁管理。包括通过WSUS服务实现补丁的集中管理和部署。

实验7：Web和FTP服务器的设置实验。

实验8：配置DHCP服务，DNS服务，WINS服务，文件和打印服务器等。

5 结束语

计算机网络应用课程是一门理论与实践并重的综合性的课程，要学好这门课程，需要有较深的理论知识作为基础，同时注重网络实验和实训的学习和实践。通过在教学中引入VMware虚拟机软件构建的教学、实验平台，明显提高了教学效果，有助于缓解学校实验设备不足的问题。通过虚拟机VMware搭建实验教学平台，可以让所有的实验操作在虚拟环境下无损害地重复进行，能完成原先一些因实验条件和经费投入等原因无法开展的实验内容，极大地丰富了课程的实验内容。利用虚拟机技术开展各种网络实验，有助于学生利用课外时间自主进行实验活动，将大大提高学生的学习兴趣和自主学习能力，有利于课程教学更好的开展。VMware等虚拟化技术的推广和应用将对课程教学产生积极的影响，值得进一步探索和实践。

参考文献：

[1] 吴功宜，吴英.计算机网络应用技术教程[M].清华大学出版社，2009.

[2] 李捷.浅谈虚拟机在计算机网络教学中的应用[J].广西轻工业，

2010.2.

[3] VMware 虚拟化入门.http：//www.vmware.com/cn/technology/

virtual-machine.html

[4] 刘真.虚拟机技术的复兴[J].计算机工程与科学，2008.2.

[5] 虚拟机概念详解.虚拟机之家，http：//www.xuniji.com.