高职院校Linux教学实验平台技术研究

吴培飞 沈海娟 申毅

摘要： 对虚拟机技术进行了分析，阐述了虚拟机可以提高效率、节约资源，是解决高职院校Linux教学实验的有效手段的理由。介绍了用VMware Workstation和Packet Tracer相结合来创建Linux系统实验平台的操作步骤，同时提出了Linux虚拟机中可做的常规实验及利用Packet Tracer完善Linux一体化教学的方法。

关键词： 虚拟机； 虚拟技术； Linux； 实验平台； 设备仿真

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1006-8228(2012)05-26-03

The research of linux teaching experimental platform in high vocational colleges

Wu Peifei, Shen Haijuan, Shen Yi

（Dept. of Information & Electronics, Hangzhou Vocational & Technical College, Hangzhou, Zhejiang 310018, China）

Abstract： The article, through analyzing the technology of visual PC, points out that its use can improve the efficiency, save resources, as a result, is the best way to satisfy demand of linux teaching experiments conducted in high vocational colleges. It also specifies the operative steps, which constructs linux experimental platform by VMware workstation and Packet Tracer, meanwhile lists the routine tests done in Linux visual PC and perfect methods of linux integrated teaching by Packet Tracer.

Key words： visual PC； visual technology； Linux； experimental platform； device simulation

0 引言

随着计算机技术的发展，国内操作系统的应用由Win2000 Professional、Winxp、Win2000 Server一统天下的局面转变为Windows系统与Unix、Linux等共存的局面。最近几年，由于Linux的开源性，使得其在网站服务器、嵌入式系统开发、操作系统教学中的使用愈来愈普及，在企业中基于Linux的应用系统越来越多，在IT外包服务中地位日益突出，在各种考研及考证中份量不断增加。这些都要求在计算机教学中加强Linux的教学。

Linux实验实训是Linux教学中的重要一环，是学生快速获取知识和技能的最佳途径，真实情景的实训更是提高实践技能和教学质量的关键。然而，现在很多地区的高职院校受资金、技能、教学硬件等各方面因素的影响和制约，仍缺乏一整套完善的、高性价比的实训环境。

Linux操作系统的实验资源有限、实验关联性强、网络的实验难以组织，实验实训内容涉及系统分区写保护、构建不同操作系统环境、对磁盘进行破坏性实验、实验环境状态恢复等问题。为解决这些问题，本文用VMware和Packet Tracer相结合的方法，来构建Linux虚拟仿真教学实验平台，以达到教学演示与学生实践同步的目的，为Linux实践教学提供一种有效的辅助工具，缓解实验设备和场地不足的问题，提高实验设备的安全性，降低实验室的管理和维护难度。利用VMware虚拟机来模拟操作系统或者比较复杂的网络环境，学生在虚拟的操作系统环境中进行操作，熟悉新操作和新技术，能达到事半功倍的效果。

1 VMware和Packet Tracer简介

VMware是一个虚拟机软件，运行在Windows平台或者Linux平台上。它可以在现有的真实操作系统上虚拟出若干新的虚拟操作系统（只要内存足够大），同时，它又拥有自己独立的CPU、硬盘、内存及各个硬件（当然这些都是虚拟出来的）。虚拟系统的CPU通过i386的保护模式实现，而硬盘其实就是独立主机上的一个文件。

Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助教学工具软件，可以为网络初学者提供一个网络设计、模拟配置和网络故障排除的仿真学习平台，能够支持学生和教师建立仿真、虚拟活动网络模型。学生可在系统的图形用户界面上直接使用拖拽方法建立网络拓扑结构图，可以配置仿真设备。系统可提供数据包在网络中的详细处理过程以及网络实时运行情况。

2 用VMware和Packet Tracer构建Linux实验平台

VMware版本较多，目前应用较为广泛的版本是VMware workstation 6.x。该版本建议使用Intel或AMD处理器、主频大于733MHZ、内存512MB以上以及不少于1GB的可用磁盘空间。

2.1 创建Linux虚拟机

第一步：启动VMware，在其主界面“主页”标签页中点击“新建虚拟机”按钮打开新建向导。

第二步：单击“下一步”按钮，进入虚拟机配置界面。这里有两个选择：一是“典型”方式，VMware根据虚拟机的用途自动调整配置；二是“自定义”方式，用户可自行设置虚拟机的主要参数。典型方式要比自定义方式简单，但缺少一定的灵活性。为方便起见，这里我们选择典型方式。

第三步：单击“下一步”按钮，进入虚拟机操作系统选择界面，可以看到Windows、Linux、Novell等多种不同的系统。这里我们点选“Linux”。Linux又分为多种版本，这里我们选择“Red Hat Linux”项。

第四步：单击“下一步”。在接下来的界面中，可以为这个新的虚拟机取一个名称(本例为“Red Hat Linux”)，并在“定位”中选择虚拟机的保存位置。

每个虚拟机都会产生多个特别格式的文件，所以最好为每个虚拟机创建一个单独的文件夹，如Linux就放到“Linux”文件夹、Windows 98就放到“Win98”文件夹中，这样便于以后备份和恢复虚拟机。

第五步：单击“下一步”。在网络类型界面中共有四个选项:“使用桥接网络”，“使用网络地址翻译(NAT)”，“仅使用主机网络”，“不使用网络连接”。网络连接方式可以随时修改，因此在这里可先任意选一种。

第六步：单击“下一步”，此时会要求用户设置硬盘的大小。软件默认大小为4GB，硬盘可根据现有空间的实际情况增大或减小。单击“完成”按钮返回VMware主界面，将看到主界面上多了一个“Red Hat Linux”标签页，其中有这台新建虚拟机各种配置的显示。

第七步：为这台虚拟机安装Linux操作系统，让它像真正的计算机一样工作。安装之前，先要设置一下虚拟机的光驱。在界面中，双击“设备”下的“CD-ROM”项，打开配置窗口。

本例使用的是Linux安装光盘，因此点击选中“使用物理驱动器”项，并在下拉列表中选择正确的光驱盘符(本例中的光驱盘符为“J”)。如果是从网上下载的ISO安装映像文件，则点选“使用ISO映像”项，并通过“浏览”按钮选择下载所得的安装映像文件。设置完毕，单击“确定”按钮。

第八步：将Red Hat Linux安装光盘放入光驱中(如果选的是“使用ISO映像”方式则不需此步骤)，点击主界面“命令”中的“启动这虚拟机”，或直接点击工具栏上的绿色三角形按钮，这就像打开了真实电脑的电源开关一样，虚拟机启动。

2.2 构建虚拟网络环境

VMware Workstation安装完成后，会自动创建10个虚拟设备VMnet0-VMnet9,相当于10个以太网交换机设备，其中VMnet0、VMnet1和VMnet8都有专门的用途，而其他7个虚拟设备可在建立桥接网络或定义网络时使用。客户机可以任意连接到这些虚拟的以太网交换机接口上。连接在相同虚拟设备上的客户机可以看成是连接到同一交换机上的主机，因此，只要设置各客户机的虚拟网卡连接到同一个虚拟设备，客户机就可以组建一个虚拟的交换式以太网。

VMware Workstation提供了4种虚拟机网络连接模式：Bridged模式、NAT模式、Host-Only模式和Not Use模式。

2.2.1 Bridged模式

用这种方式，虚拟系统的IP可设置成与本机系统在同一网段，虚拟系统相当于网络内的一台独立的机器，与本机共同插在一个HUB上，网络内其他机器可访问虚拟系统，虚拟系统也可访问网络内其他机器。当然与本机系统的双向访问也不成问题。

2.2.2 NAT模式

这种方式也可以实现本机系统与虚拟系统的双向访问。但网络内其他机器不能访问虚拟系统，虚拟系统可通过本机系统用NAT协议访问网络内其他机器。

NAT方式的IP地址配置方法：虚拟系统先用DHCP自动获得IP地址，本机系统里的VMwareservices会为虚拟系统分配一个IP地址，之后如果想每次启动都用固定IP的话，在虚拟系统里直接设定这个IP即可。

2.2.3 Host-Only模式

顾名思义，这种方式只允许虚拟机和主机进行网络通信，即网络内其他机器不能访问虚拟系统，虚拟系统也不能访问其他机器。

2.2.4 Not Use模式

不使用网络，虚拟系统为一个单机。

一般来说，Bridged方式最方便好用。但如果本机系统是Windows而网线没插或者根本没有网卡，网络很可能不可用，此时就只能用NAT方式或Host-Only。

2.3 用Packet Tracer实现设备配置仿真

网络设备的配置在Linux网络教学中对培养学生动手能力极为重要。采用仿真软件对设备的配置进行模拟仿真，不仅可让贫困地区的高校节约资金，还可让每个学生都能独立完成实验过程。思科公司在Packet Tracer软件中把相关网络设备都做成了模型，其设置步骤和功能与实际中的思科设备几乎没有差别。在Packet Tracer5.2里有路由、二层交换机、三层交换机、无线等设备模型，对这些模型还可以添加相应的模块。利用Packet Tracer5.2可以构建以下实验：(1)配置cisco交换机，(2)配置vlan，(3)cisco vtp，(4)stp生成树协议，(5)wlan，(6)配置单个的路由器，（7)配置静态路由，(8)配置动态路由rip，(9)配置单区域ospf，(10)路由器实现vlan间通信，(11)ppp协议，(12)帧中继，(13)基于端口的nat转换，(14)acl简单的配置，(15)dhcp配置等实验。

3 虚拟实验平台在Linux实践教学中的应用

Linux虚拟机的实验可分为Linux基础实验和复杂的网络服务器实验。

通常可直接做的基础实验有以下五类：

⑴ Linux常用命令练习，如文件操作、目录操作、包文件处理等实验；

⑵ 管道、重定向、打包、压缩、解压等操作的实验；

⑶ 用户的创建、密码修改、组的创建、组管理员的设定等操作的实验；

⑷ 操作系统课中C语言程序的编译与运行实验；

⑸ 网络设备的设置实验。

复杂的网络服务器实验有以下八类：

⑴ SAMBA服务器设置实验；

⑵ DNS服务器设置实验；

⑶ DHCP服务器设置实验；

⑷ APACHE服务器设置实验；

⑸ FTP服务器设置实验；

⑹ MYSQL服务器设置实验；

⑺ 邮件服务器设置实验；

⑻ 包过滤防火墙的设置实验。

4 利用Packet Tracer完善Linux一体化教学

4.1 Packet Tracer辅助Linux理论教学

Linux基础知识中有许多比较抽象，如网络体系结构、网络协议、路由原理等，学生不易理解和掌握。利用Packet Tracer软件设计出一些相应的实验，可以使一些枯燥的理论形象化。如讲解子网掩码的作用时，对于将子网掩码和主机IP进行“And”运算就能得出网络地址这一内容，就可用一个简单的实验来说明：如图1，配置PC0、PC1的IP地址为192.168.1.1和192.168.1.2，配置PC2、PC3的IP地址为192.168.2.1和192.168.2.2，子网掩码均为255.255.255.0。将各主机的IP分别与其掩码进行“And”运算，可得出：PC0和PC1的网络地址为192.168.1.0, PC2和PC3的网络地址为192.168.2.0。它们之间通过二层交换机连接，所以PC0和PC1连通，PC2和PC3连通，两个网络之间不通。在Linux理论教学中，穿插Packet Tracer设计出的实验来对理论进行验证，可以增强理论教学的实效性。

图1验证网络地址实验拓扑结构图

4.2 Packet Tracer应用于Linux实践教学

在Linux课程中采用Packet Tracer软件，可以真正使“教、学、做”合为一体。学生能从实践课程中获得大量的自由组装和配置训练，提高动手能力。例如可以让学生设计简单静态路由的实验，在Packet Tracer中选择相应设备构建网络，如图2所示，在这两台路由器命令行下配置静态路由命令：Router(config)#ip route [目的网络][掩码][下一跳IP地址]，测试PC0和PC1连通。还可让学生在Simulation模式下查看详细OSI模型、Outbound PDU信息等。这种传统课件和真实环境无法提供的高级功能，能使学生加深对Linux网络原理的理解。

图2路由实验拓扑结构图

5 结束语

利用VMware和Packet Tracer进行仿真Linux实训教学，效果直观，学生印象深刻，能将既学的理论知识直接应用到实践操作中，明显提高了学生的学习兴趣、实际动手能力和主动性，使他们更乐于去探究、发现、思考和解决Linux课程中遇到的问题。利用VMware和Packet Tracer相结合构建的Linux虚拟仿真教学实验平台进行实训教学，不但降低了网络设备的投入成本，而且可以让学生反复模拟、强化各种Linux网络技能训练，极大提高了Linux实训效果。该平台具有广泛的推广价值。

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