虚拟机在计算机网络教学中的应用

【摘要】随着虚拟机技术日益成熟，利用VMware虚拟机软件进行计算机教学，不仅简化了实验室的管理和维护，还方便老师的教学和学生实验，取得良好的教学效果。本文以计算机网络教学为例，研究如何利用虚拟机解决原有的教学过程中遇到的教学困难，提高计算机教学的教学质量。

【关键词】虚拟技术;计算机教学;服务器;网络教学

一、引言

计算机网络专业具有理论知识和实践操作紧密结合，要求师生互动高，实验环境要求高，变化比较大特点，在计算机教学中，学校的机房为了管理维护和使用上的方便，一般都是装好固定的操作系统和相应软件后再装上还原卡，这种环境不太适合计算机教学工作的开展。比如在进行操作系统教学中，一般要求安装网络操作系统，如Windows2003、Linux等，有些实验是C/S模式，同时要有两台主机，现有的机房条件无法实现这种实验环境。又如，计算机硬件方面的教学中，当讲到硬盘的分区和格式化时，学生在实验时经常会把硬盘损坏，系统崩溃，教学和实验工作很难推进，老师只能用PPT幻灯片或单机演示，学生无法动手实践，在很大程度上影响到教学效果，虚拟机软件的出现非常好地解决了这一问题。

二、虚拟机原理

虚拟机实际上就是一种软件， 这种软件能够运用系统虚拟化技术，通过软件模拟来实现具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统，这种虚拟计算机系统可以是同构或异构的虚拟计算机系统，具有独立的CPU、内存、硬盘，甚至还拥有独立的BIOS。通过虚拟机软件，你可以模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，如安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等。对于用户而言，它只是运行在你物理计算机上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就像是在真正的计算机中进行工作。通过虚拟出来的各种网络设备，虚拟机能完成与主机之间的网络通讯，多个虚拟机还可以和物理主机组成标准的TCP/IP网络。目前流行的虚拟机软件有VMware和Virtual PC，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机，用于安装Linux、OS/2、FreeBSD等其他操作系统。微软在2003年2月份收购Connectix后，很快发布了Microsoft Virtual PC 2004。相比而言，VMware无论是在多操作系统的支持上，还是在执行效率上，都比Virtual PC 2004明显高出一筹。

三、虚拟机构建

我们以VMware为例，虚拟机构建有两种方式，一种是准备好一到二台性能很好的服务器，裸机安装VMware，再用一台服务器安装Vcenter，构成一个简单的虚拟机系统，然后在服务器上安装虚拟机（比如Windows98、Windows2003、Windows XP、Linux等），对虚拟机进行复制，就构成学生使用的实验环境，这种方式搭建的虚拟机平台效率高，但是不太适合于网络实验室室环境，一般用于企事业单位的网络中心这样的环境中。第二种方式，利用VMware workstation软件来构建实验环境，利用实验室现有的操作系统，在操作系统上安装VMware workstation，启动VMware workstation后可按照提示来创建虚拟机， 在虚拟机中安装需要的操作系统，比如Windows XP、Windows Server 2003或者Linux系统等，然后利用还原卡或者还原软件等，对这台机器做克隆，将实验室所有的机器安全好虚拟机，构建好一个统一的实验平台。这种方式比较适合于在现有实验室环境下构建计算机网络实验环境，方便高效。在用这种方式构建实验环境时，我们要注意以下几个问题：（1）虚拟机磁盘空间的问题，在创建虚拟机时， 磁盘默认的40GB，我们是单机环境，硬盘空间不是太大，最好将磁盘空间设为10GB比较好。（2）网络配置模式，最常用的就是桥接和NAT模式。一般用户会选择NAT模式，这种方式下不需要做任何设置，但是这种模式不太适合计算机网络实验课的要求，建议选择桥接模式， 这种方式下虚拟机系统直接连入物理网络，与主机和其它虚拟机共同组成局域网，就像配置一台机器一样， 我们可以给虚拟机配置网络参数，例如IP地址、子网掩码、网关和DNS等，如果想和主机互通，注意IP地址要和主机系统保持在同一网段，以便实现局域网和互联网的访问。（3）对虚拟机使用的硬件设备进行定制。现有的实验室的计算机内存一般在4G左右，我们可以将内存的一半分配给虚拟机使用，处理器的数量可根据主机实际情况进行选择，不能超出主机所支持的规格。光驱和U盘等设备，可通过VMware workstation软件设备，在物理机和虚拟机这间切换使用。

四、虚拟机技术在网络教学中的应用

目前计算机网络专业的实验设备资源紧缺、教学环境不够完善，很难满足计算机网络教学中多机器、多操作系统、主客户机系统等方面的要求，但是，网络实验室中引入虚拟机系统后，很好地解决了这些问题，虚拟机技术的使用确实在计算机网络专业课程的教学中发挥了很大作用，实践证明虚拟机技术还可以应用到计算机专业其它课程的教学中。现将虚拟机在计算机网络教学中的应用略举一二：第一，关于多操作系统的安装和演示，在网络教学中除了使用Windows操作系统外，还要使用Linux操作系统，如果装的是双系统，要想切换另外一个系统就必须重启关掉原来的系统，才能进入另外一个系统，在课堂上这样做，会耽误很多教学时间，还会中断教学，造成学生注意力分散，课堂秩序混乱等情况，影响教学效果。使用虚拟机技术，我们同种启动两种操作系统的虚拟机，可以自由地在两种操作系统间自由切换，比较两种操作系统的差异，学生实验只需要在一台机器上就能轻松做完实验。第二，我们在做磁盘管理系统实验时，虚拟机就发挥了很大作用。实验室的主机一般都是台式机，不会使用服务器，实验机一般只有一个硬盘，无法做磁盘管理系统的实验，所以很多老师在讲这一部分内容时，基本上是用PPT讲解，实验则一带而过，学生对Raid0、Raid1、Raid3、Raid5、Raid10的区别分不清楚，对window2003中磁盘卷的概念很模糊，没有感性认别，很容易忘记和混淆。但是在虚拟机环境中，我们可以自由添加磁盘，很容易做磁盘实验，通过各种实验验证，学生们很容易掌握磁盘管理系统的知识。第三，各种服务的安装和验证，服务器中有很多服务，比如DHCP、DNS、WINS、IIS、FTP、邮件服务等，服务的安装和演示很容易，但服务是否正确配置，如何加以验证是一个头疼的问题，以前学生相互占用别人的实验电脑加以验证，实验室秩序混乱，实验效果很差，用虚拟机后，只需安装一个windows XP虚拟机，与服务器配置在同一网段，很容易进行验证。第四，关于Linux操作系统的讲解，Linux操作系统在我们日常的办公中基本上都用不到，但它具有系统安全性、开放源代码、设备无关性、优异的网络性能等优点，在很多的许多企事业单位的服务器上会用到，在讲解Linux操作系统时，我们不需要将实验室主机重新安装Linux操作系统，而只需装一个Linux虚拟机。学生既可以用虚拟机做实验，遇到问题时，又能方便地切换到windows操作系统，查找资料，找到解决方案后，再切换到Linux系统继续实验，非常方便。

五、教学实践分析

通过对计算机网络虚拟机教学的探索，我们发现，虚拟机教学比较适合计算机操作性要求比较高的课程，比如：《计算机组装与维修》、《计算机网络》、《计算机网络安全》、《操作系统》、《服务器维护与管理》等，以下总结了提高该类课程的授课质量的教学经验：

1、课程内容的选择上要求选择应用性比较强，动手实验比较多的课程，而纯理论的课程不太适合这种教学模式。

2、课堂教学要求理论与实践相结合，做多老师举一，学生翻三，采用循序渐进的讲解、启发、实验、提问和讨论等不同的授课方式，使学生对知识点的认识加深，拓宽学生的知识视野、提高学生发现问题和解决问题能力。

3、实验环节上，采用分组实验，充分发挥优秀学生的传帮带的作用，促进学生团队协作精神和提高学生的能力。

4、教学效果上，既重视理论知识的讲解，又注重操作演示，更重视对学生实验成绩的考核，使学生对知识点的认识从理论联系到实践，再从实践上升到理论，在教学过程中实现师生互动，学生互助的良性教学氛围。

六、结束语

随着计算机技术的发展，各种新技术在教学中不断的应用，对提高教学质量，实行教学革新，推动课程建设。本文希望通过对虚拟机在计算机网络课程建设的探索，能切实起到促进教学，提高学生动手能力，使学生能学以致用，真正掌握知识。也对虚拟机教学在计算机其它专业课程教学中的应用提供借鉴。

参考文献

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作者简介：刘炳芳（1973—），男，江苏丹阳人，硕士，高级工程师，主要研究方向：计算机网络、数字图书馆。