虚拟机在网络课程实践教学的应用探讨

刘治国

（湖南应用技术学院 湖南常德 415100）

摘 要：随着信息技术的高速发展，网络技术专业对于网络实验设备的投入不能满足学生实验实训需求，部分网络实验教学难以实现，而实践教学是提高学生应用能力和学习兴趣的重要教学环节，应用虚拟机技术，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。本文主要是应用虚拟机软件在网络课程实践教学中进行具体、深入的探讨。

关键词：网络课程 虚拟机 实践教学

当前，网络课程的教学尤其是实践教学，成为很多高校不断探索、不断研究、不断改进的一个课题。要想提高学生实践能力，必须加强网络实践教学环境的改变。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，构建一个与真实网络环境相同的虚拟网络教学、实验平台，我们通过采用虚拟机来进行实践教学，是目前在计算机教育教学中广泛采取的一种方法。经过实践证明，采用虚拟机技术对我们的实践教学有很大的可行性和创新性。虚拟机对于使用者而言，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。这既能节约实验成本，也便于教师课堂讲解，提高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習。通过实践操作能使学生透彻地理解我们学习的知识。[1]

一、虚拟机介绍

虚拟机技术，就是用软件模拟现实的计算机系统的技术。其技术早已成为热门的软件技术，VMware就是一款具有代表性的虚拟机软件，利用它可以在原有操作系统中安装多个其他操作系统（如，Windows、Linux等），轻松实现多个虚拟系统和真实主机系统共存，如在网络服务器搭建过程实训中，利用Vmware实现一台主机虚拟出多台主机的效果，互不干扰，且同在一个局域网内，所做的实验得出的效果和使用几台真实计算机得出的效果一样，从而解决了一个学生做实训需要多台计算机、多个操作系统的问题。[2]

Cisco Packet Tracer和GNS3均是一款非常实用的模拟交换机、路由器设备的虚拟机，由于交换机、路由器设备的费用较高，如果要满足一个教学班同时进行实验，就得购置多组相同的设备，硬件的投入就更高了。所以，很多资金不太充足的学校常采用模拟器进行实践教学。Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，主要面向CCNA、CCNP课程，学生可在图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并允许学生配置设备，观察网络实时运行情况，完成相关的实验模拟操作，也可以用于虚拟体验Cisco操作系统IOS或者是检验将要在真实的路由器上部署实施的相关配置。[3]

二、虚拟机在网络课程实践教学中的应用

（1）Vmware虚拟机在WINDOWS服务器配置与管理课程中应用

在机房的计算机中安装虚拟机软件VMWare后，利用VMWare模拟出1台WindowsServer 2008服务器，在服务器里添加并配置好诸如DHCP、DNS、WEB、fTrP等服务器后，可再模拟出l～3台Windows xp或Linux客户机进行测试试验。

在讲解服务器配置中的DNS和WEB时，结合实际情况，关联两个服务器进行讲述，效果会明显。例如：若要架设WEB服务器，搭建一个内部网站，IP地址为192.168.1.200，域名为www.XM.com，主目录为C：＼WEB，网站主页文档为home.htm，其内容为“湖南腾飞科技有限公司欢迎您”。在客户端PC机上使用http：//www.XM.com访问内部网站首页，访问结果（如图1）：

若按照实验要求每组应配备两台计算机，一台做为服务器，一台做为客户机，在服务器中要安装有DNS和WEB服务器，才能实现结果。现应用Vmware虚拟机，只需要在一台计算机中安装Vmware虚拟机，再在Vmware虚拟机内安装Windows Server 2008和Windows xp两种操作系统既可。

（2）Cisco Packet Tracer模拟器在网络设备课程中应用

借助Packet Tracer仿真模式进行交换与路由教学，教师可以详细、直观地现场操作、讲解相关内容，突出重点、难点，且可以将配置的实验示例以pkt文件的形式保存，供学生参考。学生凭借理论课程中学习的知识，结合教师在实验课中的演示及提供的pkt文件和其它参考资料即可完成教师规定的实训内容，最后以pkt文件形式提交自己的实验结果。例如：

实验拓扑（如图2）：

实验具体要求：

①连接各设备，并对网络中各设备进行基本配置（主机名按自己姓名拼音首字母+设备类型，如张三做题，R1命名为：ZS-R1、Switch1命名为：ZS-SW1，按照图上所给地址为设备配置地址）。

②在服务器中开启WEB服务和DNS服务，并在DNS服务器中配置DNS域名为WWW.XM.COM（如张三，则为WWW.ZS.COM），使后面在访问WEB服务器时通过域名访问。

③全网运用OSPF路由协议。

④配置网络中的路由器R1和三层交换机SW1两台设备，使这两台设备均能实现远程管理，设置特权密码123，TELNET远程密码456。（密码均为明文）

⑤在三层交换机SW1与二层交换机SW2和SW3中利用VTP协议进行VLAN管理，三层交换机SW1为VTP SERVER，二层交换机SW2、SW3为VTP client，域名为XM（如张三则为ZS），在二层交换机中VLAN10包含1-5端口，VLAN20包含6-10端口，三层交换机创建VLAN10、VLAN20，利用三层交换机SVI实现VLAN间通信。

⑥在R1中配置DHCP服务器，三层交换机中配置DHCP中继，使PC1-PC4均能自动获取IP。

⑦路由器R1和R2通过V.35线缆连接（广域网链路），在S口封装PPP协议，并采用CHAP验证方式建立连接。（密码：123456，R1为验证方，R2为被验证方）

⑧在R2中作静态NAT配置，将WEB服务器的192.168.1.2转换成1.1.1.3/29，将DNS服务器的192.168.1.1转换成1.1.1.4/29，使外网用户通过域名来访问WEB服务器。

⑨在SW1作配置禁止VLAN10内的主机通过域名对WEB服务器进行访问，但可以通过IP访问WEB，其它主机不受访问限制。

⑩测试相关结果（ 分别通过PC1、PC2主机通过域名访问WEB服务器；?分别通过PC1、PC2主机远程登录R1和三层交换机）。部分结果如图3-图6：

若按照实验要求每组需要准备2台路由器、1台三层交换机、3台2层交换机、5台计算机。现应用Packet Tracer模拟器，则只需要一台计算机，在其上面安装Packet Tracer即可全面实现实验需求。它可以让学生在机房或其它地方随时随地进行实验，练习操作命令，掌握操作过程，实现实验结果，这种技能的获得对学生在真正设备上进行具體操作来说是不可或缺的。

结语

要学好实践性比较强的课程，需要有较深的理论知识作为基础，同时要注重网络实验的学习和实践。通过在教学中引入虚拟机技术，解决了实验设备不足、场地不足、管理不到位等问题，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。虚拟机的使用非常灵活，可以为计算机网络专业的多门课程提供实践环境。教学实践表明，虚拟机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。当然，虚拟机技术不能替代真正的设备，但可以取代对服务器或是网络实际设备的使用和掌握，网络应用能力的最终提高，还是要依赖于学生对网络基本理论的深刻理解和实际设备的熟练掌握来实现。

参考文献

[1] 刘青﹒虚拟机技术在计算机网络实践教学中的应用[J]﹒电脑编程技巧与维护，2010（18）：138-140

[2] 彭越﹒VM虚拟机和思科PT软件在计算机网络课程教学中的应用[J]﹒广西教育c：职业与高等教育版，2013（4）：191-192

[3]余先虎﹒VMware虚拟机在网络实验教学中的应用[J]﹒计算机时代，2013（6）：20-22