虚拟化技术在计算机网络教学中的运用

顾红燕

摘要：在计算机网络课程的教学中，实践环节比较重要。计算机网络实验课程是网络专业教学的重要一环，除了要加强实验环境以外，還可以利用虚拟化技术，摆脱计算机资源的控制，实现具有特色的计算机网络实验教学，提高学生的动手能力，提升计算机网络教学的课堂效果。

关键词：计算机网络教学;虚拟化技术

中图分类号：G642        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）34-0148-02

随着计算机技术与网络技术的高速发展，计算机网络教学环境也在不断发生变化。最早的计算机网络实验都是在物理计算机上直接操作，需要大量的硬件设备。随着计算机知识的不断更新，实验设备也要不断更新，这就需要大量的资金投入。并且，学生数目的日益增多，物理机的数量已经不能满足每位学生都有实验环境的要求。在物理机上操作，对物理机会带来折损，越来越多的学校开始使用虚拟化软件。虚拟化技术就是通过硬件和操作系统之间增加了一个耦合的中间层次，使得程序和软件可以运行在一个虚拟出来的环境中，这样大大提高资源的利用率，解决了物理机带来的问题。本文主要介绍几种常见的虚拟网络教学平台。

1 Packet Tracer的虚拟实验平台

在《网络互联技术》课程的教学中，主要是对路由器、交换机和防火墙配置进行操作，学生在真实设备上操作需要足够数量的设备。并且，设备的高频率使用造成器材损坏带来的庞大开销使得教学受限。该平台主要利用软件上的虚拟配置界面进行虚拟设备的配置，解决了设备反复使用带来的过度损耗问题，同时项目设计可以更加丰富，可以设计大型项目让学生练习。

用户可以在软件的图形用户界面上拖曳相应的设备来建立网络拓扑，并可以观察数据包在网络中传输过程中的转换，对网络原理的理解也有帮助。例如，虚拟局域网的划分与配置是交换机配置中重要的知识点，在Packet Tracer中可以很轻松实现。在模拟器中加入两台交换机和四台电脑，并选择合适的双绞线将这些设备连起来，对交换机进行命令配置。VLAN虚拟局域网的原理可以在实验中得到诠释，每位同学都有练习的机会，如果出现错误可以进行反复练习，增加学生的学习兴趣。

Packet Tracer模拟器只是适用于《网络互联技术》课程，模拟了对设备的配置。学生无法真实体会计算机和计算机之间的真实网络配置状况，对于计算机网络安全课程和服务器配置课程无法适用。需要用VMware进行虚拟实验平台搭建，让学生更好地感受组网的过程，安全的防范和服务器的配置。

2 VMware虚拟技术

作为强大的虚拟软件，提供了一台机器上同时运行多个的操作系统，如windows操作系统和linux操作系统。每个虚拟主机拥有各自的虚拟CPU、内存、硬盘、网卡以及I/O设备等。这样可以在一台计算机上实现多台机子连网的功能，做实验的时候只需在一台机子上进行，避免了一个实验使用多台机子，每台计算机的利用率也相应提高了许多。

在一台电脑上通过VMware虚拟技术，搭建局域网组网实验。配置操作系统的安装、双机互连、文件夹的共享等实验。学生可以在一台物理机上，配置多个虚拟机，装不同的操作系统，配置不同的实验。

用vmware虚拟网络进行IPSec安全协议实验的教学中，传统的IPSec实验需要多台主机和路由器来完成隧道和传输这两种模式，一般学校很难提供这样的实验环境。在虚拟软件VMware中构建一个包含多个子网的虚拟网络，完成网络地址、路由表和IPSec等信息的配置。让学生理论和实践相结合，扩大了实验的范畴，提高了学生的动手能力和基本实验技能。

用VMware虚拟技术对物理机的要求比较高，如果要让多个虚拟机同时运行需要较高的内存。实验环境也会受到限制，需要不断加大物理机的内存，增加了教学成本。现在的教学环境更推崇的是云平台技术，将网络资源构建成动态的虚拟资源池，实现资源的动态部署和扩展。

3 云平台技术

目前有很多高校信息化建设的重要任务就是建立数据中心虚拟化云平台。可以提高资源的利用率，便于管理。将数据中心的物理硬件资源，比如服务器、网络和存储系统集中在一个共享虚拟资源池，统一组织管理。有效实现服务器运算能力和共享，存储设备的共享，网络架构以及负载均衡的逻辑独立性。

云平台架构的模型分成三层：资源层将分布式系统中的分散资源汇聚，所有物理设备集中。平台层将资源层的资源封装，进行通信，存储和计算。将封装好的资源能力以服务形式展现，提供面向服务和能力的管理和调度。应用层由平台层提供的诸多业务逻辑模块构成，这些模块定义好的接口对外提供服务，模块之间的交互通信通过管理层的各种服务管理功能来完成。

学生只需要一个普通的终端，需要实验环境去云平台上申请。并可以根据不同的课程分配存储资源，避免物理资源的浪费，提高管理效率。实现实验环境从传统设备到云平台的迁移和过渡需要一个过程，但通过云平台的建设，相关资源得到整合，可以得到本质的提升。

总之，随着技术的不断发展，网络教学环境也在根据应用的需求不断做出调整，适应需求和环境，从而使网络资源利用最大化。通过平台建设，将在线学习系统、在线实验环境，使学生扩大学习的知识面，扩展思路，多个渠道学习，锻炼学生各方面的能力和运用所学知识解决实际问题的能力。也为网络教育领域的信息共享和协作，交互式学习提供新的环境和模式。

参考文献：

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[3] 王琴，王宝俊. 基于云计算的虚拟多媒体教室的研究与架构[J].电化教育研究， 2012（1）.

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