計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)中的虛擬機(jī)技術(shù)

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摘要：信息技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了快速的更新?lián)Q代，信息技術(shù)水平的發(fā)展取得了顯著成效，促使各國(guó)致力于信息化，而信息技術(shù)的巨大需求有驅(qū)使了信息技術(shù)的高速發(fā)展.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)的重要組成部分，是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)技能，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程使用的多媒體課件較為落后，實(shí)踐難度較大，而虛擬機(jī)技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用則能夠有效改變這一現(xiàn)狀，為學(xué)生提供教學(xué)與實(shí)踐為一體的平臺(tái).本文主要對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)中虛擬機(jī)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究，并對(duì)其具體的應(yīng)用進(jìn)行分析.

關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)；課程教學(xué)；虛擬機(jī)技術(shù)

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)及實(shí)踐多是在機(jī)房?jī)?nèi)完成，機(jī)房成為教學(xué)必不可少的教學(xué)設(shè)備，然而目前高校機(jī)房應(yīng)用環(huán)境較為復(fù)雜，使用系統(tǒng)較繁多，然而目前高校機(jī)房多需要多種操作系統(tǒng)與多種應(yīng)用環(huán)境，因此傳統(tǒng)的方法已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生上機(jī)學(xué)習(xí)的需要，這就需要探討新的技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行解決.虛擬機(jī)技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而衍生的產(chǎn)物，能夠有效解決傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生高效學(xué)習(xí).

1網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

對(duì)于高校計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，機(jī)房建設(shè)、管理在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中有著很大的比例，由于計(jì)算機(jī)專業(yè)課程較多，因此機(jī)房需要安裝的系統(tǒng)及軟件繁雜，這就導(dǎo)致機(jī)房管理及維護(hù)難度較大，而學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中也需要花費(fèi)較多的時(shí)間來(lái)尋找自己需要的軟件[1]，具體而言，傳統(tǒng)機(jī)房存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn).

1.1機(jī)器太多，學(xué)習(xí)時(shí)間有限

目前高校每個(gè)機(jī)房配備電腦數(shù)都在50臺(tái)以上，這雖然滿足了大班教學(xué)的需要，然而無(wú)形中浪費(fèi)了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間.每臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝一個(gè)軟件按照1分鐘來(lái)算，就算所有計(jì)算機(jī)只安裝1個(gè)相似軟件業(yè)需要很長(zhǎng)時(shí)間，高校機(jī)房在整個(gè)學(xué)期承包了學(xué)校所有專業(yè)學(xué)生的上機(jī)需求，幾乎沒(méi)有空白期，因此不可能允許學(xué)生在安裝軟件上浪費(fèi)那么多時(shí)間.

1.2系統(tǒng)恢復(fù)難度大

計(jì)算機(jī)專業(yè)的維護(hù)課程主要是對(duì)硬件的操作，這就需要進(jìn)行格式化、硬盤(pán)分區(qū)、配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、安裝系統(tǒng)等破壞性操作，這就導(dǎo)致教學(xué)面臨著兩難的境地.如果在淘汰的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試訓(xùn)，則面對(duì)這計(jì)算機(jī)不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)效果差等問(wèn)題[2]；如果在完好的計(jì)算機(jī)上操作，那么當(dāng)前系統(tǒng)就不能用了，而一旦學(xué)生配置出現(xiàn)失誤，那么計(jì)算機(jī)恢復(fù)成正常狀態(tài)難度就不較大，別的學(xué)生上機(jī)需要就受到了影響.而本部分系統(tǒng)被計(jì)算機(jī)硬盤(pán)保護(hù)卡攔截，若裝Linux系統(tǒng)，課程無(wú)法實(shí)現(xiàn).

1.3學(xué)生課堂上練習(xí)受到限制

在局域網(wǎng)網(wǎng)組網(wǎng)課程中，按照組網(wǎng)的要求，需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)部署各種不同的服務(wù)器，而在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理課程及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置時(shí)，需要配置路由器及交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連.在課堂中，一般是將學(xué)生分為小組學(xué)習(xí)，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在日常的使用及學(xué)習(xí)中均受到了不同程度的損壞，這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中無(wú)法得到充分的訓(xùn)練，而課后依靠學(xué)生來(lái)主動(dòng)聯(lián)系難度更大.目前高校講解在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)課程時(shí)，如木馬、病毒等仍然依靠理論進(jìn)行，效果甚微，如果在系統(tǒng)中種植木馬病毒供學(xué)生學(xué)習(xí)訓(xùn)練，必然會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成較大的損壞.除了上述存在的主要問(wèn)題外，計(jì)算機(jī)專業(yè)課程傳統(tǒng)教學(xué)也存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①部分課程在學(xué)習(xí)時(shí)主要依靠教師講解理論知識(shí)，因此部分新系統(tǒng)無(wú)法演示操作；②多系統(tǒng)、多環(huán)境安裝難度大，機(jī)房需要的系統(tǒng)較多，而新系統(tǒng)不斷的更新，這就使得機(jī)房需要安裝的系統(tǒng)越來(lái)越多，像最新的WindowsServer2008R2、Windows7新版本，維護(hù)及難度較大[3]；③學(xué)生在上機(jī)時(shí)隨意安裝QQ聊天、電影、視頻等軟件，不僅學(xué)習(xí)效果差，而且為管理帶來(lái)了較大的負(fù)擔(dān)；④多軟件版本問(wèn)題也是一項(xiàng)重要問(wèn)題，有時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，即使是同一軟件，然而由于課程不同因此需要的版本就不同，同時(shí)一個(gè)產(chǎn)品的不同版本也無(wú)法實(shí)現(xiàn)“共存”.

2解決問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方案

為了緩解機(jī)房管理人員的工作壓力，提高機(jī)房管理的成效，一般高校機(jī)房用計(jì)算機(jī)都會(huì)安裝“還原卡”，通過(guò)還原卡來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)克隆、多系統(tǒng)啟動(dòng)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房的維護(hù).對(duì)于一些普通機(jī)房來(lái)說(shuō)這一方法方便且有效，只需要在機(jī)房的建設(shè)初期將系統(tǒng)安裝好，這樣當(dāng)共同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，一臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法使用時(shí)，通過(guò)其他任何一臺(tái)正常工作的計(jì)算機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)傳送功能作用下，將其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送到無(wú)法正常使用的計(jì)算機(jī)上，就能夠?qū)崿F(xiàn)安裝系統(tǒng)、軟件的重新安裝，然而這一做法在專業(yè)機(jī)房并不適用，具體原因有以下幾點(diǎn)：①無(wú)法完整支持某些系統(tǒng)，目前高校機(jī)房?jī)?nèi)電腦鎖使用的還原卡由于時(shí)間較早，因此對(duì)于Linux操作系統(tǒng)、WindowsServer2003操作系統(tǒng)、Vista等系統(tǒng)并不支持，有的高校還原卡經(jīng)過(guò)更新，能夠支持這些操作系統(tǒng)，然而也會(huì)導(dǎo)致硬盤(pán)空間被占用太多，因此系統(tǒng)還原時(shí)速度太慢，無(wú)法教學(xué)需要.②軟件更新耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)使用的專業(yè)機(jī)房，需要跟上軟件更新的步伐，這就導(dǎo)致了軟件更新及安裝過(guò)于頻繁，可能過(guò)了一個(gè)星期就需要對(duì)軟件進(jìn)行更新或者安裝新的軟件，每一個(gè)軟件的安裝都需要完全傳送當(dāng)前的整個(gè)系統(tǒng)分區(qū)，長(zhǎng)期下來(lái)必然會(huì)損傷硬盤(pán)，導(dǎo)致硬盤(pán)的使用壽命明顯縮短.

3虛擬技術(shù)及虛擬機(jī)

3.1虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是較為寬泛的術(shù)語(yǔ)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而發(fā)展，虛擬化是指資源的抽象化，是一種邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，計(jì)算機(jī)設(shè)備在虛擬平臺(tái)運(yùn)行，對(duì)軟硬件資源差異性進(jìn)行屏蔽的一種技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)物理隔離軟硬件，從而最大程度的利用資源，降低運(yùn)行成本.虛擬機(jī)技術(shù)的工作原理為：通過(guò)在主機(jī)操作系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)硬件上嵌入精簡(jiǎn)軟件層，在對(duì)虛擬化管理程序調(diào)度時(shí)，軟件層能夠動(dòng)態(tài)透明的公國(guó)，保證了不同的操作系統(tǒng)在同一臺(tái)物理機(jī)上的實(shí)現(xiàn).目前虛擬化技術(shù)可從應(yīng)用領(lǐng)域（存儲(chǔ)虛擬化、服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化及網(wǎng)絡(luò)虛擬化）及層次角（作系統(tǒng)虛擬化、硬件虛擬化及應(yīng)用程序虛擬化）兩個(gè)屬性來(lái)分類.目前邊緣路由及企業(yè)核心網(wǎng)絡(luò)較為普遍的使用網(wǎng)絡(luò)虛擬化，存儲(chǔ)虛擬器能夠整合企業(yè)的所有存儲(chǔ)資源，而客戶則通過(guò)邏輯存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn).服務(wù)器虛擬化常使用基于主機(jī)的虛擬化技術(shù)及全面硬件仿真系統(tǒng)的虛擬機(jī).而在網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學(xué)時(shí)，主要運(yùn)用軟件模擬器及虛擬機(jī)這兩項(xiàng)虛擬機(jī)技術(shù)，有時(shí)為了達(dá)到更好的仿真效果，會(huì)將二者結(jié)合起來(lái)使用.

3.2虛擬機(jī)

虛擬機(jī)其實(shí)是一種軟件，通過(guò)已存的系統(tǒng)，由虛擬軟件模擬出具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在完全隔離于主機(jī)環(huán)境的計(jì)算機(jī).虛擬機(jī)監(jiān)視則是在操作系統(tǒng)與物理計(jì)算機(jī)之間插入的軟件抽象層，是實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)技術(shù)的核心.通過(guò)虛擬機(jī)，能夠在一臺(tái)主機(jī)上虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)，而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)后，每個(gè)虛擬出的計(jì)算機(jī)上能夠安裝類型不同、互不干擾的操作系統(tǒng).近年來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)專業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，一些學(xué)校在多媒體教室內(nèi)、實(shí)訓(xùn)室內(nèi)設(shè)備缺少時(shí)，廣泛應(yīng)用這一技術(shù).目前使用較為廣泛的虛擬機(jī)軟件主要有的VirtualPC、VMwareWorkstation兩種，它們能夠支持Win2003、WinXP、Win7、Win8及Vista系統(tǒng)，然而一些較早的CPU并不支持新版本.

3.3虛擬機(jī)在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

教師可通過(guò)一臺(tái)虛擬機(jī)主機(jī)來(lái)創(chuàng)建多臺(tái)虛擬機(jī)，這樣教師在課堂上演示教學(xué)時(shí)更加方便；通過(guò)虛擬機(jī)技術(shù)每個(gè)學(xué)生都能夠得到動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，實(shí)踐能力增強(qiáng)；通過(guò)虛擬技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在單機(jī)上組件網(wǎng)絡(luò)，從而虛擬出近乎真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)環(huán)境；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的模擬，可有效節(jié)約教學(xué)成本；通過(guò)虛擬機(jī)技術(shù)教師能夠?qū)Ω玫倪M(jìn)行管理，避免了學(xué)生在課堂上進(jìn)行娛樂(lè)活動(dòng).

4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)中虛擬機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

4.1計(jì)算機(jī)維護(hù)實(shí)驗(yàn)

課堂上在進(jìn)行硬盤(pán)的格式化、分區(qū)、系統(tǒng)安裝等操作時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)受到一定的破壞，磁盤(pán)容易受到損害.虛擬機(jī)教學(xué)是通過(guò)真實(shí)硬盤(pán)中的文件形式，無(wú)論任何操作，都不會(huì)對(duì)真實(shí)的硬件造成損害.虛擬機(jī)系統(tǒng)擁有CPU、BIOS、硬盤(pán)及內(nèi)存等設(shè)備，學(xué)生在進(jìn)行常見(jiàn)操作時(shí)速度可更快，不僅能夠提高學(xué)習(xí)效果，而且不會(huì)對(duì)后面課程的正常進(jìn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)管理員的工作負(fù)擔(dān)明顯減輕.

4.2局域網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

VMware虛擬機(jī)共提供三種網(wǎng)絡(luò)連接模式，其中主機(jī)模式下，宿主機(jī)能夠和虛擬機(jī)組成專有的局域網(wǎng)，虛擬系統(tǒng)隔離與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò).橋接模式下，宿主機(jī)與虛擬機(jī)的IP再同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)；網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式下，虛擬機(jī)能夠利用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換這一功能，通過(guò)宿主機(jī)來(lái)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn).在局域網(wǎng)組網(wǎng)過(guò)程中，虛擬機(jī)可建立多臺(tái)互相獨(dú)立的虛擬主機(jī)，在對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，需要依靠網(wǎng)絡(luò)通信這一途徑，同時(shí)需要增加虛擬網(wǎng)卡、虛擬交換機(jī)等，從而模擬出逼真的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境[5].

4.3網(wǎng)路設(shè)備試驗(yàn)管理及設(shè)備配置

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置及管理試驗(yàn)中能夠通過(guò)真實(shí)的交換機(jī)及路由器來(lái)試驗(yàn)，同時(shí)可通過(guò)Dynamips、Tracer及Packet等模擬器軟件來(lái)對(duì)教學(xué)進(jìn)行模擬.在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，若需要可結(jié)合模擬器軟件及虛擬機(jī)軟件，高度還原實(shí)際的完整網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的效果.也可與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，在一臺(tái)模擬機(jī)上模擬出與真實(shí)環(huán)境類似的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).

4.4網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)試驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)病毒如木馬等主要是依靠網(wǎng)絡(luò)傳播，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)十分必要.在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的實(shí)驗(yàn)中，可在虛擬機(jī)上進(jìn)行，使學(xué)生通過(guò)木馬病毒、網(wǎng)絡(luò)攻防、Sniffer抓包等實(shí)驗(yàn)來(lái)提高自己的專業(yè)能力，直觀掌握病毒知識(shí).教師可模擬黑客攻擊的手段及場(chǎng)景，使學(xué)生觀察黑客攻擊的原理，并討論出解決方案，使其系統(tǒng)掌握安全防御的知識(shí).

5結(jié)束語(yǔ)

虛擬化技術(shù)彌補(bǔ)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程傳統(tǒng)教學(xué)中的缺陷與不足，是實(shí)踐教學(xué)的高效輔助工具.在專業(yè)課程教學(xué)時(shí)將虛擬機(jī)引入，能夠減輕管理員的工作強(qiáng)度，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)踐來(lái)提高自身的專業(yè)技能，動(dòng)手能力及思考能力明顯提高，因此為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及專業(yè)水平，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)中可大力引進(jìn)虛擬機(jī)技術(shù)來(lái)完善教學(xué).

參考文獻(xiàn)：

〔1〕吳換霞，余昭君.虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)仿真軟件在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010（01）.

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作者：蔣帥 單位：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院