虚拟机在网络实验教学中的思考

赵熠　杨玲　熊锋

摘要：在网络教学的实验环境中“虚拟机”的出现解决了计算机硬件配置不足、软件管理等诸多难题。该文介绍了虚拟机的原理、技术特点、网络配置方式，以及其在网络实践课程教学中的应用。

关键词：虚拟机；网络操作系统；实验教学

1.虚拟机原理

虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。在虚拟化技术中，多个操作系统可以同时并行运行在单个物理机上，每一个操作系统中都有多个程序运行，虚拟操作系统彼此之间共享硬件资源，均可在所需时间段内访问特定的资源和数据。

虚拟机就是一个抽象的计算机，通过软件模拟生成操作系统的完整虚拟镜像，共享宿主主机的部分硬件，而运行在一个完全隔离的计算机环境中。

2.VMware虚拟机的特点

2.1良好的独立性

可同时在同一台物理机上安装并运行多个虚拟操作系统，这些操作系统在主机操作系统的平台上可以进行切换，而且每一个独立运行的操作系统都具备独立的硬盘、网络适配器等，这些系统均可以分别加载不同的应用程序而互不影响。

2.2强大的移植性

VMware完美地模拟了普通操作系统的运行环境，支持多款操作系统，具备良好的兼容性。每个独立的虚拟操作系统均具备模拟硬件环境的功能，可以模拟真实的硬件环境及用户操作流程，大大降低了搭建复杂硬件环境的成本。

2.3友好的操作界面

VMware不仅能模拟特定的系统环境，还提供快照、VMtools等功能。通过设置快照，用户可保存真实的实验环境，反复模拟搭建网络服务的过程。通过安装VMtools，用户可通过拖拽文件轻松实现在物理机与虚拟机之间的资源拷贝。

3.VMware的基本网络配置

在物理机上安装完虚拟机软件后，虚拟机VMware的网络适配器在网络连接模式上会提供VMnetO至WMnet19这20种网络连接方式。其中，VMnetO用于bridged（桥接）模式，VM-net8用于NAT（网络地址转换）模式，其余的连接方式均为Host-Only（仅主机）模式（常用VMnetO）。默认情况下，虚拟机采用VMnetO。这三种模式是为用户建立虚拟机后可以方便用户把虚拟机接入网络。

3.1桥接（Bridged）模式

选择桥接模式之后一定要重新启动物理机的本地连接，否则虚拟机无法访问外部网络。

桥接是将虚拟机的网卡直接桥接在宿主机的物理网卡上（二者处于同一网段）。这种模式下，VMware虚拟出来的操作系统就像是局域网中一个独立的节点设备，它可以访问网中任何一台计算机（需要多于一个的IP地址）。此时，还需要手工为虚拟系统配置IP地址、子网掩码（两者处于同一网段），这样，虚拟系统才可与宿主机互联并通过局域网网关或路由器访问外部网络。

3.2仅主机（Host-Only）模式

为了满足一些特殊的网络调试环境需求，可能需要將虚拟环境与真实的物理环境隔离开，此时我们就可以采用仅主机（Host-Only）模式。一般情况下，虚拟系统的TCP/1P配置信息（如IP地址、子网掩码、默认网关等）都是由虚拟网络的DHCP服务器所分配的，如果有特殊的需求可以人工配置修改。

Host-Only实际上是建立了一个与外部网络隔离的内部网络，用以提高内部网络的安全性。这种模式下，所有虚拟系统都是可以相互通信的。但虚拟系统和真实的网络是隔离开的，彼此间无法实现信息互通。

3.3NAT（网络地址转换）模式

NAT模式，实际上是内部虚拟网络通过虚拟机所提供的NAT（网络地址转换）功能，借助宿主机来访问外部网络。NAT模式下虚拟系统的TCP/IP配置信息无法进行手工配置修改，而是由VMnetS（NAT）虚拟网络的DHCP服务器提供的。因此，虚拟系统无法与局域网中的其它物理主机进行通讯。

在构建虚拟网络时，可以使用VMware虚拟机所提供的三种网络工作模式，这三种工作模式又适用于不同的网络环境。桥接模式用于构建完全开放的虚拟网络，将虚拟机与物理机进行网络互通；仅主机模式用于构建完全封闭的虚拟网络，虚拟机和物理机间可以进行通信，但虚拟机无法与外部网络互通；NAT模式介于两者之间，用于构建部分开放的虚拟网络，可实现虚拟网络到物理网络的单向访问。

4.VMware在实践教学中的应用

4.1网络课堂的虚拟化

传统的网络教室财通操作系统多用户方式以支持多种服务。VMware虚拟化，可使每名学生搭建独立的系统环境，多台虚拟机彼此完全隔离（局域网桥接模式IP冲突），创造独立的实践练习环境。虚拟化平台管理员可对硬件资源设置分配规则，保证每个虚拟机都能公平得到资源。

4.2网络服务的并行化

在操作系统教学中，设计多种网络服务。例如在进行Web、DHCP，DNS等服务的安装配置练习时，通过虚拟机可以模拟多个网络服务环境，能让学生在同一台计算机进行多种网络服务的配置实验，提高设备的利用效率。

4.3多课程的实验模拟化

在虚拟机中安装不同操作系统，可将网络类课程教学中用到的操作系统集中在一台计算机上，从而实现在单机上进行多课程的教学，不仅满足了多门的课程的教学需求，也在一定程度上提高了设备的利用率。

5.结束语

使用虚拟机模拟并搭建真实硬件操作环境，不仅解决了实操实验场地不足的问题，还提高了实验设备的利用率，大大降低了实验室的管理难度，从而保证了实验教学的正常开展。