计算机网络专业课程教学中的虚拟机技术

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摘要：信息技术经过数十年发展，实现了快速的更新换代，信息技术水平的发展取得了显著成效，促使各国致力于信息化，而信息技术的巨大需求有驱使了信息技术的高速发展.网络技术是信息技术的重要组成部分，是高校计算机专业学生必须掌握的一项技能，传统计算机网络专业课程使用的多媒体课件较为落后，实践难度较大，而虚拟机技术在课程教学中的应用则能够有效改变这一现状，为学生提供教学与实践为一体的平台.本文主要对当前计算机网络专业课程教学中虚拟机技术的应用进行探究，并对其具体的应用进行分析.

关键字：计算机网络专业；课程教学；虚拟机技术

计算机专业学生的学习及实践多是在机房内完成，机房成为教学必不可少的教学设备，然而目前高校机房应用环境较为复杂，使用系统较繁多，然而目前高校机房多需要多种操作系统与多种应用环境，因此传统的方法已经无法满足学生上机学习的需要，这就需要探讨新的技术手段来进行解决.虚拟机技术是随着计算机网络发展而衍生的产物，能够有效解决传统教学存在的问题，实现学生高效学习.

1网络专业课程教学存在的问题

对于高校计算机专业而言，机房建设、管理在学生的实验系统中有着很大的比例，由于计算机专业课程较多，因此机房需要安装的系统及软件繁杂，这就导致机房管理及维护难度较大，而学生在学习过程中也需要花费较多的时间来寻找自己需要的软件[1]，具体而言，传统机房存在的问题主要有以下几点.

1.1机器太多，学习时间有限

目前高校每个机房配备电脑数都在50台以上，这虽然满足了大班教学的需要，然而无形中浪费了学生学习时间.每台计算机安装一个软件按照1分钟来算，就算所有计算机只安装1个相似软件业需要很长时间，高校机房在整个学期承包了学校所有专业学生的上机需求，几乎没有空白期，因此不可能允许学生在安装软件上浪费那么多时间.

1.2系统恢复难度大

计算机专业的维护课程主要是对硬件的操作，这就需要进行格式化、硬盘分区、配置网络环境、安装系统等破坏性操作，这就导致教学面临着两难的境地.如果在淘汰的计算机上进行试训，则面对这计算机不稳定，实验效果差等问题[2]；如果在完好的计算机上操作，那么当前系统就不能用了，而一旦学生配置出现失误，那么计算机恢复成正常状态难度就不较大，别的学生上机需要就受到了影响.而本部分系统被计算机硬盘保护卡拦截，若装Linux系统，课程无法实现.

1.3学生课堂上练习受到限制

在局域网网组网课程中，按照组网的要求，需要多台计算机部署各种不同的服务器，而在网络设备的管理课程及网络设备配置时，需要配置路由器及交换机，从而实现网络互连.在课堂中，一般是将学生分为小组学习，而网络设备在日常的使用及学习中均受到了不同程度的损坏，这就导致学生在学习中无法得到充分的训练，而课后依靠学生来主动联系难度更大.目前高校讲解在网络安全技术课程时，如木马、病毒等仍然依靠理论进行，效果甚微，如果在系统中种植木马病毒供学生学习训练，必然会对系统造成较大的损坏.除了上述存在的主要问题外，计算机专业课程传统教学也存在以下几点问题：①部分课程在学习时主要依靠教师讲解理论知识，因此部分新系统无法演示操作；②多系统、多环境安装难度大，机房需要的系统较多，而新系统不断的更新，这就使得机房需要安装的系统越来越多，像最新的WindowsServer2008R2、Windows7新版本，维护及难度较大[3]；③学生在上机时随意安装QQ聊天、电影、视频等软件，不仅学习效果差，而且为管理带来了较大的负担；④多软件版本问题也是一项重要问题，有时学生学习时，即使是同一软件，然而由于课程不同因此需要的版本就不同，同时一个产品的不同版本也无法实现“共存”.

2解决问题的传统解决方案

为了缓解机房管理人员的工作压力，提高机房管理的成效，一般高校机房用计算机都会安装“还原卡”，通过还原卡来实现网络克隆、多系统启动等，从而实现对机房的维护.对于一些普通机房来说这一方法方便且有效，只需要在机房的建设初期将系统安装好，这样当共同网络环境下，一台计算机无法使用时，通过其他任何一台正常工作的计算机，在网络传送功能作用下，将其计算机系统传送到无法正常使用的计算机上，就能够实现安装系统、软件的重新安装，然而这一做法在专业机房并不适用，具体原因有以下几点：①无法完整支持某些系统，目前高校机房内电脑锁使用的还原卡由于时间较早，因此对于Linux操作系统、WindowsServer2003操作系统、Vista等系统并不支持，有的高校还原卡经过更新，能够支持这些操作系统，然而也会导致硬盘空间被占用太多，因此系统还原时速度太慢，无法教学需要.②软件更新耗费时间较长，计算机网络专业使用的专业机房，需要跟上软件更新的步伐，这就导致了软件更新及安装过于频繁，可能过了一个星期就需要对软件进行更新或者安装新的软件，每一个软件的安装都需要完全传送当前的整个系统分区，长期下来必然会损伤硬盘，导致硬盘的使用寿命明显缩短.

3虚拟技术及虚拟机

3.1虚拟化技术

虚拟化技术是较为宽泛的术语，随着计算机网络的发展而发展，虚拟化是指资源的抽象化，是一种逻辑角度出发的资源配置技术，计算机设备在虚拟平台运行，对软硬件资源差异性进行屏蔽的一种技术手段，能够实现物理隔离软硬件，从而最大程度的利用资源，降低运行成本.虚拟机技术的工作原理为：通过在主机操作系统或者计算机硬件上嵌入精简软件层，在对虚拟化管理程序调度时，软件层能够动态透明的公国，保证了不同的操作系统在同一台物理机上的实现.目前虚拟化技术可从应用领域（存储虚拟化、服务器虚拟化、桌面虚拟化及网络虚拟化）及层次角（作系统虚拟化、硬件虚拟化及应用程序虚拟化）两个属性来分类.目前边缘路由及企业核心网络较为普遍的使用网络虚拟化，存储虚拟器能够整合企业的所有存储资源，而客户则通过逻辑存储设备进行访问.服务器虚拟化常使用基于主机的虚拟化技术及全面硬件仿真系统的虚拟机.而在网络专业教学时，主要运用软件模拟器及虚拟机这两项虚拟机技术，有时为了达到更好的仿真效果，会将二者结合起来使用.

3.2虚拟机

虚拟机其实是一种软件，通过已存的系统，由虚拟软件模拟出具有完整硬件系统功能的、运行在完全隔离于主机环境的计算机.虚拟机监视则是在操作系统与物理计算机之间插入的软件抽象层，是实现虚拟机技术的核心.通过虚拟机，能够在一台主机上虚拟出多台计算机，而通过网络后，每个虚拟出的计算机上能够安装类型不同、互不干扰的操作系统.近年来随着网络专业计算机应用的不断发展，一些学校在多媒体教室内、实训室内设备缺少时，广泛应用这一技术.目前使用较为广泛的虚拟机软件主要有的VirtualPC、VMwareWorkstation两种，它们能够支持Win2003、WinXP、Win7、Win8及Vista系统，然而一些较早的CPU并不支持新版本.

3.3虚拟机在教学应用中的优势

教师可通过一台虚拟机主机来创建多台虚拟机，这样教师在课堂上演示教学时更加方便；通过虚拟机技术每个学生都能够得到动手操作的机会，实践能力增强；通过虚拟技术能够实现在单机上组件网络，从而虚拟出近乎真实的网络实训环境；通过网络硬件设备的模拟，可有效节约教学成本；通过虚拟机技术教师能够对更好的进行管理，避免了学生在课堂上进行娱乐活动.

4计算机网络专业课程教学中虚拟机技术的应用

4.1计算机维护实验

课堂上在进行硬盘的格式化、分区、系统安装等操作时，计算机会受到一定的破坏，磁盘容易受到损害.虚拟机教学是通过真实硬盘中的文件形式，无论任何操作，都不会对真实的硬件造成损害.虚拟机系统拥有CPU、BIOS、硬盘及内存等设备，学生在进行常见操作时速度可更快，不仅能够提高学习效果，而且不会对后面课程的正常进行产生影响，同时管理员的工作负担明显减轻.

4.2局域网组网实验

VMware虚拟机共提供三种网络连接模式，其中主机模式下，宿主机能够和虚拟机组成专有的局域网，虚拟系统隔离与真实的网络.桥接模式下，宿主机与虚拟机的IP再同一个局域网内；网络地址转换模式下，虚拟机能够利用网络地址转换这一功能，通过宿主机来对外部网络进行访问.在局域网组网过程中，虚拟机可建立多台互相独立的虚拟主机，在对不同的系统进行操作时，需要依靠网络通信这一途径，同时需要增加虚拟网卡、虚拟交换机等，从而模拟出逼真的网络环境[5].

4.3网路设备试验管理及设备配置

网络设备配置及管理试验中能够通过真实的交换机及路由器来试验，同时可通过Dynamips、Tracer及Packet等模拟器软件来对教学进行模拟.在网络教学过程中，若需要可结合模拟器软件及虚拟机软件，高度还原实际的完整网络环境的效果.也可与真实的网络结合，在一台模拟机上模拟出与真实环境类似的网络拓扑结构.

4.4网络安全技术试验

网络病毒如木马等主要是依靠网络传播，因此计算机网络专业学生掌握网络安全技术十分必要.在进行网络安全技术的实验中，可在虚拟机上进行，使学生通过木马病毒、网络攻防、Sniffer抓包等实验来提高自己的专业能力，直观掌握病毒知识.教师可模拟黑客攻击的手段及场景，使学生观察黑客攻击的原理，并讨论出解决方案，使其系统掌握安全防御的知识.

5结束语

虚拟化技术弥补了计算机网络专业课程传统教学中的缺陷与不足，是实践教学的高效辅助工具.在专业课程教学时将虚拟机引入，能够减轻管理员的工作强度，增加学生的动手机会，学生能够通过实践来提高自身的专业技能，动手能力及思考能力明显提高，因此为了提高学生的学习兴趣及专业水平，计算机网络专业课程教学中可大力引进虚拟机技术来完善教学.

参考文献：

〔1〕吴换霞，余昭君.虚拟机和网络仿真软件在网络实验教学中的应用[J].科技资讯，2010（01）.

〔2〕江昊.虚拟机在Linux教学中的应用[J].山西广播电视大学学报,2009（9）.

〔3〕车开森.虚拟机技术在计算机网络专业课程教学中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（3）.

作者：蒋帅 单位：郑州工业应用技术学院