謝瑞杰

(鐵嶺師范高等?？茖W(xué)校 理學(xué)院，遼寧 鐵嶺 112000)

計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室是網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的重要場所，而網(wǎng)絡(luò)實驗又是《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程教學(xué)中的重要一環(huán)，是學(xué)生快速理解知識和獲取技能的最佳途徑。通過真實情景的網(wǎng)絡(luò)實驗更能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和實戰(zhàn)能力。因此，實驗室的建設(shè)就成為高職院校計算機專業(yè)教學(xué)研究的重要課題，受到廣泛關(guān)注，但目前部分高職院校受設(shè)備、資金、技術(shù)等多方面因素的影響，缺乏一整套完善的、應(yīng)用性強的、高性價比的網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境，導(dǎo)致學(xué)生做計算機網(wǎng)絡(luò)實驗不夠完善和系統(tǒng)。這樣嚴(yán)重地影響了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的開展［1－2］。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)存在的問題

1.1 實驗室環(huán)境和實驗條件要求較高

網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)需要配備的實驗設(shè)備很多，需要具有專業(yè)性強、實踐經(jīng)驗豐富的網(wǎng)絡(luò)教師作為技術(shù)支持，同其他計算機課程的實驗相比，要求更高、難度更大。

1.2 網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)目標(biāo)不明確

由于缺乏專用的網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備，實驗很難成型，導(dǎo)致師生對實驗重視程度不夠，始終停留在傳統(tǒng)的“重理論、輕實踐”的教學(xué)觀念上。

1.3 現(xiàn)有的計算機設(shè)備的性能并未完全發(fā)揮

由于網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備價格昂貴而經(jīng)費有限，大多數(shù)高職院校的網(wǎng)絡(luò)實驗都是偏于組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的實驗。設(shè)備的潛力和性能并沒有完全挖掘出來，降低了設(shè)備的使用效率。

隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬實驗軟件和各種網(wǎng)絡(luò)模擬器的開發(fā)和運用給網(wǎng)絡(luò)實驗注入了新的活力。高校引入虛擬機技術(shù)為解決上述問題提供了很好的方法，為此，我們設(shè)計了一種基于虛擬機的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)環(huán)境，大大提高實驗教學(xué)效果。

2 Vmware Workstation介紹

2.1 Vmware虛擬網(wǎng)卡

Vmware workstation安裝完成后，在宿主機系統(tǒng)里可以看到虛擬出兩塊虛擬網(wǎng)卡接口:Vmnet1和Vmware8。Vmnet1表示一個僅主機(host-only)的網(wǎng)絡(luò);Vmnet8是NAT網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，共享主機的IP地址)。Vmware workstation有10個虛擬網(wǎng)卡接口:Vmnet0～Vmnet9，默認(rèn)情況下，Vmnet0橋接宿主機的物理網(wǎng)卡［3］。

2.2 Vmware虛擬機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

要組網(wǎng)就要有網(wǎng)卡、交換機等組網(wǎng)設(shè)備。只不過在Vmware Workstation虛擬的計算機網(wǎng)絡(luò)中，這些設(shè)備也是虛擬的，但功能與真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有大的區(qū)別。虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有:

1)交換機。和一臺物理交換機一樣，一臺虛擬交換機能把主機、虛擬計算機和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起。在 Windows系列的主機上，Vmware Workstation最多可創(chuàng)建10臺虛擬交換機，在Linux主機上可創(chuàng)建多達(dá)256臺虛擬交換機。

2)網(wǎng)橋。在主機和虛擬機之間使用“橋接”網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時，“網(wǎng)橋”虛擬設(shè)備將自動啟用，該設(shè)備連接交換機到主機中的物理以太網(wǎng)適配器，即交換機和主機共用主機上的物理網(wǎng)卡。默認(rèn)情況下該交換機為Vmnet0，能將用戶虛擬機連接到主機所在的局域網(wǎng)(LAN)。

3)NAT適配器。在Vmware Workstation安裝時，該設(shè)備為你的主機自動安裝并在主機上顯示為“Vmware Network Adapter Vmnet8”，該設(shè)備為主機和其他使用“NAT”網(wǎng)絡(luò)類型的虛擬機提供了通信接口，同時，它還兼有NAT，即網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的功能。

4)僅主機適配器。僅主機適配器是一個標(biāo)準(zhǔn)的虛擬以太網(wǎng)適配器，它在安裝Vmware Workstation時為主機自動安裝并在主機上顯示為“Vmware Network Adapter Vmnet1”，它只為主機和使用“僅主機”網(wǎng)絡(luò)類型的虛擬機提供數(shù)據(jù)交換的接口。

5)虛擬機上的以太網(wǎng)適配器。用新建虛擬機向?qū)?chuàng)建一臺虛擬機時，不論使用何種網(wǎng)絡(luò)類型、哪種操作系統(tǒng)，Vmware Workstation都會為創(chuàng)建的虛擬機安裝一個以太網(wǎng)適配器。該適配器在虛擬機操作系統(tǒng)中顯示為“AMD PCNET Family Ethernet A-dapter”。它為主機和虛擬機、虛擬機和虛擬機之間互相連接提供通訊接口［4－5］。

2.3 Vmware組網(wǎng)方式

Vmware為虛擬機系統(tǒng)提供了強大的網(wǎng)絡(luò)功能。Vmware虛擬網(wǎng)絡(luò)的方法是把計算機連接到Vmnet0～Vmnet9中的一個虛擬交換機，有以下四種組網(wǎng)方式［6－7］:

1)Bridged(橋接模式)。橋接模式虛擬出的虛擬機和物理主機地位平等，虛擬機的IP地址可設(shè)置成和主機(host)在同一網(wǎng)段，可以訪問網(wǎng)內(nèi)任何一臺機器。在此模式下可獲得最簡單的從真實主機獲取資源的方法。

2)NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式)。虛擬機借助NAT功能通過主機所在的網(wǎng)絡(luò)來訪問公網(wǎng)，但橋接模式下的其他功能都不能享用。使用NAT結(jié)構(gòu)的虛擬機，由Vmnet8提供IP地址、Gateway和DNS。

3)Host-only(僅主機模式)。與真實的網(wǎng)絡(luò)隔離，虛擬機和主機通過虛擬私有網(wǎng)絡(luò)相互通信，只有同為Host-only模式下的且在一個虛擬交換機的連接下才可以互相訪問。Host-only模式只能使用私有IP，IP地址、Gateway和DNS都由Vmnet1來分配。

4)Custom(自定義模式)。這是構(gòu)架虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的主要模式。在該模式下可以通過多臺虛擬機、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和上述三種模式的靈活應(yīng)用來自定義組建復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。

3 虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺的構(gòu)建

3.1 硬件配置

基于實驗室現(xiàn)有的計算機(P4 1.8 GHz、1 GB內(nèi)存、160 GB硬盤、100 MB交換式以太網(wǎng)、WindowsXP/Windows Server 2003)，完全符合安裝虛擬機的要求。

3.2 軟件配置

每臺學(xué)生機安裝Windows Server 2003操作系統(tǒng)，并安裝Vmware Workstation7.1.0虛擬機軟件、中軟吉大網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)軟件v2.0及網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全等相關(guān)軟件。

3.3 創(chuàng)建虛擬機系統(tǒng)

3.3.1 創(chuàng)建虛擬機

創(chuàng)建虛擬機通常有兩種方法:(1)利用向?qū)?chuàng)建虛擬機;(2)利用備份文件創(chuàng)建虛擬機。

3.3.2 安裝虛擬機操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的安裝有四種方式:(1)光盤安裝;(2)光盤鏡像安裝;(3)GHO鏡像文件安裝;(4)備份文件安裝。

3.3.3 安裝Vmware Tools

Vmware Tools相當(dāng)于Vmware虛擬機的主板芯片組驅(qū)動和顯卡驅(qū)動、鼠標(biāo)驅(qū)動，安裝它能提高虛擬機的性能，能使鼠標(biāo)在主機和虛擬機之間任意切換。

3.4 克隆虛擬機系統(tǒng)

教師可通過網(wǎng)絡(luò)共享或Ghost軟件將學(xué)生樣機中的虛擬機傳送到其他的學(xué)生機上?？寺〉奶摂M機和原來的虛擬機一模一樣，有些地方還需要調(diào)整，比如組網(wǎng)時需要修改計算機名和IP地址［8］。

虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室構(gòu)建好后，學(xué)生可在教師的指導(dǎo)下，搭建網(wǎng)絡(luò)做各種網(wǎng)絡(luò)實驗，在熟練掌握Vmware后，可以自己創(chuàng)建虛擬機，設(shè)計并搭建更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實驗。

4 構(gòu)建真實的網(wǎng)絡(luò)實驗室

虛擬實驗源于真實實驗，是對真實實驗的一種模擬，但虛擬實驗再好，也不能完全代替真實實驗。在虛擬實驗環(huán)境中，虛擬設(shè)備的連接或參數(shù)的設(shè)定僅僅通過點擊鼠標(biāo)或操作鍵盤完成，無法體現(xiàn)設(shè)備的各種故障及周圍環(huán)境因素的干擾，導(dǎo)致實驗過程過于理想化。因此，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗還需要一定數(shù)量的真實實驗作為補充，只有在真實的網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境中操作訓(xùn)練，才能真正達(dá)到計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)技能的要求。所以，我們以“綜合性、應(yīng)用性、直觀性”為原則來構(gòu)建真實的網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境［9－10］。

4.1 網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備有綜合布線系統(tǒng)的設(shè)備和設(shè)施，包括交換機、路由器、網(wǎng)絡(luò)測試儀、配線柜、跳線架、夾線鉗、水晶頭制作網(wǎng)線的材料及工具。有了這些設(shè)備才能進(jìn)行實際的綜合布線和各類網(wǎng)線的制作。

4.2 網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)包括:Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)。

4.3 網(wǎng)絡(luò)實驗室布局

實驗室主干布線要便于學(xué)生觀察，了解正規(guī)布線的布局和方法，宜采用透明強化玻璃作地板，同時，機柜采用配線架和理線架等面板。實驗室總共設(shè)8個實驗組，采用島式布局，每個實驗組供6名學(xué)生使用，可滿足48名學(xué)生同時進(jìn)行實驗。

4.4 網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)

開展計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)時，一定要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實驗室的實際情況，建立一個適合本校的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺，我校2010年采用中軟吉大“網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)”構(gòu)建真實的、直觀的、綜合性及應(yīng)用性較強的網(wǎng)絡(luò)實驗室。

4.4.1 建立完善的網(wǎng)絡(luò)平臺［11］

硬件系統(tǒng)由主控中心平臺、智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、組控設(shè)備、分組切換器、真實網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接結(jié)構(gòu)圖

圖1示意的物理連接能夠?qū)崿F(xiàn)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(見圖2)，提供網(wǎng)絡(luò)實驗操作使用。

圖2 三種結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2所示的三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以滿足不同實驗的不同環(huán)境要求。學(xué)生在進(jìn)行實驗之前，使用智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備切換到實驗需要的物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并使用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潋炞C工具，驗證物理連接和IP地址設(shè)置的正確性，為實驗提供正確的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

4.4.2 實驗內(nèi)容的選擇

計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，實驗內(nèi)容的選擇是非常重要的。中軟吉大“網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)”共設(shè)計39個實驗，涵蓋了《TCP/IP基礎(chǔ)協(xié)議》《計算機組網(wǎng)基礎(chǔ)》《應(yīng)用服務(wù)器的安裝與配置》《網(wǎng)絡(luò)管理》《網(wǎng)絡(luò)故障診斷與排除》和《網(wǎng)絡(luò)安全》等課程，從實驗內(nèi)容設(shè)置上看，具有實用性、新穎性、綜合性和可操作性等特點。

其中幾個實驗項目的實驗內(nèi)容，如表1至表4所示。

表1 實驗三:VLAN配置(2學(xué)時)

表2 實驗五:LINUX路由器的基本配置(2學(xué)時)

表3 實驗三十七:VPN的構(gòu)建(4學(xué)時)

表4 實驗三十九:綜合實驗(4學(xué)時)

4.4.3 網(wǎng)絡(luò)綜合教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的現(xiàn)實意義

1)對于學(xué)校。以較少的資金投入，組建了高效能的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室，并提高了設(shè)備的使用率，學(xué)生從中學(xué)到更多的實踐技能，進(jìn)而提高畢業(yè)生的就業(yè)率。

2)對于任課教師。細(xì)致、全面的教學(xué)與實驗方案供教師參考，減少了實驗前的準(zhǔn)備時間，減輕了教師的教學(xué)壓力，從苦于沒有相應(yīng)的實驗設(shè)備而無法開展的實驗教學(xué)中解放出來。

3)對于學(xué)生。改變了“重理論、輕實踐”的學(xué)習(xí)態(tài)度，從實踐中不但學(xué)會“怎樣做”，還清楚了“為什么這樣做”，提高了學(xué)生的理論知識與實踐能力。

5 結(jié)束語

實踐證明，虛實結(jié)合的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的構(gòu)建，具有安全穩(wěn)定、經(jīng)濟實用、應(yīng)用范圍廣等特點，能提供大量綜合性和設(shè)計性的實驗題目供學(xué)生選擇。學(xué)生在此平臺上，可以獨立馳騁，也可協(xié)同作戰(zhàn)，可以在虛擬環(huán)境中反復(fù)操練，再在真實環(huán)境中搭建、調(diào)試和配置復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。該平臺便于學(xué)生直觀、全方位了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用環(huán)境，能幫助教師構(gòu)建新的教學(xué)模式與方法，真正提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力和實戰(zhàn)綜合能力，也有助于教師的個性化教學(xué)。

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