韓方珍，曹詠，俞守華，熊俊濤

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與信息學(xué)院，廣州510642）

1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

《通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗》是信息管理與信息系統(tǒng)本科專業(yè)基礎(chǔ)課程中的必選課，是一門實踐性較強(qiáng)的獨(dú)立實驗課程，對于本科生網(wǎng)絡(luò)技能的培養(yǎng)起決定性的作用[1]。但現(xiàn)有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，實驗項目大多是操作性、驗證性的基礎(chǔ)型實驗，實驗環(huán)境受限，實驗教學(xué)方式單一，已經(jīng)無法滿足新工科建設(shè)的要求。對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)方法與實驗內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新研究，是《通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗》教學(xué)改革的必然趨勢。

另外在實驗教學(xué)中，大部分組網(wǎng)實驗項目需要用到多臺計算機(jī)、多種設(shè)備和多個操作系統(tǒng)，如局域網(wǎng)的組建、網(wǎng)絡(luò)配置與管理、DNS、DHCP 等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置、遠(yuǎn)程訪問和路由的設(shè)置等，而現(xiàn)有的實驗機(jī)房設(shè)備不足、計算機(jī)安裝保護(hù)卡等教學(xué)條件限制，導(dǎo)致實驗無法順利開出。針對諸如此類問題，使用VMware 虛擬機(jī)技術(shù)在一臺物理機(jī)上虛擬出多個操作系統(tǒng)[2]，可同時運(yùn)行且不會相互干擾，來解決實驗環(huán)境受限的問題。

2 基于VMware Workstation的實驗設(shè)計

考慮到實驗室的計算機(jī)數(shù)量龐大，虛擬機(jī)架構(gòu)采用的做法是：先將一臺計算機(jī)作為宿主機(jī)并安裝VM?ware Workstation 軟件，再安裝通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗需要的虛擬操作系統(tǒng)，然后利用計算機(jī)上的硬盤保護(hù)卡的網(wǎng)絡(luò)同傳功能將宿主機(jī)的系統(tǒng)封裝好[3]，克隆到其他的計算機(jī)上。這樣的做法方便快速部署。網(wǎng)絡(luò)同傳完成后，實驗室每臺計算機(jī)上都有了虛擬機(jī)系統(tǒng)。

2.1 虛擬機(jī)實驗環(huán)境架構(gòu)

本虛擬實驗環(huán)境中，實驗室的宿主機(jī)采用Win?dows 10 操作系統(tǒng)，并安裝好VMware Workstation 10 軟件，同時準(zhǔn)備好安裝有服務(wù)器版本W(wǎng)indows Server 2003 和客戶端版Windows 8.0 操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)鏡像，以便快速搭建虛擬實驗環(huán)境。運(yùn)行時，虛擬機(jī)鏡像文件放置在非保護(hù)分區(qū)中，避免宿主機(jī)重啟導(dǎo)致上次實驗結(jié)果丟失[4]。虛擬機(jī)實驗環(huán)境架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 虛擬機(jī)實驗環(huán)境架構(gòu)

2.2 創(chuàng)新多層次模塊實驗項目設(shè)計

以新工科建設(shè)為目標(biāo)，創(chuàng)新設(shè)計多層次模塊的實驗項目，讓學(xué)生可以從中靈活的組建網(wǎng)絡(luò)、學(xué)習(xí)和掌握網(wǎng)絡(luò)操作知識[5]?；赩Mware Workstation 虛擬機(jī)的實驗環(huán)境，主要分網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實驗、網(wǎng)絡(luò)互連實驗、服務(wù)器配置實驗和綜合設(shè)計性實驗4 個模塊，每個模塊下又具體設(shè)計2-3 個實驗項目。具體如表1 所示。

表1 基于VMware Workstation 的實驗項目設(shè)計

（1）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的實驗。實驗包含3 個項目。其中對等網(wǎng)的安裝實驗，學(xué)生實驗分4 人一組，每個學(xué)生使用1臺物理主機(jī)，其上2 個虛擬機(jī)中，1 臺安裝Windows Server 2003 作為服務(wù)器，另外1 臺安裝Windows 8.0 操作系統(tǒng)作為客戶機(jī)。學(xué)生可通過配置客戶機(jī)的參數(shù)，進(jìn)行對等網(wǎng)的安裝及測試。

（2）網(wǎng)絡(luò)互連實驗。實驗包含3 個項目，其中小型C/S 局域網(wǎng)的組建及管理實驗內(nèi)容包括：域環(huán)境的建立、用戶及組管理，以及組策略管理[6]。

在該類實驗中，學(xué)生實驗分4 人一組，每個學(xué)生使用1 臺物理主機(jī)，其上2 個虛擬機(jī)中，2 臺安裝Win?dows Server 2003，采用NTFS 文件系統(tǒng)，其中1 臺作為域控制器，另1 臺作為文件服務(wù)器，其他的虛擬機(jī)安裝Windows 8.0 系統(tǒng)作為客戶機(jī)。學(xué)生先配置域控制器，在1 臺服務(wù)器上添加“域及活動目錄”角色，使其成為域控制器，另外2 臺客戶機(jī)加入到域，并通過域控制器上的“Active Directory 用戶和計算機(jī)”工具查看并管理域中的計算機(jī)，組建一個C/S 結(jié)構(gòu)的小型局域網(wǎng)。

（3）服務(wù)器配置實驗。實驗包含3 個項目。該實驗是在虛擬機(jī)局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行的，所需硬件及軟件設(shè)備如下：運(yùn)行Windows Server 2003 操作系統(tǒng)的服務(wù)器2 臺，運(yùn)行Windows 8.0 操作系統(tǒng)的客戶機(jī)3 臺；MDaemon 郵件服務(wù)器軟件。

安裝Windows Server 2003 操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)能夠充當(dāng)DNS 服務(wù)器（一般由域控制器擔(dān)當(dāng)這一角色）。DHCP 服務(wù)器必須運(yùn)行于Windows Server 2003 的虛擬機(jī)上，并且已配置好TCP/IP 協(xié)議。選擇“控制面板/添加刪除Windows 組件/網(wǎng)絡(luò)服務(wù)/詳細(xì)信息/域名系統(tǒng)（DNS）/動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）”，安裝DNS 和DHCP 系統(tǒng)。重新引導(dǎo)Windows Server 2003 之后，DNS服務(wù)、DHCP 服務(wù)器開始生效[7]。

配置郵件服務(wù)器實驗，先在虛擬機(jī)Windows Server 2003 服務(wù)器安裝MDaemon 軟件，安裝結(jié)束后，默認(rèn)彈出MDaemon Server 域設(shè)置窗口，輸入設(shè)置的郵件服務(wù)器域名，新建賬戶；郵件客戶端軟件可以選擇Windows自帶的Outlook Express，也可以選擇其他常用的郵件客戶端軟件Foxmail 等[8]。

（4）綜合設(shè)計性實驗。實驗包含3 個項目，其中有2 項是學(xué)生可根據(jù)自身能力和愛好，自行選做的。綜合設(shè)計性實驗的主要目的是將整個課程所包含的獨(dú)立的知識點(diǎn)融會到綜合性實驗中，通過系列綜合性實驗，達(dá)到對組建局域網(wǎng)、交換機(jī)配置、虛擬局域網(wǎng)、IP 地址等知識點(diǎn)的綜合理解和掌握[9]。

其一校園網(wǎng)的設(shè)計實驗，要求學(xué)生熟悉DHCP、DNS、Web、VLAN 等服務(wù)的配置方法，鍛煉學(xué)生設(shè)計網(wǎng)絡(luò)、組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)配置的能力。學(xué)生需要根據(jù)實驗要求，考慮校園網(wǎng)應(yīng)該使用什么設(shè)備，設(shè)備需要配置什么協(xié)議來支持需求。學(xué)生在實驗過程中，需要考慮內(nèi)網(wǎng)IP和外網(wǎng)主機(jī)通信要使用NAT，3 層交換機(jī)中需要配置VLAN。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的學(xué)習(xí)過程中，這樣的綜合實驗，可以把理論和實際問題有機(jī)結(jié)合起來[10]。

其二小型企業(yè)局域網(wǎng)的構(gòu)建與管理實驗，需要在虛擬機(jī)上配置服務(wù)器和設(shè)置客戶端，在服務(wù)器上建立私有空間（只能允許各部門內(nèi)部人員使用）和公有空間（允許公司內(nèi)部所有部門人員使用），為不同部門指定不同的權(quán)限；配置郵件服務(wù)器，并進(jìn)行設(shè)置和管理郵件服務(wù)，實現(xiàn)各部門間郵件收發(fā)；各實驗小組可根據(jù)實驗?zāi)康淖孕性O(shè)計實驗內(nèi)容。

3 問題分析：解決虛擬網(wǎng)卡的MAC地址重復(fù)問題

在實驗中，測試虛擬機(jī)和虛擬機(jī)之間的連通情況時，出現(xiàn)了一個大問題：很多虛擬機(jī)之間不能相互通信，而一部分虛擬機(jī)之間卻又是能夠通信的狀況。幾經(jīng)摸索，終于發(fā)現(xiàn)：原來不能相互通信的那些虛擬機(jī)中，它們的虛擬網(wǎng)卡的MAC 地址是相同的，導(dǎo)致了虛擬機(jī)系統(tǒng)盡管設(shè)置IP 地址不沖突也無法通信的現(xiàn)象，這就是問題癥結(jié)所在了。網(wǎng)絡(luò)同傳只是將物理機(jī)的系統(tǒng)封裝了再克隆，卻沒有能夠把虛擬機(jī)里的系統(tǒng)封裝[11]，所以出現(xiàn)了很多虛擬機(jī)系統(tǒng)的MAC 地址重復(fù)的現(xiàn)象。

解決以上問題的方法，需要在虛擬機(jī)軟件設(shè)置里更改MAC 地址[12]。

首先打開虛擬機(jī)軟件，不進(jìn)入任何操作系統(tǒng)，在VM 下選擇“Setting”，然后選中虛擬機(jī)網(wǎng)卡，在配置選項里點(diǎn)擊“Advanced”，操作如圖2 所示。點(diǎn)擊“Ad?vanced”后，出現(xiàn)如圖3 所示。

圖2 高級設(shè)置

圖3 MAC地址設(shè)置

點(diǎn)擊“Generate”后，虛擬機(jī)軟件會自動分配一個新的MAC 地址給虛擬系統(tǒng)[13]。通過這種方法解決了虛擬系統(tǒng)之間MAC 地址重復(fù)的問題，從而保證了虛擬系統(tǒng)之間的正常通信，《通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》實驗課程得以順利開展。

4 結(jié)語

針對《通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗》教學(xué)中存在的問題，以新工科建設(shè)為目標(biāo)，利用VMware 虛擬機(jī)技術(shù)改革創(chuàng)新實驗教學(xué)，對實驗內(nèi)容進(jìn)行了重新的規(guī)劃設(shè)計，提出了多層次模塊化的實驗項目改革，并加入可選擇型綜合設(shè)計性實驗項目。注重基礎(chǔ)實驗的同時，強(qiáng)化綜合性實驗重要性[14]，培養(yǎng)學(xué)生的工科思維、創(chuàng)新能力。

利用虛擬機(jī)技術(shù)能夠方便、快捷地構(gòu)建虛擬的網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境[15]，順利完成實驗教學(xué)，學(xué)生可反復(fù)在安全的虛擬實驗環(huán)境上進(jìn)行操作，對計算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備硬件上不會造成破壞。這既緩解了當(dāng)前實驗室設(shè)備不足的問題，又降低了實驗室的管理難度，因此，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中推廣虛擬機(jī)技術(shù)具有非常積極的教學(xué)意義，對提高實驗教學(xué)質(zhì)量有著重要的意義。