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随着我国高校教育规模的不断扩大，招生人数不断地增长，受资金和技术影响，许多高校计算机网络专业实验设备严重不足。探讨虚拟化技术在高校网络实验中的应用，提出用虚拟化网络体系结构解决目前实验设备不足的问题，从提高设备使用的效率和减轻设备购置资本提供了参考意见。
虚拟化技术VMware虚拟机一、引言
随着我国高校教育规模的不断扩大，招生人数不断地增长，但是各种教学资源和实验设备并没有得到增加。由于高校计算机网络专业的学生需要熟悉各种网络环境下设备的操作能力，这就需要学校有足够的网络实验设备。如何利用现有的设备资源完成更多教学实验，提高学校教学质量，成为各高校当前一个重要的研究课题，尤其是在网络技术专业的相关课程的教学过程中，学生学习需要完成各种网络实训操作，需要的网络硬件设备数量多且价格昂贵，因此大部分学校的实验设备都不足，如何克服这种设备不足带来的矛盾，成了学校管理者和老师们共同关心的课题。
在网络技术专业教学过程中，学生需要完成互联网络技术、服务器技术、局域网技术等核心课程的学习，这几门课程的教学都有一个共同点，那就是实践性特别强，并且需要用到较多的硬件设备，如路由器、交换机、电脑、尤其需要多台电脑才能满足实验要求。每做一次实验，有时需要几台电脑和几种不同的操作系统环境，一般的机房难以满足网络专业学生实验的需要，如果单独建一个网络实验室，价格高且利用率低。例如，在讲服务器技术时候，可能需要学生学习在Windows Server2003和Linux两种不同的操作系统环境下搭建Web、Ftp、DNS、DHCP、E-mail等服务器的实验。在现今的高等学校中，许多实验都采用公共多媒体机房来做。由于受维护和病毒等因素困扰，机房一般都加装有还原卡，安装和卸载软件都是不允许的行为，并且机房里的电脑一般不可能同时安装多个操作系统，因此，许多学校计算机网络技术专业的实践课程的实验得不到很好的开展，甚至一门课程难得做几次实验，学生都是通过教师的理论教学和多媒体课件来理解课程内容，实验课程形同虚设，导致学生实际动手操作能力不断下降，课堂教学效果受到很大的影响。
二、虚拟化相关概念
针对上面教学实验中存在的困难，如何去解决这个问题，采用虚拟化网络架构可以使这个问题很到很好解决。虚拟化是将计算机中的运算、存储、空间以及应用程序等资源分离成个体，经过合理调配让资源的使用方式更具有效率。如今，随着计算机硬件制造技术得到飞速的发展，现代的计算机系统都具有强大的运算和处理能力，仅仅运行单个操作系统和简单应用程序，对这些计算机系统来说大多数时间处于空闲状态，计算机的运算和处理能力没有得到充分应用。利用虚拟化技术，可以在在一台物理计算机上运行多个虚拟机，这些虚拟的计算机和真正的物理计算机一样，具有真实的CPU、硬盘、内存、BIOS和操作系统，使得计算机系统硬件资源得到充分利用，也解决了利用物理主机虚拟多台计算机来进行虚拟网络连接和服务器实验，既节约了经费，也提高硬件资源的利用效率。
（一）虚拟机
虚拟机是指利用一台计算机的物理资源可在多环境空间被共享。它是一种严密隔离的软件容器，它的运行过程类似真实物理计算机，虚拟机拥有自己的操作系统和应用程序，它是基于软件实现自己的虚拟（包括CPU、内存、硬盘和网卡）不含任何硬件，完全由软件组成。操作系统无法分辨虚拟机与物理机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨，甚至虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。由于虚拟机完全由软件组成，不包含任何硬件组件，因此，与物理硬件相比，虚拟机有许多独特的优势。虚拟机具以下三个特性：
1.兼容性，指虚拟机与所有标准的x86 计算机都兼容；
2.隔离性，指虚拟机相互隔离，就像在物理上是独立分开的一样，各自有不同的系统和应用软件；
3.封装性，指虚拟机将整个计算环境封装起来，因此代替物理计算机做一些破坏性的实现，而对真实的物理计算机系统不会产生任何的影响。
（二）虚拟平台
虚拟机技术应用于试验平台有很多种途径，最简单就是安装虚拟机软件，从而在一台计算机上部署若干台互相独立的计算机，这种方法被广泛应用于教学实验当中，平台虚拟化表现为在一个给定的硬件平台上宿主机创造一个模拟的计算机环境（虚拟机）提供给客户。虚拟机软件对于用户应用程序没有限制，宿主机允许运行真实的操作系统。虚拟机就好像直接运行在计算机硬件上。虚拟机对硬件资源的访问被统一管理在一个比处理器和系统内存更有限制性的层次上，客户软件经常被限制访问计算机周边设备，或者被限制在较低的设备性能上，这取决于宿主机硬件访问策略的设定。
三、虚拟化软件VMware Workstation
（一）VMware Workstation简介
VMware Workstation是VMware公司桌面级的虚拟化应用软件，教师使用 VMware Workstation为学生创建虚拟机，在其中包含课程所需的所有课件、应用和工具。每堂课结束时，VMware Workstation 可以自动将虚拟机恢复到原始状态，为下一批学生做好准备。Workstation 还可以模拟整个虚拟网络环境，其中包括客户端、服务器和数据库虚拟机，整个环境都在单台物理机上。利用VMware Workstation无需重启即可在同一台计算机上同时运行多个虚拟机，并且每个虚拟机都可选择不同的多种操作系统（包括Linux、Windows XP Windows Server 2003），它不象物理计算机在同一时刻只能运行一种操作系统，利用这种特性来搭建网络实验平台，既节省计算机硬件数量，也提高计算机硬件的利用效率，同时降低实验成本。利用VMware Workstation的“快照”功能，可以快速地把系统还原成初始状态，这样做完一次实验后，经过简单的还原又可以做下一个试验，使用“克隆”功能可以快速地建立多个虚拟机，保证实验正常开展，同时学生在虚拟机上做实验，对真实的物理设备不会产生任何影响，特别是一些本来对系统有损坏的实验，如系统的安装、BIOSS的设置等。 （二）VMware构建虚拟机具有以下优点
1.真实性，虚拟机就象真实物理设置一样，具有物理设置所有的属性，用户觉察不到是虚拟机还是物理设备。
2.安全性，通过VMware软件构建的虚拟机与宿主机和其他虚拟之间相互隔离，虚拟网络与外部网络相互隔离，因此不会对外部网络和主机产生破坏。
3.多样性，用户可以根据不同的实验环境和需求，灵活生成需要的虚拟网络拓朴结构和虚拟机配置，不用担心硬件设置不足。正因为虚拟机有以上的这些特性，所以在现在的网络技术专业的实验中，经常都应用虚拟机来做相关实验项目，节省资金，提高设置的使用效率。
（三）VMware虚拟化网络连接的实现
安装VMware Workstation软件后，VMware为虚拟机网络连接提供了以下三种连接方式：
1.Bridge（桥接）模式。虚拟机直接连接到外部网络，在该模式下所有虚拟机都可以看成是一台实际存在的物理机，每一个虚拟机都拥有独立的IP地址，宿主机和虚拟机都是通过VMnet0作为虚拟交换机来实现访问其他物理主机和Internet。这种模式可以模拟Windows Server 2003和Linux环境下Web、Ftp、DHCP、DNS等各种需要静态IP地址的服务器搭建。
2.NAT（地址转换）模式：该模式下使用Vmnet8作为虚拟交换机，虚拟机使用已共享的主机IP地址，在这种模式下面由于虚拟机没有静态IP地址，通过DHCP服务器获取动态IP，因此外网主机不能访问虚拟机，但是虚拟机可以访问宿主机和Internet。
3.Host-only（仅限主机）模式：连接虚拟机到一个私有网络，这种模式下虚拟机和宿主机之间使用VMnet1作为虚拟交换机进行相互访问，但不能和外网主机以及Internet进行相互访问。这种模式可以模拟局域网中的环境，做一些以太网环境下的实验，因此在实验中可以根据实际情况，灵活选用不同的连接模式来完成实验项目。
（四）VMware虚拟化网络原理
虚拟网络中的各组成元素和物理网络中的组成相似，提供了虚拟交换机（VMnet0）、虚拟网卡、虚端口等。网卡设置和真实环境一样具有MAC地址，可以设置IP地址和网关、DNS等，虚拟机操作系统和应用程序，通过常用的设备驱动程序或者VMware用于虚拟环境优化的设备驱动程序与虚拟网卡进行通信。在虚拟机外部，虚拟网卡拥有自己的MAC地址，并且根据需要可以安装一张或多张虚拟网卡以满足实验的需要。这些虚拟网卡与物理网卡一样遵守标准以太网协议。不论哪种情况，虚拟机操作系统中的通信与物理设备通信一样。虚拟交换机的工作原理和二层物理交换机也一样，每台宿主机都有自己的虚拟交换机，虚拟交换机的一端与虚拟机连接，另一端与虚拟机所在宿主机物理网卡相连，虚拟机通过与虚拟交换机上的链路和物理网卡与外部网络进行通信。虚拟网络体系结构如图1所示：
四、利用VMware搭建网络实验平台
实例分析：
通过以上分析，我们利用VMware workstation在Windows Server 2003和Red hat linux 9.0环境下搭建Web和Ftp服务器，其中有一台Windows Server 2003虚拟机带两张网卡，模拟跨网段访问服务，测试所建服务是否正确。实验拓朴图如图2所示：
需求分析：根据拓朴所示，本实验需要5台电脑，其中四台装Windows Server2003，另一台预装Red Hat Linux9.0操作系统，交换机一台，两台不同环境的服务器，2台测试机，一台作为路由器。如果采用虚拟机软件来进行实验，如果硬件配置比较好，则只需要一台物理主机，从主机里装四台虚拟机，选择Vmare桥接模式就可进行实验操作。
实验目的：验证在不同环境下建立Web、Ftp服务器的操作能力，同时体验网段的概念，在双网卡服务器路由没打开时和打开以后，在宿主机上访问服务器的的变化情况。
实验步骤如下：
1.首先安装Vmware workstation（安装步骤省略）；
2.安装虚拟机，由于有四台Windows Server 2003的虚拟机，只需要安装其中一台，其余三台用选择“虚拟机”-“管理”—“克隆”，快速克隆另外三台虚拟机节省安装时间。而Red Hat Linux需要重新安装。
3.设置IP地址，并分别在Windows 2003和Red Hat Linux9.0服务器上创建Web服务器和Ftp服务器（创建过程许多书上网络上都有，本文不再叙述）。
4.分别在ip地址192.168.1.4虚拟机和宿主机192.168.2.2上IE地址栏输入http：//192.168.1.2、http：//192.168.1.3测试Web服务器是否正确。其中在宿主机上测试时需要打开双网卡虚拟机的路由功能。
5.分别在ip地址192.168.1.4虚拟机和宿主机192.168.2.2上IE地址栏输入Ftp：//192.168.1.2、Ftp：//192.168.1.3测试Ftp服务器是否确。
五、结束语
随着计算机硬件处理能力的提高和虚拟网络实验的推广应用，一定程度上缓解了高校招生规模的扩大而带来的实验设备不足的问题，同时由于虚拟网络体系结构的特殊性，学生在做各种实验的时候提高了设置的安全性，减少实验过程中对设备的危害，减轻设备维护的难度，通过实验操作，增强学生解决问题的综合素质能力，通过虚拟网络实验，学生不仅可以用它来组建各种局域网、对等网以及各种环境下服务器的搭建实验，还可以做一些服务器集群等对硬件要求较高的实验。因此，虚拟网络架构的使用，对高校网络实验的实现起到积及的推动作用，对提高设备效率，节省设备购置资金具有现实意义。
参考文献：
[1]崔奇.虚拟化试验平台网络支撑环境的设计与实现[D].硕士论文.
[2]黄泽伟.基于多系统的虚拟网络教学架构的实现[J].重庆电力高等专科学报，2010.
虚拟化技术VMware虚拟机一、引言
随着我国高校教育规模的不断扩大，招生人数不断地增长，但是各种教学资源和实验设备并没有得到增加。由于高校计算机网络专业的学生需要熟悉各种网络环境下设备的操作能力，这就需要学校有足够的网络实验设备。如何利用现有的设备资源完成更多教学实验，提高学校教学质量，成为各高校当前一个重要的研究课题，尤其是在网络技术专业的相关课程的教学过程中，学生学习需要完成各种网络实训操作，需要的网络硬件设备数量多且价格昂贵，因此大部分学校的实验设备都不足，如何克服这种设备不足带来的矛盾，成了学校管理者和老师们共同关心的课题。
在网络技术专业教学过程中，学生需要完成互联网络技术、服务器技术、局域网技术等核心课程的学习，这几门课程的教学都有一个共同点，那就是实践性特别强，并且需要用到较多的硬件设备，如路由器、交换机、电脑、尤其需要多台电脑才能满足实验要求。每做一次实验，有时需要几台电脑和几种不同的操作系统环境，一般的机房难以满足网络专业学生实验的需要，如果单独建一个网络实验室，价格高且利用率低。例如，在讲服务器技术时候，可能需要学生学习在Windows Server2003和Linux两种不同的操作系统环境下搭建Web、Ftp、DNS、DHCP、E-mail等服务器的实验。在现今的高等学校中，许多实验都采用公共多媒体机房来做。由于受维护和病毒等因素困扰，机房一般都加装有还原卡，安装和卸载软件都是不允许的行为，并且机房里的电脑一般不可能同时安装多个操作系统，因此，许多学校计算机网络技术专业的实践课程的实验得不到很好的开展，甚至一门课程难得做几次实验，学生都是通过教师的理论教学和多媒体课件来理解课程内容，实验课程形同虚设，导致学生实际动手操作能力不断下降，课堂教学效果受到很大的影响。
二、虚拟化相关概念
针对上面教学实验中存在的困难，如何去解决这个问题，采用虚拟化网络架构可以使这个问题很到很好解决。虚拟化是将计算机中的运算、存储、空间以及应用程序等资源分离成个体，经过合理调配让资源的使用方式更具有效率。如今，随着计算机硬件制造技术得到飞速的发展，现代的计算机系统都具有强大的运算和处理能力，仅仅运行单个操作系统和简单应用程序，对这些计算机系统来说大多数时间处于空闲状态，计算机的运算和处理能力没有得到充分应用。利用虚拟化技术，可以在在一台物理计算机上运行多个虚拟机，这些虚拟的计算机和真正的物理计算机一样，具有真实的CPU、硬盘、内存、BIOS和操作系统，使得计算机系统硬件资源得到充分利用，也解决了利用物理主机虚拟多台计算机来进行虚拟网络连接和服务器实验，既节约了经费，也提高硬件资源的利用效率。
（一）虚拟机
虚拟机是指利用一台计算机的物理资源可在多环境空间被共享。它是一种严密隔离的软件容器，它的运行过程类似真实物理计算机，虚拟机拥有自己的操作系统和应用程序，它是基于软件实现自己的虚拟（包括CPU、内存、硬盘和网卡）不含任何硬件，完全由软件组成。操作系统无法分辨虚拟机与物理机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨，甚至虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。由于虚拟机完全由软件组成，不包含任何硬件组件，因此，与物理硬件相比，虚拟机有许多独特的优势。虚拟机具以下三个特性：
1.兼容性，指虚拟机与所有标准的x86 计算机都兼容；
2.隔离性，指虚拟机相互隔离，就像在物理上是独立分开的一样，各自有不同的系统和应用软件；
3.封装性，指虚拟机将整个计算环境封装起来，因此代替物理计算机做一些破坏性的实现，而对真实的物理计算机系统不会产生任何的影响。
（二）虚拟平台
虚拟机技术应用于试验平台有很多种途径，最简单就是安装虚拟机软件，从而在一台计算机上部署若干台互相独立的计算机，这种方法被广泛应用于教学实验当中，平台虚拟化表现为在一个给定的硬件平台上宿主机创造一个模拟的计算机环境（虚拟机）提供给客户。虚拟机软件对于用户应用程序没有限制，宿主机允许运行真实的操作系统。虚拟机就好像直接运行在计算机硬件上。虚拟机对硬件资源的访问被统一管理在一个比处理器和系统内存更有限制性的层次上，客户软件经常被限制访问计算机周边设备，或者被限制在较低的设备性能上，这取决于宿主机硬件访问策略的设定。
三、虚拟化软件VMware Workstation
（一）VMware Workstation简介
VMware Workstation是VMware公司桌面级的虚拟化应用软件，教师使用 VMware Workstation为学生创建虚拟机，在其中包含课程所需的所有课件、应用和工具。每堂课结束时，VMware Workstation 可以自动将虚拟机恢复到原始状态，为下一批学生做好准备。Workstation 还可以模拟整个虚拟网络环境，其中包括客户端、服务器和数据库虚拟机，整个环境都在单台物理机上。利用VMware Workstation无需重启即可在同一台计算机上同时运行多个虚拟机，并且每个虚拟机都可选择不同的多种操作系统（包括Linux、Windows XP Windows Server 2003），它不象物理计算机在同一时刻只能运行一种操作系统，利用这种特性来搭建网络实验平台，既节省计算机硬件数量，也提高计算机硬件的利用效率，同时降低实验成本。利用VMware Workstation的“快照”功能，可以快速地把系统还原成初始状态，这样做完一次实验后，经过简单的还原又可以做下一个试验，使用“克隆”功能可以快速地建立多个虚拟机，保证实验正常开展，同时学生在虚拟机上做实验，对真实的物理设备不会产生任何影响，特别是一些本来对系统有损坏的实验，如系统的安装、BIOSS的设置等。 （二）VMware构建虚拟机具有以下优点
1.真实性，虚拟机就象真实物理设置一样，具有物理设置所有的属性，用户觉察不到是虚拟机还是物理设备。
2.安全性，通过VMware软件构建的虚拟机与宿主机和其他虚拟之间相互隔离，虚拟网络与外部网络相互隔离，因此不会对外部网络和主机产生破坏。
3.多样性，用户可以根据不同的实验环境和需求，灵活生成需要的虚拟网络拓朴结构和虚拟机配置，不用担心硬件设置不足。正因为虚拟机有以上的这些特性，所以在现在的网络技术专业的实验中，经常都应用虚拟机来做相关实验项目，节省资金，提高设置的使用效率。
（三）VMware虚拟化网络连接的实现
安装VMware Workstation软件后，VMware为虚拟机网络连接提供了以下三种连接方式：
1.Bridge（桥接）模式。虚拟机直接连接到外部网络，在该模式下所有虚拟机都可以看成是一台实际存在的物理机，每一个虚拟机都拥有独立的IP地址，宿主机和虚拟机都是通过VMnet0作为虚拟交换机来实现访问其他物理主机和Internet。这种模式可以模拟Windows Server 2003和Linux环境下Web、Ftp、DHCP、DNS等各种需要静态IP地址的服务器搭建。
2.NAT（地址转换）模式：该模式下使用Vmnet8作为虚拟交换机，虚拟机使用已共享的主机IP地址，在这种模式下面由于虚拟机没有静态IP地址，通过DHCP服务器获取动态IP，因此外网主机不能访问虚拟机，但是虚拟机可以访问宿主机和Internet。
3.Host-only（仅限主机）模式：连接虚拟机到一个私有网络，这种模式下虚拟机和宿主机之间使用VMnet1作为虚拟交换机进行相互访问，但不能和外网主机以及Internet进行相互访问。这种模式可以模拟局域网中的环境，做一些以太网环境下的实验，因此在实验中可以根据实际情况，灵活选用不同的连接模式来完成实验项目。
（四）VMware虚拟化网络原理
虚拟网络中的各组成元素和物理网络中的组成相似，提供了虚拟交换机（VMnet0）、虚拟网卡、虚端口等。网卡设置和真实环境一样具有MAC地址，可以设置IP地址和网关、DNS等，虚拟机操作系统和应用程序，通过常用的设备驱动程序或者VMware用于虚拟环境优化的设备驱动程序与虚拟网卡进行通信。在虚拟机外部，虚拟网卡拥有自己的MAC地址，并且根据需要可以安装一张或多张虚拟网卡以满足实验的需要。这些虚拟网卡与物理网卡一样遵守标准以太网协议。不论哪种情况，虚拟机操作系统中的通信与物理设备通信一样。虚拟交换机的工作原理和二层物理交换机也一样，每台宿主机都有自己的虚拟交换机，虚拟交换机的一端与虚拟机连接，另一端与虚拟机所在宿主机物理网卡相连，虚拟机通过与虚拟交换机上的链路和物理网卡与外部网络进行通信。虚拟网络体系结构如图1所示：
四、利用VMware搭建网络实验平台
实例分析：
通过以上分析，我们利用VMware workstation在Windows Server 2003和Red hat linux 9.0环境下搭建Web和Ftp服务器，其中有一台Windows Server 2003虚拟机带两张网卡，模拟跨网段访问服务，测试所建服务是否正确。实验拓朴图如图2所示：
需求分析：根据拓朴所示，本实验需要5台电脑，其中四台装Windows Server2003，另一台预装Red Hat Linux9.0操作系统，交换机一台，两台不同环境的服务器，2台测试机，一台作为路由器。如果采用虚拟机软件来进行实验，如果硬件配置比较好，则只需要一台物理主机，从主机里装四台虚拟机，选择Vmare桥接模式就可进行实验操作。
实验目的：验证在不同环境下建立Web、Ftp服务器的操作能力，同时体验网段的概念，在双网卡服务器路由没打开时和打开以后，在宿主机上访问服务器的的变化情况。
实验步骤如下：
1.首先安装Vmware workstation（安装步骤省略）；
2.安装虚拟机，由于有四台Windows Server 2003的虚拟机，只需要安装其中一台，其余三台用选择“虚拟机”-“管理”—“克隆”，快速克隆另外三台虚拟机节省安装时间。而Red Hat Linux需要重新安装。
3.设置IP地址，并分别在Windows 2003和Red Hat Linux9.0服务器上创建Web服务器和Ftp服务器（创建过程许多书上网络上都有，本文不再叙述）。
4.分别在ip地址192.168.1.4虚拟机和宿主机192.168.2.2上IE地址栏输入http：//192.168.1.2、http：//192.168.1.3测试Web服务器是否正确。其中在宿主机上测试时需要打开双网卡虚拟机的路由功能。
5.分别在ip地址192.168.1.4虚拟机和宿主机192.168.2.2上IE地址栏输入Ftp：//192.168.1.2、Ftp：//192.168.1.3测试Ftp服务器是否确。
五、结束语
随着计算机硬件处理能力的提高和虚拟网络实验的推广应用，一定程度上缓解了高校招生规模的扩大而带来的实验设备不足的问题，同时由于虚拟网络体系结构的特殊性，学生在做各种实验的时候提高了设置的安全性，减少实验过程中对设备的危害，减轻设备维护的难度，通过实验操作，增强学生解决问题的综合素质能力，通过虚拟网络实验，学生不仅可以用它来组建各种局域网、对等网以及各种环境下服务器的搭建实验，还可以做一些服务器集群等对硬件要求较高的实验。因此，虚拟网络架构的使用，对高校网络实验的实现起到积及的推动作用，对提高设备效率，节省设备购置资金具有现实意义。
参考文献：
[1]崔奇.虚拟化试验平台网络支撑环境的设计与实现[D].硕士论文.
[2]黄泽伟.基于多系统的虚拟网络教学架构的实现[J].重庆电力高等专科学报，2010.