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摘 要 ：计算机网络专业的很多课程的教学内容都涉及操作系统、硬件的配置和管理等,在目前的教学实验环境中不便于实施.通过虚拟机技术可以在现有教学和实验环境中模拟出需要的操作系统、网络环境进行各项实验.
关 键 词 ：虚拟机；计算机网络专业；教学
中图分类号：TP3-4文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 03-0000-02
The Application of Virtual Machine Technology in the Teaching of Computer Network
Che Kaisen
(Hubei Finance&Taxation College,Wuhan430060 ,China)
Abstract: The puter work professional course content involving the operating system, hardware configuration and management is not easy to implement in the current teaching lab environment. Virtual machine technology in the existing teaching and lab environment to simulate the operating system, work environment for the experiment.
Keywords: Virtual machine, Computer work major, Teaching
虚拟机技术可以在一台计算机上虚拟出若干台计算机,每台计算机都可以运行单独的操作系统.当遇到涉及操作系统配置、硬件配置等的操作时都可以在虚拟机上完成.
一、虚拟机技术介绍
虚拟机是指使用系统虚拟化技术,运行在一个隔离环境中、具有完整硬件功能的逻辑计算机系统,包括客户操作系统和其中的应用程序.而系统虚拟化即在同一台物理机上运行多个独立的操作系统.系统虚拟化实现了操作系统与物理计算机的分离,使得在一台物理计算机上可以同时安装和运行一个或多个虚拟的操作系统.在操作系统内部的应用程序看来,与使用直接安装在物理计算机上的操作系统没有显著差异.在系统虚拟化中,多个操作系统可以互不影响地在同一台物理机上同时运行,复用物理机资源.包括虚拟的处理器、内存、设备与I/O及网络接口等.
当运行与本机操作系统不兼容的应用程序,如,一个用户使用的是Windows系统的计算机,但是需要使用一个只能在Linux下运行的应用程序,就可以在计算机上虚拟出一个虚拟机并在上面安装Linux操作系统,这样程序就可以运行了.
二、当前网络教学实验环境现状
近来年,对于计算机教育,更多的要求学生的实际应用能力.实验、综合实训等实践性教学在教学中的比重日益增加,学生在机房做实验是教学中的一个重要环节,只要是计算机课程的学习,不管是计算机专业还是非计算机专业的学生,计算机已经成了必不可少的教学设备.
对于学校机房来说,随着学校的教学设施和环境的改善,实验实训室建设也有了更大的投入,计算机机房的计算机配置有了很大的提高.计算机机房建设大致有以下特点：
（1）机器多.每个机房至少有几十台计算机.
（2）多系统.机房需要多种系统以满足不同课程学习和实验的需要,往往一台机器安装有多个操作系统.
（3）系统易损坏.由于学生要做实验,学生实验的过程中,有时会对计算机有些破坏性的操作,例如安装系统、配置网络环境,可能学生实验后,当前系统就不能使用了.但学校机房,基本上每个工作时间都会有上机安排,而对于一些网络的环境,学生配置错误后,基本上不能恢复到正常的状态,这就影响别的学生使用.
（4）软件多版本.有的时候,同一个软件（或产品）,不同的课程需要不同的版本.但是,一般的情况下,同一个产品的不同版本不能“共存”.
使用方面,在众多高校中,计算机机房的使用率非常高,往往一个机房要承担多种计算机课程的实验.所以对于机房来说,需要安装的软件、系统也非常多,这就给机房的管理与维护带来了一定的难度.假如一个高校机房,要承担计算机一般课程的上机任务,需要在机房安装Windows XP操作系统,还需要安装VB、VC、VF、Adobe Photoshop、CAD等软件,这相对来说还是很容易实现的,但是对于计算机网络专业的课程,机房中不仅需要安装相关课程的软件、Windows XP操作系统,还需要安装Windows 2003、Linux等网络操作系统.除此之外,还要能够在Linux、Windows 2003下配置网络环境,做一些服务器配置,这就需要机房安装多种操作系统与多种软件,还需要允许学生随意的对操作环境进行配置.
计算机机房的建设越来越完善,但需要承担的多门课程的学习和实验,使用率高.如若进行与操作系统配置实验,往往会改变操作系统的配置,有些课程在教学中还将直接改变计算机的硬件设置与系统环境,甚至破坏计算机硬件,这都有可能影响到计算机使其无法正常工作,从而影响到课程的教学组织实施.
三、虚拟机在实验中的作用
目前,大多数机房都采用统一管理,对系统做定期恢复.这样,学生在实验中对计算机造成的影响就可以恢复.还有的时候,有些学生上机时会安装或从网上下载各种不允许安装的软件或其他文件,这也会影响到实验机器的正常运行、影响学生的正常学习,统一管理还可以减少这种情况的发生.统一管理可以保证机房内计算机的系统稳定、保持最佳性能,从而保证每项实验和教学的顺利进行.
这种管理机制,是适用的多数课程的.但有些课程特别是计算机网络相关课程,如若学生上机时的操作受到限制,比如涉及到与操作系统环境的,直接改变计算机的硬件设置与系统环境,这种实验将无法完成.使用虚拟机技术,可以在统一管理的同时模拟计算机环境.虚拟机软件可以在一台计算机上模拟出来若干台计算机,每台计算机可以运行单独的操作系统并且互不干扰,如若进行涉及与操作系统、硬件设置等的实验就可以在虚拟机系统中完成.这样,即便是对系统造成了影响也只是处于软件层面的,而不会影响到物理机的操作系统,也就不会对其他教学和实验产生影响.
四、两款常用的虚拟机介绍
Vmware Workstation允许在单台个人电脑上同时运行多个操作系统,包括Windows和Linux.1999年,Vmware公司推出了能够在Windows和Linux上运行的Vmware Workstation 1.0,实现了在一台计算机上同是运行多个操作系统.
微软于2003年收购了做Virtual PC软件的Connectix公司,并于2003年底推出 了Microsoft Virtual PC,将Virtual PC用于培训课程,可使用户方便地在多个不同的操作系统环境间切换.
五、计算机网络专业教学中需要用虚拟机的课程
《计算机网络基础》通过虚拟机软件,将网络基础课程教学中用到的操作系统集中安装在一台计算机上,然后模拟出多操作系统连接的效果,在单机上实现多操作系统的联网,构造出网络环境,满足网络教学和实践的需要.
《计算机组装与维护》课程需要学习对计算机的CMOS设置、磁盘分区格式化,以及操作系统的安装,这些都可以利用虚拟机虚拟出计算机,在虚拟的计算机中进行磁盘分区,格式化,通过物理光驱或虚拟光驱来进行系统安装、驱动程序安装、软件安装等计算机的基本操作.
《组网与网络管理》对于Windows Server 2003,其各种服务的配置和管理可以通过虚拟机进行教学和实验.比如活动目录的安装和管理、用户和组的管理、磁盘管理、创建与管理DNS服务、创建与管理DHCP服务、创建与管理WWW服务、FTP服务、E-mail服务等.对于Linux,可以在虚拟中学习安装Linux系统,在虚拟机的Linux系统中学习Linux系统的命令,Linux网络命令以及各种应用服务器软件的安装调试等.
《网络安全》课程,可以进行网络命令和数据包捕获实验、技术实验、计算机扫描技术、网络攻击技术、入侵检测技术、计算机病毒及反病毒技术、防火墙技术和Web服务安全等实验.
虚拟机技术在计算机网络课程教学中的应用,为教学和学生实验提供平台,弥补了当前实验环境的不足.不但投入少,而且使用灵活、便于管理,在保证教学实施的同时获得了理想的教学效果.