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基于VMWare的網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗應用
摘要:虛擬機在課堂和實(shí)踐教學(xué)中的應用,極大地緩解了因為實(shí)踐教學(xué)課時(shí)增加,高校擴招實(shí)驗設備和場(chǎng)地緊缺等因素所導致的實(shí)踐教學(xué)的壓力。通過(guò)VMware Workstation虛擬機軟件進(jìn)行具體的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)實(shí)驗,說(shuō)明虛擬機在網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗中的應用。
關(guān)鍵詞:虛擬機;VMWare;網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗;實(shí)踐教學(xué)
1 引言
近年來(lái),隨著(zhù)就業(yè)形勢日趨嚴峻,用人單位的需求和高校畢業(yè)生實(shí)際動(dòng)手能力的差距迫使各高校紛紛大幅度增加課程的實(shí)踐教學(xué)。這就需要各高校加大實(shí)驗儀器設備和場(chǎng)地的投入。另外,高校不斷擴招,學(xué)生數量的快速增長(cháng),也加大對高校實(shí)驗設備、實(shí)驗場(chǎng)地的需求。計算機技術(shù)發(fā)展日新月異,技術(shù)更新快,對實(shí)驗設備的要求更高。這些因素導致實(shí)驗儀器設備無(wú)法滿(mǎn)足大量的實(shí)際需求,部分課程實(shí)驗項目不能真實(shí)進(jìn)行,理論和實(shí)踐相脫節,進(jìn)一步惡化畢業(yè)生和用人單位的需求矛盾。
虛擬機技術(shù)引入教學(xué)和實(shí)驗環(huán)境的構建中,大大緩解了這些矛盾,利用VMware虛擬機,既滿(mǎn)足實(shí)踐教學(xué)要求又減少資金和場(chǎng)地投入,為計算機實(shí)踐教學(xué)創(chuàng )造良好的教學(xué)條件。
2 虛擬機簡(jiǎn)介
早在上世紀60年代,虛擬化技術(shù)出現并被用于大型機,以便充分利用昂貴的大型機資源。隨著(zhù)X86服務(wù)器性能的提升和應用普及,VMware公司率先將服務(wù)器虛擬化的技術(shù)引入PC平臺[1]。
虛擬機可以運行自己的操作系統和應用程序,就好像一臺物理計算機一樣。它包含自己的虛擬(即基于軟件實(shí)現的)CPU、RAM、硬盤(pán)和網(wǎng)卡。操作系統、應用程序和網(wǎng)絡(luò )中的其他計算機無(wú)法分辨虛擬機與真實(shí)物理機之間的差異。虛擬機完全由軟件組成,不含任何硬件組件。因此,虛擬機具備物理硬件所沒(méi)有的很多獨特優(yōu)勢[2]。
3 VMware Workstation的特點(diǎn)
VMware Workstation是VMware公司出品的專(zhuān)業(yè)的虛擬機軟件。該軟件可以在一臺真實(shí)的計算機上同時(shí)模擬出多臺虛擬機,每個(gè)虛擬機實(shí)例可以單獨運行其自己的操作系統,如Windows、Linux、NetWare、Solaris等。運行VMware Workstation軟件的計算機稱(chēng)為宿主機(Host)。利用該軟件在宿主機中虛擬出來(lái)的邏輯計算機被稱(chēng)為客戶(hù)機(Guest),常稱(chēng)為虛擬機。
由于虛擬機與宿主機的真實(shí)硬件無(wú)關(guān),所有虛擬機使用相同的硬件驅動(dòng)程序,虛擬機實(shí)例具有高度的可移植性。虛擬機的硬盤(pán)通常是宿主機的一個(gè)文件,虛擬機對硬盤(pán)的操作僅僅是在這個(gè)文件上進(jìn)行。在多個(gè)虛擬客戶(hù)機之間可以自如切換,對虛擬機進(jìn)行啟動(dòng)、掛起(暫停)、恢復以及關(guān)機操作完全不會(huì )影響宿主機的正常運行。通過(guò)VMware的“快照”(Snapshot)功能,方便保存系統當前狀態(tài),便于隨時(shí)“還原”實(shí)驗中任意時(shí)刻狀態(tài)。它的克隆(Clone)功能可以免去重新安裝操作系統的麻煩,通過(guò)克隆可以復制同樣操作系統的多個(gè)虛擬機。
在windows環(huán)境下,VMware Workstation提供最多10個(gè)虛擬網(wǎng)卡,從VMnet0-VMnet9,適用于各種網(wǎng)絡(luò )連接。VMware網(wǎng)絡(luò )工作模式主要有3種,分別是Bridged(橋接)、NAT(網(wǎng)絡(luò )地址解析)和Host-only(僅主機)。
Bridged的特點(diǎn)是通過(guò)VMnet0虛擬交換機與宿主機聯(lián)在同一個(gè)局域網(wǎng)中,虛擬機相當于網(wǎng)絡(luò )中一臺真實(shí)的獨立計算機,地位平等,可以與網(wǎng)絡(luò )上其他主機互相訪(fǎng)問(wèn)。虛擬機配置與宿主機同網(wǎng)段IP地址。
NAT的特點(diǎn)是使用VMnet8虛擬交換機,虛擬機通過(guò)宿主機訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò ),VMware軟件提供NAT和DHCP服務(wù),為虛擬機分配IP地址。網(wǎng)絡(luò )中其他主機無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)虛擬機。虛擬機配置自動(dòng)獲得IP地址。
Host-only的特點(diǎn)是通過(guò)VMnet1虛擬交換機與宿主機互聯(lián),宿主機與虛擬機可以互相訪(fǎng)問(wèn),虛擬機與網(wǎng)絡(luò )上其他主機不能互相訪(fǎng)問(wèn),構建私有網(wǎng)絡(luò )。虛擬機配置自動(dòng)獲得IP地址,使用VMware軟件提供的DHCP服務(wù)。
另外,VMware還提供定制(Custom)模式,用戶(hù)通過(guò)“Virtual Network Editor(虛擬網(wǎng)絡(luò )編輯器)”自定義網(wǎng)絡(luò ),創(chuàng )建復雜的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。添加配置VMnet2-VMnet7以及VMnet9這7個(gè)虛擬交換機,使宿主機與多個(gè)網(wǎng)卡互聯(lián),創(chuàng )建多個(gè)網(wǎng)絡(luò )。
VMware的分組 (Team)功能,使一個(gè)組中的所有虛擬機成員在稱(chēng)為局域網(wǎng)網(wǎng)段(LAN segments)的私有網(wǎng)絡(luò )中通信。與前面這10個(gè)虛擬網(wǎng)卡不同的是:Team中設定的虛擬交換機與宿主機無(wú)關(guān),無(wú)需在VMware的虛擬網(wǎng)絡(luò )編輯器中進(jìn)行設置,而VMnet0-VMnet9需要在VMware的虛擬網(wǎng)絡(luò )編輯器中進(jìn)行配置。VMware提供的這些網(wǎng)絡(luò )模式和功能,使用戶(hù)可以根據各種網(wǎng)絡(luò )實(shí)際需求,設置不同網(wǎng)絡(luò )連接模式,進(jìn)行不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗。在windows環(huán)境下,每個(gè)虛擬交換機連接虛擬機數量沒(méi)有限制。
4VMware的網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗應用
基于VMware虛擬機的實(shí)驗教學(xué)應用有很多,如操作系統實(shí)驗、網(wǎng)絡(luò )組建與維護實(shí)驗、服務(wù)器配置與管理實(shí)驗、網(wǎng)絡(luò )安全以及軟件測試等等。本文以簡(jiǎn)單組網(wǎng)和域環(huán)境的組網(wǎng)實(shí)驗為例,介紹在Windows環(huán)境中基于VMware的網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗應用。
VMware虛擬機軟件對宿主機的硬件要求:CPU是基于X86的最低733MHz;內存最低512MB,推薦2GB;硬盤(pán)支持IDE和SCSI硬盤(pán),安裝Windows系統需要1.5GB空間,推薦為每個(gè)客戶(hù)機至少保留1GB磁盤(pán)空間[3]。滿(mǎn)足這些要求才能更好的完成各種實(shí)驗。
本文中具體實(shí)驗環(huán)境:虛擬機軟件是VMware Workstation 6.5英文版;宿主機是Windows XP Professional(WinXP) SP2;虛擬機是Windows Server 2003(Win2003)中文企業(yè)版 SP2或者WinXP SP2。
4.1 簡(jiǎn)單的組網(wǎng)實(shí)驗
為了便于理解虛擬機各種網(wǎng)絡(luò )模式在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗中的應用,用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )搭建說(shuō)明Bridged(橋接)模式的具體網(wǎng)絡(luò )配置。
搭建這個(gè)網(wǎng)絡(luò )很簡(jiǎn)單,首先通過(guò)“VM | Settings | Network Adapter | Network Connection”選擇網(wǎng)絡(luò )連接為“Bridged”,然后安裝Win2003虛擬機,在虛擬機中手動(dòng)配置網(wǎng)絡(luò )相關(guān)信息,具體如圖1中所示。網(wǎng)絡(luò )配置好后宿主機與虛擬機可以互相訪(fǎng)問(wèn),虛擬機還能與宿主機同一局域網(wǎng)內的任何其他主機訪(fǎng)問(wèn),好像局域網(wǎng)中新增加1臺設備。在此基礎上,可以進(jìn)行各種局域網(wǎng)內的實(shí)驗,如Web服務(wù)、DNS服務(wù)和郵件服務(wù)等常用服務(wù)配置。當然虛擬機操作系統可以根據實(shí)際實(shí)驗項目更換為L(cháng)inux操作系統。
4.2 域環(huán)境的組網(wǎng)實(shí)驗
域(Domain)是一個(gè)安全的邊界,安裝了活動(dòng)目錄(Active Directory)的服務(wù)器就是域控制器�；顒�(dòng)目錄應用是組建Windows大型網(wǎng)絡(luò )的基礎,但實(shí)際教學(xué)中關(guān)于活動(dòng)目錄的實(shí)驗因為涉及多臺設備并需要聯(lián)網(wǎng),很少進(jìn)行實(shí)驗。學(xué)生對域和活動(dòng)目錄的理解也較差。利用VMware虛擬機克隆、快照和分組功能,在單機環(huán)境下,也能很方便的演練域環(huán)境的組網(wǎng)實(shí)驗。
一個(gè)簡(jiǎn)單的域環(huán)境,至少需要3臺PC,其中2臺Win2003分別為主域控制器和額外域控制器,1臺WinXP作為域中成員。搭建的域環(huán)境組網(wǎng)實(shí)驗拓撲圖如圖2所示,圖中所有設備都是虛擬出來(lái)的,與宿主機無(wú)網(wǎng)絡(luò )連接。
首先安裝Win2003企業(yè)版和WinXP操作系統的虛擬客戶(hù)機。為方便實(shí)驗后“還原”回原來(lái)狀態(tài),進(jìn)行其他實(shí)驗,對安裝好的虛擬客戶(hù)機創(chuàng )建“快照”,保護最基本狀態(tài),成為模板虛擬機。
搭建域環(huán)境的具體實(shí)驗步驟如下:
(1)通過(guò)Win2003模板虛擬機克隆2臺Win2003虛擬機,并快照以備還原使用。
(2)通過(guò)VMware虛擬機創(chuàng )建Team,將這2臺Win2003和1臺WinXP虛擬機組建成1個(gè)組,并添加Team提供的LAN1虛擬交換機連接。各虛擬機設置靜態(tài)IP地址,具體IP地址分配詳見(jiàn)圖2中所示。這樣保證3臺虛擬機連接在1個(gè)虛擬交換機上,并與宿主機無(wú)關(guān)。
(3)分別在這兩臺克隆的Win2003虛擬機(獨立服務(wù)器)中安裝活動(dòng)目錄。一臺配置成為主域控制器,另一臺配置成為額外域控制器,域名為test.com。主域控制器中搭建DNS服務(wù),所有機器DNS設置為主域控制器IP地址172.28.17.6。通過(guò)“Active Directory用戶(hù)和計算機”窗口,看到test.com有兩個(gè)域控制器,分別是clone-1和clone-2。
(4)啟動(dòng)WinXP模板虛擬機,修改“系統屬性|計算機名|更改”中隸屬于為“域”,域名為test.com,重啟機器,登錄域從而加入到域中,成為域中成員。
建好域實(shí)驗環(huán)境后,還可以進(jìn)行各種域的實(shí)驗,如域的管理和域角色轉換等。例如,在此基礎上進(jìn)行服務(wù)器角色轉換實(shí)驗,將clone-2額外域控制器通過(guò)卸載活動(dòng)目錄降級為成員服務(wù)器,再將它從域中脫離成為獨立服務(wù)器。學(xué)生普遍對服務(wù)器角色在域中轉換理解不好,通過(guò)實(shí)驗驗證更能加深理解。
為了保證后續實(shí)驗不用反復安裝或卸載活動(dòng)目錄,每次實(shí)驗完成后都進(jìn)行“快照”,并標注提示信息。下次需要那種環(huán)境,通過(guò)虛擬機“Snapshot Manager”來(lái)還原即可。
4.3 其他網(wǎng)絡(luò )應用實(shí)驗
通過(guò)虛擬機還可以實(shí)現許多綜合的網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗應用。例如,各種應用服務(wù)的綜合網(wǎng)絡(luò )環(huán)境搭建、配置和管理;多種操作系統組網(wǎng)實(shí)驗(Linux和Windows);VLAN、NAT等網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗等。對于網(wǎng)絡(luò )安全方面的木馬入侵、ARP攻擊等具有一定破壞性的實(shí)驗,都可以通過(guò)虛擬機進(jìn)行模擬演示。
5 結束語(yǔ)
虛擬機技術(shù)在計算機實(shí)踐教學(xué)的應用,為實(shí)踐教學(xué)提供了一種有效的手段。虛擬機模擬出真實(shí)的實(shí)驗環(huán)境,為學(xué)生自主學(xué)習和創(chuàng )造性實(shí)驗提供軟硬件保障。增加學(xué)生學(xué)習興趣,鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力,而且節約教學(xué)成本,提高教學(xué)效率,值得推廣。
參考文獻
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[5]楊英鵬,趙振國,周海波.計算機網(wǎng)絡(luò )原理與實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.
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