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基于VMWare的網(wǎng)絡(luò)實驗應(yīng)用
摘要:虛擬機(jī)在課堂和實踐教學(xué)中的應(yīng)用,極大地緩解了因為實踐教學(xué)課時增加,高校擴(kuò)招實驗設(shè)備和場地緊缺等因素所導(dǎo)致的實踐教學(xué)的壓力。通過VMware Workstation虛擬機(jī)軟件進(jìn)行具體的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實驗,說明虛擬機(jī)在網(wǎng)絡(luò)實驗中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:虛擬機(jī);VMWare;網(wǎng)絡(luò)實驗;實踐教學(xué)
1 引言
近年來,隨著就業(yè)形勢日趨嚴(yán)峻,用人單位的需求和高校畢業(yè)生實際動手能力的差距迫使各高校紛紛大幅度增加課程的實踐教學(xué)。這就需要各高校加大實驗儀器設(shè)備和場地的投入。另外,高校不斷擴(kuò)招,學(xué)生數(shù)量的快速增長,也加大對高校實驗設(shè)備、實驗場地的需求。計算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異,技術(shù)更新快,對實驗設(shè)備的要求更高。這些因素導(dǎo)致實驗儀器設(shè)備無法滿足大量的實際需求,部分課程實驗項目不能真實進(jìn)行,理論和實踐相脫節(jié),進(jìn)一步惡化畢業(yè)生和用人單位的需求矛盾。
虛擬機(jī)技術(shù)引入教學(xué)和實驗環(huán)境的構(gòu)建中,大大緩解了這些矛盾,利用VMware虛擬機(jī),既滿足實踐教學(xué)要求又減少資金和場地投入,為計算機(jī)實踐教學(xué)創(chuàng)造良好的教學(xué)條件。
2 虛擬機(jī)簡介
早在上世紀(jì)60年代,虛擬化技術(shù)出現(xiàn)并被用于大型機(jī),以便充分利用昂貴的大型機(jī)資源。隨著X86服務(wù)器性能的提升和應(yīng)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(jī)可以運行自己的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序,就好像一臺物理計算機(jī)一樣。它包含自己的虛擬(即基于軟件實現(xiàn)的)CPU、RAM、硬盤和網(wǎng)卡。操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)中的其他計算機(jī)無法分辨虛擬機(jī)與真實物理機(jī)之間的差異。虛擬機(jī)完全由軟件組成,不含任何硬件組件。因此,虛擬機(jī)具備物理硬件所沒有的很多獨特優(yōu)勢[2]。
3 VMware Workstation的特點
VMware Workstation是VMware公司出品的專業(yè)的虛擬機(jī)軟件。該軟件可以在一臺真實的計算機(jī)上同時模擬出多臺虛擬機(jī),每個虛擬機(jī)實例可以單獨運行其自己的操作系統(tǒng),如Windows、Linux、NetWare、Solaris等。運行VMware Workstation軟件的計算機(jī)稱為宿主機(jī)(Host)。利用該軟件在宿主機(jī)中虛擬出來的邏輯計算機(jī)被稱為客戶機(jī)(Guest),常稱為虛擬機(jī)。
由于虛擬機(jī)與宿主機(jī)的真實硬件無關(guān),所有虛擬機(jī)使用相同的硬件驅(qū)動程序,虛擬機(jī)實例具有高度的可移植性。虛擬機(jī)的硬盤通常是宿主機(jī)的一個文件,虛擬機(jī)對硬盤的操作僅僅是在這個文件上進(jìn)行。在多個虛擬客戶機(jī)之間可以自如切換,對虛擬機(jī)進(jìn)行啟動、掛起(暫停)、恢復(fù)以及關(guān)機(jī)操作完全不會影響宿主機(jī)的正常運行。通過VMware的“快照”(Snapshot)功能,方便保存系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài),便于隨時“還原”實驗中任意時刻狀態(tài)。它的克隆(Clone)功能可以免去重新安裝操作系統(tǒng)的麻煩,通過克隆可以復(fù)制同樣操作系統(tǒng)的多個虛擬機(jī)。
在windows環(huán)境下,VMware Workstation提供最多10個虛擬網(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(jī))。
Bridged的特點是通過VMnet0虛擬交換機(jī)與宿主機(jī)聯(lián)在同一個局域網(wǎng)中,虛擬機(jī)相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中一臺真實的獨立計算機(jī),地位平等,可以與網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)互相訪問。虛擬機(jī)配置與宿主機(jī)同網(wǎng)段IP地址。
NAT的特點是使用VMnet8虛擬交換機(jī),虛擬機(jī)通過宿主機(jī)訪問網(wǎng)絡(luò),VMware軟件提供NAT和DHCP服務(wù),為虛擬機(jī)分配IP地址。網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)無法訪問虛擬機(jī)。虛擬機(jī)配置自動獲得IP地址。
Host-only的特點是通過VMnet1虛擬交換機(jī)與宿主機(jī)互聯(lián),宿主機(jī)與虛擬機(jī)可以互相訪問,虛擬機(jī)與網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)不能互相訪問,構(gòu)建私有網(wǎng)絡(luò)。虛擬機(jī)配置自動獲得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,用戶通過“Virtual Network Editor(虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器)”自定義網(wǎng)絡(luò),創(chuàng)建復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。添加配置VMnet2-VMnet7以及VMnet9這7個虛擬交換機(jī),使宿主機(jī)與多個網(wǎng)卡互聯(lián),創(chuàng)建多個網(wǎng)絡(luò)。
VMware的分組 (Team)功能,使一個組中的所有虛擬機(jī)成員在稱為局域網(wǎng)網(wǎng)段(LAN segments)的私有網(wǎng)絡(luò)中通信。與前面這10個虛擬網(wǎng)卡不同的是:Team中設(shè)定的虛擬交換機(jī)與宿主機(jī)無關(guān),無需在VMware的虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器中進(jìn)行設(shè)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,使用戶可以根據(jù)各種網(wǎng)絡(luò)實際需求,設(shè)置不同網(wǎng)絡(luò)連接模式,進(jìn)行不同類型的網(wǎng)絡(luò)實驗。在windows環(huán)境下,每個虛擬交換機(jī)連接虛擬機(jī)數(shù)量沒有限制。
4VMware的網(wǎng)絡(luò)實驗應(yīng)用
基于VMware虛擬機(jī)的實驗教學(xué)應(yīng)用有很多,如操作系統(tǒng)實驗、網(wǎng)絡(luò)組建與維護(hù)實驗、服務(wù)器配置與管理實驗、網(wǎng)絡(luò)安全以及軟件測試等等。本文以簡單組網(wǎng)和域環(huán)境的組網(wǎng)實驗為例,介紹在Windows環(huán)境中基于VMware的網(wǎng)絡(luò)實驗應(yīng)用。
VMware虛擬機(jī)軟件對宿主機(jī)的硬件要求:CPU是基于X86的最低733MHz;內(nèi)存最低512MB,推薦2GB;硬盤支持IDE和SCSI硬盤,安裝Windows系統(tǒng)需要1.5GB空間,推薦為每個客戶機(jī)至少保留1GB磁盤空間[3]。滿足這些要求才能更好的完成各種實驗。
本文中具體實驗環(huán)境:虛擬機(jī)軟件是VMware Workstation 6.5英文版;宿主機(jī)是Windows XP Professional(WinXP) SP2;虛擬機(jī)是Windows Server 2003(Win2003)中文企業(yè)版 SP2或者WinXP SP2。
4.1 簡單的組網(wǎng)實驗
為了便于理解虛擬機(jī)各種網(wǎng)絡(luò)模式在實際網(wǎng)絡(luò)實驗中的應(yīng)用,用簡單網(wǎng)絡(luò)搭建說明Bridged(橋接)模式的具體網(wǎng)絡(luò)配置。
搭建這個網(wǎng)絡(luò)很簡單,首先通過“VM | Settings | Network Adapter | Network Connection”選擇網(wǎng)絡(luò)連接為“Bridged”,然后安裝Win2003虛擬機(jī),在虛擬機(jī)中手動配置網(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(jī)與虛擬機(jī)可以互相訪問,虛擬機(jī)還能與宿主機(jī)同一局域網(wǎng)內(nèi)的任何其他主機(jī)訪問,好像局域網(wǎng)中新增加1臺設(shè)備。在此基礎(chǔ)上,可以進(jìn)行各種局域網(wǎng)內(nèi)的實驗,如Web服務(wù)、DNS服務(wù)和郵件服務(wù)等常用服務(wù)配置。當(dāng)然虛擬機(jī)操作系統(tǒng)可以根據(jù)實際實驗項目更換為Linux操作系統(tǒng)。
4.2 域環(huán)境的組網(wǎng)實驗
域(Domain)是一個安全的邊界,安裝了活動目錄(Active Directory)的服務(wù)器就是域控制器。活動目錄應(yīng)用是組建Windows大型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),但實際教學(xué)中關(guān)于活動目錄的實驗因為涉及多臺設(shè)備并需要聯(lián)網(wǎng),很少進(jìn)行實驗。學(xué)生對域和活動目錄的理解也較差。利用VMware虛擬機(jī)克隆、快照和分組功能,在單機(jī)環(huán)境下,也能很方便的演練域環(huán)境的組網(wǎng)實驗。
一個簡單的域環(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)實驗拓?fù)鋱D如圖2所示,圖中所有設(shè)備都是虛擬出來的,與宿主機(jī)無網(wǎng)絡(luò)連接。
首先安裝Win2003企業(yè)版和WinXP操作系統(tǒng)的虛擬客戶機(jī)。為方便實驗后“還原”回原來狀態(tài),進(jìn)行其他實驗,對安裝好的虛擬客戶機(jī)創(chuàng)建“快照”,保護(hù)最基本狀態(tài),成為模板虛擬機(jī)。
搭建域環(huán)境的具體實驗步驟如下:
(1)通過Win2003模板虛擬機(jī)克隆2臺Win2003虛擬機(jī),并快照以備還原使用。
(2)通過VMware虛擬機(jī)創(chuàng)建Team,將這2臺Win2003和1臺WinXP虛擬機(jī)組建成1個組,并添加Team提供的LAN1虛擬交換機(jī)連接。各虛擬機(jī)設(shè)置靜態(tài)IP地址,具體IP地址分配詳見圖2中所示。這樣保證3臺虛擬機(jī)連接在1個虛擬交換機(jī)上,并與宿主機(jī)無關(guān)。
(3)分別在這兩臺克隆的Win2003虛擬機(jī)(獨立服務(wù)器)中安裝活動目錄。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(jī)器DNS設(shè)置為主域控制器IP地址172.28.17.6。通過“Active Directory用戶和計算機(jī)”窗口,看到test.com有兩個域控制器,分別是clone-1和clone-2。
(4)啟動WinXP模板虛擬機(jī),修改“系統(tǒng)屬性|計算機(jī)名|更改”中隸屬于為“域”,域名為test.com,重啟機(jī)器,登錄域從而加入到域中,成為域中成員。
建好域?qū)嶒灜h(huán)境后,還可以進(jìn)行各種域的實驗,如域的管理和域角色轉(zhuǎn)換等。例如,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行服務(wù)器角色轉(zhuǎn)換實驗,將clone-2額外域控制器通過卸載活動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(zhuǎn)換理解不好,通過實驗驗證更能加深理解。
為了保證后續(xù)實驗不用反復(fù)安裝或卸載活動目錄,每次實驗完成后都進(jìn)行“快照”,并標(biāo)注提示信息。下次需要那種環(huán)境,通過虛擬機(jī)“Snapshot Manager”來還原即可。
4.3 其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實驗
通過虛擬機(jī)還可以實現(xiàn)許多綜合的網(wǎng)絡(luò)實驗應(yīng)用。例如,各種應(yīng)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(tǒng)組網(wǎng)實驗(Linux和Windows);VLAN、NAT等網(wǎng)絡(luò)實驗等。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驗,都可以通過虛擬機(jī)進(jìn)行模擬演示。
5 結(jié)束語
虛擬機(jī)技術(shù)在計算機(jī)實踐教學(xué)的應(yīng)用,為實踐教學(xué)提供了一種有效的手段。虛擬機(jī)模擬出真實的實驗環(huán)境,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性實驗提供軟硬件保障。增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,鍛煉動手實踐能力,而且節(jié)約教學(xué)成本,提高教學(xué)效率,值得推廣。
參考文獻(xiàn)
[1]張振倫.虛擬機(jī)的演化[J].軟件世界,2007(13):42-43.
[2]VMware.什么是虛擬機(jī)[OL].http://www.vmware.com/cn/technology/virtual-machine.html.
[3]VMware:VMware Workstation 6.5 Manual[EB/OL]. http://www.vmware.com/pdf/ws65_manual.pdf.
[4]王隆杰,梁廣民,楊名川.Windows Server 2003網(wǎng)絡(luò)管理實訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.
[5]楊英鵬,趙振國,周海波.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.
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