基于VMWare的網絡實驗應用

基于VMWare的網絡實驗應用

　　摘要:虛擬機在課堂和實踐教學中的應用,極大地緩解了因為實踐教學課時增加,高校擴招實驗設備和場地緊缺等因素所導致的實踐教學的壓力。通過VMware Workstation虛擬機軟件進行具體的網絡互聯實驗,說明虛擬機在網絡實驗中的應用。
　　關鍵詞:虛擬機;VMWare;網絡實驗;實踐教學
　　
　　1 引言
　　近年來,隨著就業形勢日趨嚴峻,用人單位的需求和高校畢業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。這就需要各高校加大實驗儀器設備和場地的投入。另外,高校不斷擴招,學生數量的快速增長,也加大對高校實驗設備、實驗場地的需求。計算機技術發展日新月異,技術更新快,對實驗設備的要求更高。這些因素導致實驗儀器設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行,理論和實踐相脫節,進一步惡化畢業生和用人單位的需求矛盾。
　　虛擬機技術引入教學和實驗環境的構建中,大大緩解了這些矛盾,利用VMware虛擬機,既滿足實踐教學要求又減少資金和場地投入,為計算機實踐教學創造良好的教學條件。
　　
　　2 虛擬機簡介
　　早在上世紀60年代,虛擬化技術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X86服務器性能的提升和應用普及,VMware公司率先將服務器虛擬化的技術引入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(即基于軟件實現的)CPU、RAM、硬盤和網卡。操作系統、應用程序和網絡中的其他計算機無法分辨虛擬機與真實物理機之間的差異。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有的很多獨特優勢[2]。
　　
　　3 VMware Workstation的特點
　　VMware Workstation是VMware公司出品的專業的虛擬機軟件。該軟件可以在一臺真實的計算機上同時模擬出多臺虛擬機,每個虛擬機實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軟件的計算機稱為宿主機(Host)。利用該軟件在宿主機中虛擬出來的邏輯計算機被稱為客戶機(Guest),常稱為虛擬機。
　　由于虛擬機與宿主機的真實硬件無關,所有虛擬機使用相同的硬件驅動程序,虛擬機實例具有高度的可移植性。虛擬機的硬盤通常是宿主機的一個文件,虛擬機對硬盤的操作僅僅是在這個文件上進行。在多個虛擬客戶機之間可以自如切換,對虛擬機進行啟動、掛起(暫停)、恢復以及關機操作完全不會影響宿主機的正常運行。通過VMware的“快照”(Snapshot)功能,方便保存系統當前狀態,便于隨時“還原”實驗中任意時刻狀態。它的克隆(Clone)功能可以免去重新安裝操作系統的麻煩,通過克隆可以復制同樣操作系統的多個虛擬機。
　　在windows環境下,VMware Workstation提供最多10個虛擬網卡,從VMnet0-VMnet9,適用于各種網絡連接。VMware網絡工作模式主要有3種,分別是Bridged(橋接)、NAT(網絡地址解析)和Host-only(僅主機)。
　　Bridged的特點是通過VMnet0虛擬交換機與宿主機聯在同一個局域網中,虛擬機相當于網絡中一臺真實的獨立計算機,地位平等,可以與網絡上其他主機互相訪問。虛擬機配置與宿主機同網段IP地址。
　　NAT的特點是使用VMnet8虛擬交換機,虛擬機通過宿主機訪問網絡,VMware軟件提供NAT和DHCP服務,為虛擬機分配IP地址。網絡中其他主機無法訪問虛擬機。虛擬機配置自動獲得IP地址。
　　Host-only的特點是通過VMnet1虛擬交換機與宿主機互聯,宿主機與虛擬機可以互相訪問,虛擬機與網絡上其他主機不能互相訪問,構建私有網絡。虛擬機配置自動獲得IP地址,使用VMware軟件提供的DHCP服務。
　　另外,VMware還提供定制(Custom)模式,用戶通過“Virtual Network Editor(虛擬網絡編輯器)”自定義網絡,創建復雜的互聯網絡。添加配置VMnet2-VMnet7以及VMnet9這7個虛擬交換機,使宿主機與多個網卡互聯,創建多個網絡。
　　VMware的分組 (Team)功能,使一個組中的所有虛擬機成員在稱為局域網網段(LAN segments)的私有網絡中通信。與前面這10個虛擬網卡不同的是:Team中設定的虛擬交換機與宿主機無關,無需在VMware的虛擬網絡編輯器中進行設置,而VMnet0-VMnet9需要在VMware的虛擬網絡編輯器中進行配置。VMware提供的這些網絡模式和功能,使用戶可以根據各種網絡實際需求,設置不同網絡連接模式,進行不同類型的網絡實驗。在windows環境下,每個虛擬交換機連接虛擬機數量沒有限制。
　　
　　4VMware的網絡實驗應用
　　基于VMware虛擬機的實驗教學應用有很多,如操作系統實驗、網絡組建與維護實驗、服務器配置與管理實驗、網絡安全以及軟件測試等等。本文以簡單組網和域環境的組網實驗為例,介紹在Windows環境中基于VMware的網絡實驗應用。
　　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;硬盤支持IDE和SCSI硬盤,安裝Windows系統需要1.5GB空間,推薦為每個客戶機至少保留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)中文企業版 SP2或者WinXP SP2。
　　4.1 簡單的組網實驗
　　為了便于理解虛擬機各種網絡模式在實際網絡實驗中的應用,用簡單網絡搭建說明Bridged(橋接)模式的具體網絡配置。
　　 　　
　　搭建這個網絡很簡單,首先通過“VM | Settings | Network Adapter | Network Connection”選擇網絡連接為“Bridged”,然后安裝Win2003虛擬機,在虛擬機中手動配置網絡相關信息,具體如圖1中所示。網絡配置好后宿主機與虛擬機可以互相訪問,虛擬機還能與宿主機同一局域網內的任何其他主機訪問,好像局域網中新增加1臺設備。在此基礎上,可以進行各種局域網內的實驗,如Web服務、DNS服務和郵件服務等常用服務配置。當然虛擬機操作系統可以根據實際實驗項目更換為Linux操作系統。
　　4.2 域環境的組網實驗
　　域(Domain)是一個安全的邊界,安裝了活動目錄(Active Directory)的服務器就是域控制器。活動目錄應用是組建Windows大型網絡的基礎,但實際教學中關于活動目錄的實驗因為涉及多臺設備并需要聯網,很少進行實驗。學生對域和活動目錄的理解也較差。利用VMware虛擬機克隆、快照和分組功能,在單機環境下,也能很方便的演練域環境的組網實驗。
　　一個簡單的域環境,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。搭建的域環境組網實驗拓撲圖如圖2所示,圖中所有設備都是虛擬出來的,與宿主機無網絡連接。

　　首先安裝Win2003企業版和WinXP操作系統的虛擬客戶機。為方便實驗后“還原”回原來狀態,進行其他實驗,對安裝好的虛擬客戶機創建“快照”,保護最基本狀態,成為模板虛擬機。
　　搭建域環境的具體實驗步驟如下:
　　(1)通過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VMware虛擬機創建Team,將這2臺Win2003和1臺WinXP虛擬機組建成1個組,并添加Team提供的LAN1虛擬交換機連接。各虛擬機設置靜態IP地址,具體IP地址分配詳見圖2中所示。這樣保證3臺虛擬機連接在1個虛擬交換機上,并與宿主機無關。
　　(3)分別在這兩臺克隆的Win2003虛擬機(獨立服務器)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,所有機器DNS設置為主域控制器IP地址172.28.17.6。通過“Active Directory用戶和計算機”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,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。
　　建好域實驗環境后,還可以進行各種域的實驗,如域的管理和域角色轉換等。例如,在此基礎上進行服務器角色轉換實驗,將clone-2額外域控制器通過卸載活動目錄降級為成員服務器,再將它從域中脫離成為獨立服務器。學生普遍對服務器角色在域中轉換理解不好,通過實驗驗證更能加深理解。
　　為了保證后續實驗不用反復安裝或卸載活動目錄,每次實驗完成后都進行“快照”,并標注提示信息。下次需要那種環境,通過虛擬機“Snapshot Manager”來還原即可。
　　4.3 其他網絡應用實驗
　　通過虛擬機還可以實現許多綜合的網絡實驗應用。例如,各種應用服務的綜合網絡環境搭建、配置和管理;多種操作系統組網實驗(Linux和Windows);VLAN、NAT等網絡實驗等。對于網絡安全方面的木馬入侵、ARP攻擊等具有一定破壞性的實驗,都可以通過虛擬機進行模擬演示。
　　
　　5 結束語
　　虛擬機技術在計算機實踐教學的應用,為實踐教學提供了一種有效的手段。虛擬機模擬出真實的實驗環境,為學生自主學習和創造性實驗提供軟硬件保障。增加學生學習興趣,鍛煉動手實踐能力,而且節約教學成本,提高教學效率,值得推廣。
　　
　　參考文獻
　　[1]張振倫.虛擬機的演化[J].軟件世界,2007(13):42-43.
　　[2]VMware.什么是虛擬機[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網絡管理實訓教程[M].北京:清華大學出版社,2006.
　　[5]楊英鵬,趙振國,周海波.計算機網絡原理與實踐[M].北京:電子工業出版社,2007.

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