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作者：景朋森 許春根 周洪寶 吳軍 單位：南京工業(yè)大學 電子與信息工程學院

《計算機網(wǎng)絡(luò)管理》課程是一門理論與實踐并重的課程，通過實驗教學不僅能夠使學生很好地理解和掌握課程的基本理論，而且能夠進一步提高學生的創(chuàng)新設(shè)計和工程應用能力。在傳統(tǒng)的實驗教學過程中，受實驗條件的限制，教學效果都不太理想，而虛擬技術(shù)的出現(xiàn)則可以很好地解決其問題。虛擬技術(shù)就是借助一些專業(yè)虛擬軟件來實現(xiàn)與真實設(shè)備一樣效果的技術(shù)。利用虛擬軟件搭建的實驗教學平臺，不僅能夠讓學生發(fā)揮主觀能動性，而且能夠為學生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，徹底打破空間和時間的限制，促進學生的學習效率，提高學生的思維、動手及創(chuàng)新能力。

1基于VMware的虛擬實驗教學平臺

當前，各高校專業(yè)實驗室中的PC機越來越多，而且配置也越來越高，在PC機上使用虛擬軟件VMware構(gòu)建虛擬實驗教學平臺是學生完成相關(guān)課程實驗教學的最理想方案。VMware是一個在Windows或Linux計算機上運行的應用程序，它能夠模擬一個基于x86的標準PC環(huán)境，而這個應用程序窗口就是虛擬機的顯示器。在使用上，這臺虛擬機和真正的物理主機沒有太大的區(qū)別，一切操作都跟1臺真正的計算機一樣。采用VMware作為虛擬實驗教學平臺具有以下優(yōu)點:(1)無需重新分區(qū)即可安裝各種操作系統(tǒng);(2)應用虛擬機測試軟件無需擔心破壞實際的計算機系統(tǒng);(3)不必購買交換、路由等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可組建虛擬網(wǎng)絡(luò)，進行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗。

2VMware介紹

2.1VMware工作模式

VMware為虛擬機系統(tǒng)提供了強大的網(wǎng)絡(luò)功能，有3種網(wǎng)絡(luò)工作模式:(1)bridged模式，虛擬機就像是局域網(wǎng)中的1臺獨立的主機，可以訪問網(wǎng)內(nèi)任何一臺機器;(2)NAT模式，就是讓虛擬機系統(tǒng)借助VMware提供的NAT功能，通過宿主機所在的網(wǎng)絡(luò)來訪問公網(wǎng);(3)host－only模式，就是所有的虛擬系統(tǒng)只能跟宿主機通信，與真實的網(wǎng)絡(luò)隔離，但虛擬系統(tǒng)之間是可以通信的。

2.2VMware虛擬網(wǎng)卡

VMware安裝完成后，會在宿主機系統(tǒng)里虛擬兩張?zhí)摂M網(wǎng)卡接口:VMnet1和VMnet8，但實際上，VMware有10個虛擬網(wǎng)卡接口:VMnet0－VM-net9。默認情況下，VMnet0橋接宿主機的物理網(wǎng)卡，VMnet1供host－only模式使用，VMnet8供NAT模式使用。

2.3VMware快照和克隆

在VMware中，快照可保存系統(tǒng)當前的某個狀態(tài)，在需要的時候進行恢復。而克隆則是復制1個與原虛擬機一樣的一個虛擬機，它分為兩種:(1)完全克隆，是一個完全獨立的完整拷貝，通過它可大大節(jié)約配置時間和減少配置過程的錯誤;(2)鏈接克隆，需要和原來虛擬機共享同一虛擬磁盤文件，不能脫離原來虛擬機獨立運行，但由于采用共享磁盤文件卻大大縮短了創(chuàng)建克隆虛擬機的時間和節(jié)約磁盤空間。2.4VMware分組在VMware中，新建分組就是把幾個虛擬機連接在一起搭建一個虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實驗組。

3基于VMware的實驗設(shè)計

3.1實驗設(shè)計原則

依據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)管理課程特點及要求，設(shè)計實驗時應遵循4個原則:(1)合理選擇實驗內(nèi)容。充分考慮課程內(nèi)容的難點和重點，由易到難，循序漸進，對學有余力的學生，要做到讓學生自選設(shè)計實驗環(huán)節(jié);(2)重視基礎(chǔ)實驗。要求學生按照課堂教學的內(nèi)容獨立完成，從而打下堅實的基礎(chǔ);(3)激發(fā)學生興趣。通過實驗讓學生自己搭建實驗平臺，弄清其中的緣由，激發(fā)學生的學習興趣;(4)培養(yǎng)創(chuàng)新精神。對于一些復雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，由學生自己設(shè)計搭建并實現(xiàn)，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。

3.2虛擬實驗教學平臺的環(huán)境構(gòu)建

3.2.1構(gòu)建虛擬機

通常，構(gòu)建虛擬機的方法有兩種:(1)利用向?qū)?gòu)建虛擬機，即進行硬件配置的過程，設(shè)置CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡等硬件設(shè)備參數(shù);(2)采用備份文件構(gòu)建虛擬機，即選擇已經(jīng)建立好的虛擬機文件，再對其進行重新配置。

3.2.2安裝虛擬機操作系統(tǒng)

虛擬機操作系統(tǒng)的安裝有4種方式:(1)光盤安裝;(2)光盤鏡像安裝;(3)GHO鏡像文件安裝:(4)備份文件安裝。在實驗室中，可事先安裝好實驗所需的各種基本虛擬機操作系統(tǒng)，如Win-dowsXP、WindowsServer2003以及Linux(如Fedo-ra)等，并存放在宿主機中，供學生實驗時調(diào)用。

3.2.3安裝VMwareTools

虛擬機操作系統(tǒng)安裝后，默認情況下，如果要想從虛擬機窗口中切換回到宿主機，必需按下熱鍵Ctrl+Alt，否則就需要安裝VMwareTools。VMwareTools相當于VMware虛擬機的主板芯片組驅(qū)動和顯卡驅(qū)動、鼠標驅(qū)動，通過安裝VMwareTools，可極大地提高虛擬機的性能，并可讓虛擬機分辨率以任意大小進行設(shè)置，還可使用鼠標直接從虛擬機窗口中切換到主機中。在VMware中，選擇“虛擬機(安裝VMwareTools”，按照提示安裝完成后重啟虛擬機即可。

3.3實驗項目設(shè)計

根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)管理課程教學大綱要求及實驗設(shè)計原則，實驗項目設(shè)計如下。

(1)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置實驗(4學時)。實驗目的:掌握DHCP、DNS、WINS服務(wù)器的安裝、配置和應用，以及客戶端的配置及使用。實驗內(nèi)容:DHCP實驗;DNS實驗;WINS實驗。配置要點:關(guān)閉VMware自帶的DHCP服務(wù)器;在VMware中，新建分組，名為“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置實驗”，采用鏈接克隆的方式添加2臺虛擬機:WIN2K3和WINXP，并添加專有“LAN”，讓所有虛擬機使用該“LAN”。

(2)磁盤陣列實驗(2學時)。實驗目的:學習磁盤陣列的基礎(chǔ)知識，掌握做磁盤陣列的條件及方法。實驗內(nèi)容:磁盤陣列(RAID0、RAID1和RAID5)的創(chuàng)建及數(shù)據(jù)恢復實驗。配置要點:在VMware中，新建分組，名為“磁盤陣列實驗”，采用鏈接克隆的方式添加1臺虛擬機(WIN2K3)，并編輯虛擬機，添加5塊SCSI虛擬硬盤(各1GB)。

(3)域網(wǎng)絡(luò)組建及應用實驗(4學時)。實驗目的:學習域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，掌握其組建方法;掌握文件服務(wù)器及分布式文件系統(tǒng)(DFS)的安裝、配置和使用。實驗內(nèi)容:主域控制器的安裝與配置;域網(wǎng)絡(luò)中額外域控制器的添加與配置;文件服務(wù)器的配置;分布式文件系統(tǒng)的配置與使用。配置要點:在VMware中，新建分組，名為“文件服務(wù)器配置綜合實驗”，采用鏈接克隆的方式添加4臺虛擬機(3臺Win2K3和1臺WinXP)，并編輯分組，修改各虛擬機的“連接”屬性為NAT;查看虛擬交換機網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，設(shè)置NAT網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

(4)IIS服務(wù)器配置綜合實驗(4學時)。實驗目的:學習網(wǎng)站的相關(guān)知識，掌握WWW、FTP及SMTP服務(wù)器的安裝、配置和使用，以及“虛擬路由器”中“端口轉(zhuǎn)發(fā)”的設(shè)置和使用等。實驗內(nèi)容:WWW服務(wù)器的安裝與配置;FTP服務(wù)器的安裝與配置;SMTP服務(wù)器的安裝與配置;虛擬路由器的端口映射。配置要點:在VMware中，新建分組，名為“IIS服務(wù)器配置綜合實驗”，采用鏈接克隆的方式添加2臺虛擬機(Win2K3和WinXP)，并編輯分組，修改各虛擬機的“連接”屬性為NAT;查看虛擬交換機網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，設(shè)置NAT網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。#p#分頁標題#e#

(5)多VLAN局域網(wǎng)設(shè)計實驗(3學時)。實驗目的:學習VLAN的規(guī)劃與配置，掌握如何通過三層交換機實現(xiàn)VLAN間路由。實驗內(nèi)容:設(shè)計多VLAN局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu);規(guī)劃多VLAN局域網(wǎng)中的IP地址;根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)組建局域網(wǎng)環(huán)境(添加虛擬交換機、虛擬路由器等);配置局域網(wǎng)環(huán)境，實現(xiàn)多VLAN間的路由。配置要點:在VMware中，根據(jù)局域網(wǎng)設(shè)計需要，添加VMnet2等虛擬網(wǎng)卡，并停止其DHCP服務(wù);在VMware中，新建分組，名為“多VLAN局域網(wǎng)設(shè)計實驗”，采用鏈接克隆的方式添加相應的虛擬機，并編輯分組，為模擬“虛擬路由器”的虛擬機添加1塊虛擬網(wǎng)卡，并指定其“連接”屬性;編輯虛擬機，為其分配各自虛擬網(wǎng)卡。

(6)多路由器廣域網(wǎng)設(shè)計實驗(3學時)。實驗目的:學習廣域網(wǎng)的規(guī)劃與配置，掌握如何通過Internet組建VPN路由。實驗內(nèi)容:設(shè)計多路由器廣域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu);規(guī)劃多路由器廣域網(wǎng)中的IP地址;根據(jù)廣域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(添加虛擬交換機、虛擬路由器等);配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)通過Internet組建VPN路由。配置要點:在VMware中，根據(jù)廣域網(wǎng)設(shè)計需要，添加VMnet2等虛擬網(wǎng)卡，并停止其DHCP服務(wù);在VMware中，新建分組，名為“多路由器廣域網(wǎng)設(shè)計實驗”，采用鏈接克隆的方式添加虛擬機，需要在分組中創(chuàng)建多個專有的“LAN”，并編輯分組，修改各虛擬機的“連接”屬性。同時，為模擬“虛擬路由器”的虛擬機分別添加1塊虛擬網(wǎng)卡，并指定其“連接”屬性;編輯虛擬機，為其分配各自虛擬網(wǎng)卡。

(7)復雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開放性實驗(4學時)。實驗目的:掌握使用多臺主機、多個VMware組建復雜網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的方法和思路。實驗內(nèi)容:多主機組建局域網(wǎng)實驗環(huán)境;多主機組建廣域網(wǎng)實驗環(huán)境。配置要點:兩臺或兩臺以上主機，需要有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;虛擬機根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實驗拓撲需求進行自由組合。

3.4實驗教學實例

下面以“多VLAN局域網(wǎng)設(shè)計實驗”為例，介紹其在虛擬實驗教學平臺下的教學全過程。

3.4.1規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓撲及IP地址

根據(jù)實驗要求，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。其中，VLAN10上的DHCP服務(wù)器通過端口1為端口2、3、4所屬的VLAN提供DHCP服務(wù)，而路由器的內(nèi)網(wǎng)口與端口5連接，外網(wǎng)口則連接到Internet。實驗中，各VLAN網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃如表1所示。

3.4.2組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

為了實現(xiàn)圖1所示的實驗環(huán)境，在VMware中搭建虛擬機網(wǎng)絡(luò)連接示意圖，如圖2所示。(1)添加虛擬網(wǎng)卡。在VMware中，打開“虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器”窗口。首先在“主機虛擬適配器”選項卡中，依次添加4個虛擬網(wǎng)卡:VMnet2、VMnet3、VMnet4、VMnet5。然后在“主機虛擬網(wǎng)絡(luò)映射”選項卡中，分別設(shè)置VMnet2為10.10.2.0、VMnet3為10.10.3.0、VMnet4為10.10.4.0、VMnet5為10.10.5.0，同時修改VMnet8為206.200.200.0。最后在“NAT”選項卡中，設(shè)置VMnet8網(wǎng)關(guān)為206.200.200.254。(2)新建分組，添加虛擬機。在VMware中，創(chuàng)建分組“多VLAN局域網(wǎng)設(shè)計實驗”，并采用克隆鏈接方式添加2臺WIN2K3的虛擬機(Server和Route)和3臺WINXP虛擬機(PCA、PCB和PCC)。(3)編輯分組，設(shè)置“連接”屬性。創(chuàng)建分組后，點擊“編輯分組設(shè)置”，首先在“虛擬機”選項卡中調(diào)整Route的順序至最后。然后在“連接”選項卡中，為Route添加一塊虛擬網(wǎng)卡(以太網(wǎng)2)，并指定其“連接”屬性為NAT，同時設(shè)置Route和PCA、PCB、PCC的默認虛擬網(wǎng)卡(以太網(wǎng))的“連接”屬性為“橋接”，而Server的“連接”屬性則為“host－only”。(4)編輯虛擬機，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接。對分組中的每一臺虛擬機進行設(shè)置，讓Server連接VMnet1，PCA連接VMnet2，PCB連接VMnet3，PCC連接VMnet4，Route的第1塊虛擬網(wǎng)卡連接VMnet5，第2塊虛擬網(wǎng)卡連接VMnet8(即NAT網(wǎng)卡)。

3.4.3配置多VLAN間的路由。

(1)主機路由器配置。在WIN2K3主機上，首先停止服務(wù):“VMwareDHCPService”和“WindowsFirewall/InternetConnectionSharing(ICS)”，即將服務(wù)屬性修改為“禁用”。然后從“管理工具”運行“路由和遠程訪問”服務(wù)，將當前計算機配置為“路由器”，即選擇“配置并啟用路由和遠程訪問(自定義配置(LAN路由(啟用服務(wù)(配置完成”。

(2)設(shè)置虛擬機IP地址及網(wǎng)關(guān)等。啟動所有虛擬機，依次進入各虛擬機(Server、PCA、PCB、PCC、Route)，修改虛擬機主機名、并設(shè)置其IP地址及網(wǎng)關(guān)、DNS。

Server:主機名為“Server”，IP地址為“10.10.1.10”，網(wǎng)關(guān)為“10.10.1.254”。

PCA:主機名為“PCA”，IP地址為“10.10.2.10”，網(wǎng)關(guān)為“10.10.2.254”。

PCB:主機名為“PCB”，IP地址為“10.10.3.10”，網(wǎng)關(guān)為“10.10.3.254”。

PCC:主機名為“PCC”，IP地址為“10.10.4.10”，網(wǎng)關(guān)為“10.10.4.254”。

Route:主機名為“Route”，第1塊網(wǎng)卡改名為“LAN”，IP地址為“10.10.5.10”，第2塊網(wǎng)卡改名為“Internet”，IP地址為“206.200.200.10”，網(wǎng)關(guān)為“206.200.200.254”，DNS為“202.119.248.66”。同時，因沒有添加內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)造成其他子網(wǎng)不能訪問，可使用route命令，添加到其他子網(wǎng)的路由，命令如下:

route–padd10.10.1.0mask255.255.255.010.10.5.254

route–padd10.10.2.0mask255.255.255.010.10.5.254

route–padd10.10.3.0mask255.255.255.010.10.5.254

route–padd10.10.4.0mask255.255.255.010.10.5.254

完成后，切換各虛擬機，使用ping命令進行相互間的測試，發(fā)現(xiàn)全網(wǎng)互通。

(3)配置Server為DHCP服務(wù)器。在Server中，首先配置DHCP服務(wù)，完成后啟用DHCP服務(wù)，并創(chuàng)建3個作用域，分別為PCA、PCB、PCC所在的子網(wǎng)分配IP地址及其相關(guān)參數(shù)(網(wǎng)關(guān)、DNS等)。然后，在WIN2K3主機中，打開“路由和遠程訪問”添加“DHCP中繼服務(wù)”，對“DHCP中繼服務(wù)”依次添加網(wǎng)絡(luò)接口:VMnet2、Vmnet3、Vmnet4，并添加服務(wù)器地址為“10.10.1.10”。最后，進入PCA、PCB、PCC，分別修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為自動獲取地址，并使用ipconfig/renew重新獲取地址，再次使用ping命令測試各虛擬機，發(fā)現(xiàn)全網(wǎng)互通。#p#分頁標題#e#

(4)配置Route為服務(wù)器。在Route中，從“管理工具”運行“路由和遠程訪問”服務(wù)，將當前計算機配置為“NAT服務(wù)器”，即選擇“配置并啟用路由和遠程訪問(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)(Internet網(wǎng)卡(啟用服務(wù)(配置完成”。實驗中，由于Server、PCA、PCB、PCC與Route不在同一個子網(wǎng)，通過Route共享上網(wǎng)需要在主機路由器上添加1條靜態(tài)路由，使其指向Route內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)卡地址(10.10.5.10)，否則將不可達。如果S`erver、PCA、PCB、PCC與Route的設(shè)置在同一網(wǎng)段，則無需添加路由即可通過Route中的NAT訪問外網(wǎng)。

(5)向宿主機添加靜態(tài)路由。向宿主機添加靜態(tài)路由，需要先編輯Route的虛擬機設(shè)置，讓第2塊網(wǎng)卡(外網(wǎng))屬性為“橋接”，并設(shè)置一個合法的地址(與主機“本地連接”屬于同一網(wǎng)段)，否則會因Route通過NAT共享上網(wǎng)而造成“循環(huán)”路由。然后，在宿主機中，選擇“管理工具(路由和遠程訪問(靜態(tài)路由”，添加一條靜態(tài)路由信息(接口:VMnet5，目標:0.0.0.0，掩碼:0.0.0.0，網(wǎng)關(guān):10.10.5.10)。最后，在虛擬機PCA(PCB或PCC)中，打開IE瀏覽器，進行網(wǎng)站訪問測試，發(fā)現(xiàn)可以正常訪問外網(wǎng)。實驗中，由于宿主機作為路由器(修改了路由設(shè)置)，需要轉(zhuǎn)發(fā)路由，故實驗時宿主機是不能上網(wǎng)的。實驗完成后，宿主機若要上網(wǎng)，則必須在“路由和遠程訪問(靜態(tài)路由”中刪除上述靜態(tài)路由信息。

4結(jié)束語

基于VMware的虛擬實驗教學平臺設(shè)計的7個實驗，涵蓋了計算機網(wǎng)絡(luò)管理課程的全部教學內(nèi)容，通過上述實驗，學生普遍反映該實驗教學效果明顯、比較直觀地體現(xiàn)了課堂所學知識，極大地調(diào)動了他們的學習興趣。同時，該實驗教學平臺的開發(fā)應用還彌補了因?qū)嶒瀳龅亍x器設(shè)備和經(jīng)費缺乏等帶來的不足，避免了因誤操作對實驗儀器造成的損失，而且還能開展以前不能實現(xiàn)的教學實驗，極大地豐富了實驗教學內(nèi)容，受到了廣大師生的好評。