基于虚拟机的虚拟实验网络

文章编号:100622475(2004)0420087203
收稿日期:2003205221
作者简介:祝义(19762),男,江西彭泽人,徐州师范大学计算机科学系助教,苏州大学计算机科学与技术学院硕士研究生,研究方向:软件工程;朱晖,徐州建筑职业技术学院助教。

基于虚拟机的虚拟实验网络
祝　义1,朱　晖2
(1.徐州师范大学计算机科学系,江苏徐州　221116;2.徐州建筑职业技术学院,江苏徐州　221008)
摘要:讲述了一个虚拟实验网络构建的全过程,探讨了虚拟实验网络应用在计算机网络实验教学中的可行性和必要性。

关键词:主机;子机;虚拟机;虚拟实验网络;Intel ;超级计算机;IP 地址;网关;掩码中图分类号:TP393 文献标识码:A
Virtual Experimental N etw ork on Virtual Machine
ZH U Y i 1,ZH U Hui 2
(1.Department of C om puter Science ,Xuzhou N ormal University ,Xuzhou 221116,China ;
2.Xuzhou Architectural T echnical C ollege ,Xuzhou 221008,China )
Abstract :This paper describes the whole process of the design on a virtual experimental netw ork and discusses the feasibility and necessi 2ty of the view that virtual experimental netw ork is applied in the experimental education of com puter netw ork.
K ey w ords :host com puter ;subcom puter ;virtual machine ;virtual experimental netw ork ;Intel ;super com puter ;IP address ;gateway ;mask
0　引　言
目前,社会的各个领域正在大力实施基于计算机
网络的信息化改造,迫切需要大量的掌握计算机网络系统规划、设计、建设和运行维护的技术人员。

计算机专业学生通过学习计算机网络理论以及接受一系列实验教学环节的训练,才能具备从事系统级实验的基本技能,才能在毕业之后更好地适应社会的需要。

计算机网络就是为这种系统级实验提供的实验环境,从硬件、软件和通信几个方面讲,它都是一个复杂的系统,学生们需要综合各科课程的知识和实验技能,结合计算机网络理论,才能做好有关计算机网络的实验,从而获得系统级的分析、设计、管理、应用能力[1]。

实验环境是计算机网络教学中至关重要的一个环节,但是,建立一个真正的网络实验室,不仅投资巨大,而且维护复杂,往往需要几台甚至几十台电脑才能做成一个网络实验,对大多数资金紧张而学生较多的院校不太适合,因此我们考虑建立一个虚拟网络实验室:一可让学校节省资金;二可让尽可能多的学生都能够做网络实验。

计算机虚拟技术是利用电脑的模拟技术,产生和实际的硬件设备功能一模一样的工具软件,而生成的软件,一般来说,都比实际的设备功能更强,使用更方便,好像在使用一个真的设备一样,同时又没有硬件维护的困扰,对各种知识的学习和掌握能身临其境,继而达到事半功倍的效果[2]。

基于虚拟机的虚拟实验网络正是采用虚拟技术来构建计算机网络实验环境,从而完成计算机网络实验教学。

1　虚拟实验网络的实现
首先应当明确的是,建立虚拟网络必须以最经济的方式和最先进的技术为学校和学生提供一种简便、实用、经济、可靠、科学、高效的全新实验教学手段,以满足未来竞争对教育日益增长的需要,为了达到这个目标,系统开发需要遵循一定的设计原则,由此也规定了系统所应具备的技术特点。

1.1　虚拟实验网络的设计原则
概括地说,虚拟实验网络设计应遵循以下原则:(1)实用性原则。

虚拟实验网络必须具有与实际
网络相同的性能,能够完成实际网络要求的各种实
计算机与现代化
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J IS UAN J I Y U XI ANDAIH UA
总第104期
验,并且安装、使用、维护都较实际网络简便。

(2)经济性原则。

虚拟实验网络必须以最少的投入来建立计算机网络,不但要降低虚拟实验网络本身的构建成本,而且要降低综合成本(包括使用成本、维护成本等)[3]。

1.2　虚拟机
大多数从事计算机研究的人们在安装了Win2 dows操作系统之后还想试试Linux或Unix等其他系统,可是这种情况需要分区、设置多系统启动等操作,稍有不慎就会导致系统崩溃、数据丢失。

也有一些初学者新接触电脑,想多进行一些上机操作,但又怕弄坏系统之后不好恢复。

还有一些软件开发人员,为了在尽可能多的系统上测试自己软件的兼容性,往往会在同一部电脑上安装多个操作系统,不停地在各个系统之间切换,这其中不可避免地要重启动电脑,浪费了不少时间,虚拟机软件就是在这种情况下产生的。

虚拟机软件就是利用软件技术,在电脑(主机)中虚拟出另一台电脑(子机),而在子机中,你可以随意进行任何操作,并且都不会影响到主机。

在早期,这种软件仅仅运行在一些大型机上,例如使用Intel芯片组的一些超级计算机,可以同时运行超过2000个子机,现在,由于个人电脑技术的日趋成熟,个人电脑也能够使用这些虚拟软件。

虚拟机软件目前使用的主要有两种:VMWare和Virtual PC,现在以VMWare为例构建虚拟机,VMWare中安装各个操作系统的硬件要求如表1。

表1　虚拟机操作系统占用主机资源情况表[4]
虚拟机的操作系统
需要的物
理内存(M B)
需要的硬
盘空间(G B)
DOS320.05
W indows3.1320.1
W indows95320.5
W indows98640.5
W indows M e962
W indows2000Professional1282
W indows2000Server1282 W indows2000Advanced Server1962
W indows NT4.0W orkstation641
W indows NT4.0Server641
W indows NT4.0Enterprise641
W indows XP Professional1282
W indows XP H ome1282
Linux(图形界面)1282
Linux(字符界面)642
1.3　虚拟实验网络的实现
VMWare(Virtual Machine S oftware)是目前使用的主要虚拟软件之一,它可以在现有系统的硬件环境中虚拟出一台或几台相对独立的计算机,每台虚拟计算机都具有独立的C MOS、硬盘等硬件环境,可以安装独立的操作系统,下面以VMWare为例在一台个人计算机上构建虚拟实验网络。

1.3.1　主机的软件和硬件配置
主机的操作系统是Windows2000Server简体中文版,使用的虚拟软件是VMWare3.0W orkstation, CPU的主频是1.7G H z,512M B内存和40G B硬盘,主机IP地址为192.168.0.1,网关为192.168.0.1,子网掩码为255.255.255.0。

1.3.2　虚拟机的硬件设置
主机上运行VMWare,点击New Virtual Machine,开始创建虚拟机。

在出现的New Virtual Machine Wiz2 ard菜单中的Virtual Machine C onfiguration中选择Cus2 tom,开始安装系统。

选择要安装的操作系统Windows2000Profession2 al,继续下一步,此时会提示输入虚拟机的名字及用于存放虚拟机数据的位置,例如可指定为D:\Win2 dows2000Professional,虚拟机文件存储在这个目录里面。

选择虚拟机的内存大小,如表1中所述Windows 2000Professional需要占用128M B内存,输入128,分配给虚拟机128M B内存。

选择虚拟机的网络连接,此时一般选择第一项Use bridged netw orking,确定虚拟机的网络连接。

选择虚拟机的硬盘类型,因为是第一次创建虚拟机,所以选择Create a new virtual disk来创建一个虚拟硬盘,对于第三个选项Use a physical disk,此选项表示可以在现有的Windows2000Server系统中用一个分区做为虚拟机硬盘,但这样做会影响主机对公共分区的访问,所以建议不选这一项。

在Disk Capacity下输入虚拟硬盘的大小,取值范围是0.1～256(G B),即虚拟硬盘大小在100M B至256G B之间,按照表1设为2G B就可以了,此时会提示虚拟硬盘的保存路径,以本机为例是D:\Windows 2000Professional\Windows2000Professional.vmdk,点Finish完成整个虚拟机的硬件设置。

1.3.3　虚拟机的软件设置
完成虚拟机硬件设置之后回到VMWare主界面,刚才创建的虚拟机可以在窗口左侧的Virtual Machine Name列表中看到,选择此虚拟机后右边窗口中会列出此虚拟机的主要硬件。

然后点VMWare工具栏中的P ower On按钮启动此虚拟机,此时窗口右下角有几个按钮,依次是虚拟机的软驱、硬盘、光驱、网卡,默认情况下虚拟机的软驱和光驱与主机用同一个设备,当这些设备工作时它们就会亮,表示这些设备有哪些在当前是工作状态。

将鼠标在虚拟机画面上点一下使输入焦点进入
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虚拟机(退出可以按Ctrl +Alt )。

插入一张可以启动光驱的启动盘到软驱当中,启动到命令行状态之后,对虚拟机硬盘进行分区、格式化等操作。

将Windows 2000Professional 安装盘放入光驱,进行虚拟机操作系统的安装。

安装完Windows 2000Professional 系统后并且启动到了Windows 2000Professional 桌面状态。

将虚拟机网卡IP 地址设置为192.168.0.2,网关为192.168.0.1,子网掩码为255.255.255.0。

此时完成
一个虚拟机的软硬件设置。

按照上述过程在主机的CPU 、内存、硬盘容量大小的允许下,还可以构建数个虚拟机,IP 地址分别为192.168.0.3,192.168.0.4,网关都为192.168.0.1,子网掩码都为255.255.255.0。

上述工作结束之后,一个具有四台电脑的局域网(一台是主机,另外三台是虚拟机)就构建成功,这个网络由于是由一台电脑完成的,网络出口在主机上,并且主要用于实验教学,所以称它为虚拟实验网络。

另外,还可以根据需要,再用几台电脑建成具有上述设置的虚拟实验网络,这时这几台电脑的联接就成为局域网与局域网的联接,从而完成更多的网络实验。

在虚拟机和主机命令行方式中用ping 命令测试虚拟机和主机的网络连接,从任何一台虚拟机中均可:
pinging 192.168.0.1with 32bytes of data :
Reply from 192.168.0.1:bytes =32time <10ms TT L =128Reply from 192.168.0.1:bytes =32time <10ms TT L =128
Reply from 192.168.0.1:bytes =32time <10ms TT L =128Reply from 192.168.0.1:bytes =32time <10ms TT L =128Ping statistics for 192.168.0.1:
Packets :Sent =4,Received =4,Lost =0(0%loss ),
Approximate round trip times in milli -seconds :
　M inimum =0ms ,Maximum =1ms ,Average =0ms
检测结果表明虚拟实验网络能够达到真正的局域网的各方面性能。

2　结束语
本文讲述了一个虚拟实验网络构建的全过程,探
讨了虚拟实验网络在计算机网络实验教学中的可行性和必要性,针对我国目前高等院校计算机网络教学资源紧缺的形势,虚拟实验网络能够解决这些院校学生在做计算机网络实验时设备紧张的问题,它的推广和普及必将对我国高等院校计算机网络教育发展产生积极的影响。

参考文献:
[1]　李成忠,等.计算机网络应用与实验教程[M].北京:电子
工业出版社,2001.
[2]　刘永清.计算机虚拟技术在教学中的应用[J ].电脑学
习,2002(2):20～21.
[3]　钟清流.网上教学系统初探[J ].微型电脑应用,2000,16
(3):49～51.
[4]　News fan 新闻组.虚拟的世界同样精彩[DB/O L ].http ://
/others/vm ware/vm ware.htm ,创建于2002年7月18日,最后一次更新于2003年5月16日.
(上接第86页
)
图2　系统引导界面与通用计算机不同,嵌入式系统是针对具体应用
的专用系统,具有成本敏感性,软硬件都必须高效率地设计,量体裁衣去除冗余。

目前嵌入式产品主要分为信息电器、移动计算设备、网络设备、工控、仿真等几类,因此要在实现最简单的嵌入式系统的前提下,根据需要进行各类功能的配置,并对系统进行优化。

参考文献:
[1]　Richard Petersen.Linux :The C om plete Reference ,F ourth Edi 2
tion[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2]　龚永罡,宁宇鹏.Linux 系统管理[M].北京:国防工业出
版社,2000.
[3]　赵敏哲.64位Linux 操作系统与应用实例[M].北京:机
械工业出版社,2000.
[4]　吴绍炜.Linux 系统管理[M].北京:人民邮电出版社,
2002.
[5]　T om Fawcett.The Linux Bootdisk H OWT O[DB/O L ].http ://
w w /v4.5,2002201201.
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8　2004年第4期祝义等:基于虚拟机的虚拟实验网络。