2021-4-9 | 网络工程论文
虚拟机技术的应用
教学中，每组的设备可以分成两类，一类是PC机，一类是网络设备，如路由器、交换机等。为了能够还原由真实网络设备所开设的实验，对这两类设备都需要进行用虚拟机模拟。目前网络工程教学中，使用的较多的虚拟机手段，主要是从软方面来进行的，即模拟的是交互过程。比如输入配置命令后，虚拟机将模拟在真实设备上的输出内容。这种模拟的缺点是无法使用虚拟机规定之外的命令，并且对规定内的命令在参数选择上也受限制。最终无法真正的实现真实设备的还原。因此并不适合实际的教学，一般适用于专项培训。而较好的虚拟方式，应该是硬件的虚拟，并在虚拟的硬件上直接安装现有的操作系统。
这种方式的缺点是需要耗费的资源——如内存——较高，但是相比一台网络设备，这个成本是可以忽略的。而且随着计算机的发展，哪怕是目前流行的一台笔记本电脑，也可以轻松同时虚拟5、6台设备。而这种方式的优点就是可以在现有任何机器上进行虚拟，而且由于安装的是正式的操作系统（包括PC和网络设备），虚拟机对真实设备的还原度几乎达到100%。考虑到前面所说的两类设备和基于硬件的虚拟，作者找到针对这两种设备的虚拟方法。
首先，对PC机而言，可以采用VMWareWorkstation进行虚拟。在虚拟的硬件上安装Window操作系统，完整的还原PC机的作用。其次，对于网络设备而言，可以采用Dynamips进行虚拟。在虚拟机的硬件上直接加载Cisco的IOS系统，实现对网络设备的完整还原（在作者所授课程中，所有配置实训都能完成）。VMWare是一个“虚拟PC”软件公司。其产品可以在一台机器上同时运行二个或更多Windows、DOS、LINUX系统。Dynamips是一个基于虚拟化技术的模拟器，用于模拟Cisco的路由器。发展到现在，该模拟器已经能够支持Cisco的3600系列，3700系列和2600系列等路由器平台。
作者在将这两种虚拟机技术应用在课程教学中的步骤简述如下：（一）安装VMWareWorkstation，当前版本为7.0版。根据帮助文档，建立虚拟机，并在其上安装Windows操作系统。考虑到应尽可能少的占用资源，实际情况下只需安装Windows2000系统即可。（二）安装免费的WinPcap软件，当前版本为4.1.2。这个软件可以使得Dynamips虚拟机抓取底层数据完成虚拟网络设备的功能。（三）安装Dynamips软件，当前版本为Dynagen-0.11.0_Dynamips-0.2.8-RC2_win_setup。这个软件用来虚拟路由器、交换机以及防火墙。（四）根据Dynamips的帮助文件，建立要进行实验的网络拓扑图。这一步是作者在进行教学改革中完成的主要工作，即将现有实训所涉及的全部真实网络拓扑，用Dynamips规定的方法转换为其所支持的描述格式。（五）最后启动Dynamips的服务器程序，再执行第（4）步创建的拓扑图，按照手册启动每个网络设备，然后根据课堂教学的内容进行管理配置。Dynamips本身支持多台PC机共同作为宿主机同时支持一个虚拟环境，并且可以与宿主机直接建立通信通道，使得宿主机直接与虚拟机中的系统进行数据通信，功能非常强大。在经过几次优化后，Dynamips本身对系统资源的占用已经非常小。
由于使用了VMWareWorkstation和Dynamips软件进行网络环境的虚拟，使得网络工程教学所用的实验室的网络设备可以继续服役，降低了教学成本。同时，也将课堂带到了实验室外，使得学生可以利用自己的电脑虚拟出完整的网络环境，从而增加了练习的时间，提高了自己的动手能力。鉴于虚拟机技术在很多其他领域也有应用，通过学习本门课程，学生在教学目的之外还同时掌握了另一个流行技术。
结束语
在尝试将虚拟机技术应用于《网络工程》教学中后，经过实践证明，这种教学改革的思路是正确的，达到的最终效果也好于原有的教学方法，最终实现了教与学的双赢。（本文作者：夏云龙 单位：天津师范大学计算机与信息工程学院）