项目4 利用VMWare Workstation构建网络环境
项目背景
英国17世纪著名化学家罗伯特·波义耳说过：“实验是最好的老师。”实验是从理论学习到实践应用必不可少的一步，尤其是在计算机应用及计算机网络应用这种实践性很强的学科领域，实验与实训更是重中之重。
选择一个好的虚拟机软件是顺利完成各类虚拟实验的基本保障。有资料显示，VMWare就是专门为微软公司的Windows操作系统及基于Windows操作系统的各类软件测试而开发的。由此可知VMWare软件功能的强大。
本章主要介绍虚拟机的基础知识和如何使用VMWare Workstation 10软件建立虚拟网络环境。
项目目标
• 了解VMWare Workstation。
• 掌握VMWare Workstation的配置。
• 掌握利用VMWare Workstation构建网络环境的方法和技巧。
4.1 相关知识
只有理论学习而没有经过一定的实践操作，一切都是“纸上谈兵”，在实际应用中碰到一些小问题都有可能成为不可逾越的“天堑”。然而，在许多时候我们不可能在已经运行的系统设备上进行各种实验，如果为了掌握某一项技术和操作而单独购买一套设备，在实际应用中几乎是不可能的。虚拟实验环境的出现和应用解决了以上问题。
“虚拟实验”即“模拟实验”，它借助一些专业软件的功能来实现与真实设备相同效果的过程。虚拟实验是当今技术发展的产物，也是社会发展的要求。
4.1.1 认识VMWare Workstation
VMWare Workstation是一款功能强大的桌面虚拟计算机软件，它可在一部实体机器上模拟完整的网络环境，以及虚拟计算机，对于企业的IT开发人员和系统管理员而言，VMWare Workstation在虚拟网络、快照等方面的特点使它成为重要的工具。
通过虚拟化服务，可以在一台高性能计算机上部署多个虚拟机，每一台虚拟机承载一个或多个服务系统。虚拟化有利于提高计算机的利用率，减少物理计算机的数量，并能通过一台宿主计算机管理多台虚拟机，让服务器的管理变得更为便捷高效。
1．VMWare Workstation的快照技术
磁盘“快照”是虚拟机磁盘文件（.vmdk）在某个时间点的副本。系统崩溃或系统异常，用户可以通过使用恢复到快照来还原磁盘文件系统，使系统恢复到创建快照的位置。如果用户创建了多于一个的虚拟机快照，那么，用户将有多个还原点可以用于恢复。
为虚拟机创建每一个快照时，都会创建一个delta文件。当快照被删除或被恢复时，这些文件将自动被删除。
快照文件最初很小，快照的增长率由服务器上磁盘写入活动发生次数决定。拥有磁盘写入增强应用的服务器，诸如Exchange和SQL Server服务器，它们的快照文件增长很快。另外，拥有大部分静态内容和少量磁盘写入的服务器，诸如Web和应用服务器，它们的快照文件增长很慢。当用户创建许多快照时，新delta文件被创建并且原先的delta文件变为只读。
2．VMWare Workstation的克隆技术
VMWare Workstation可以通过预先已安装好的虚拟机A快速克隆出多台同A相类似的虚拟机A1、A2……此时源计算机A和克隆计算机A1和A2的硬件ID不同（如网卡MAC），但操作系统ID和配置完全一致（如计算机名、IP地址等）。如果计算机间的一些应用和操作系统ID相关，则会导致该应用出错或不成功，因此通常克隆的计算机还必须手动修改系统ID。在活动目录环境中，计算机的系统ID不允许相同，因此克隆的计算机必须修改系统ID信息。
克隆有两种方式：完整克隆和链接克隆。
（1）完整克隆。完整克隆相当于复制源虚拟机的硬盘文件（.vmdk），并新创建一个和源虚拟机相同配置的硬件配置信息，完整克隆的虚拟机大小和源虚拟机大小相同。
由于克隆的虚拟机有自己独立的硬盘文件和硬件信息文件，因此克隆虚拟机和被克隆虚拟机被系统认为是两个不同的虚拟机，它们可以独立运行和被操作。
由于克隆的虚拟机和源虚拟机的系统ID相同，通常克隆后都要修改系统ID。
（2）链接克隆。链接克隆要求源虚拟机创建一个快照，并基于该快照创建一个虚拟机。如果源虚拟机已经有了多个快照，链接克隆也可以选择一个历史快照创建新虚拟机。
链接克隆由于采用快照方式创建新虚拟机，因此新建的虚拟机磁盘文件很小。类似于差异存储技术，该磁盘文件仅保存后续改变的数据。
链接克隆需要的磁盘空间明显小于完整克隆。如果克隆的虚拟机数量太多，那么由于所有的克隆虚拟机都要访问被克隆虚拟机的磁盘文件，大量虚拟机同时访问该磁盘文件将会导致系统性能下降。
由于克隆的虚拟机和源虚拟机的系统安全标识符（Security Identifiers,SID）相同，通常克隆后都要修改系统SID。
SID是标识用户、组和计算机账户的唯一的号码。在第一次创建该账户时，将给网络上的每一个账户发布一个唯一的SID。
如果存在两个同样SID的用户，这两个账户将被鉴别为同一个账户，但是如果两台计算机是通过克隆得来的，那么它们将拥有相同的SID，在域网络中将会导致无法唯一识别这两台计算机，因此克隆后的计算机需要重新生成一套SID以区别于其他的计算机。
用户可以通过在命令行界面中输入“whoami/user”命令查看SID，如图4-1所示。
图4-1 查看SID
技巧：使用命令“c:\windows\system32\sysprep\sysprep.exe”可以对SID进行重整。
4.1.2 VMWare Workstation的配置
当VMWare Workstation 10安装完成，需要对VMWare Workstation进行基本配置。
1．设置VMWare Workstation参数
安装完成VMWare Workstation后，选择“编辑”→“参数”命令，出现“首选项”对话框，如图4-2所示。
图4-2 “首选项”对话框
在“工作区”选项卡中设置工作目录，再分别单击“输入”“热键”“显示”“内存”“优先级”“锁定”选项卡，进行相关参数的设置。
2．设置虚拟网卡
工作目录等参数设置完成后，接下来设置VMWare Workstation虚拟网卡（即VMWare Workstation虚拟交换机）参数。默认情况下，VMWare Workstation的虚拟交换机“随机”使用192.168.1.0~192.168.254.0范围中的（子网掩码为255.255.255.0）两个网段（对应于第1台虚拟交换机VMnet1和第8台虚拟交换机VMnet8）。即使在同一台主机上安装VMWare，其使用的网段也不固定，这样是很不方便的。在用VMWare Workstation做网络实验的时候，为了统一，把每个虚拟交换机的网段“固定”，如表4-1所示。
表4-1 VMWare虚拟网卡使用网络地址规划表
（1）选择“编辑”→“虚拟网络设置”命令，出现如图4-3所示的“虚拟网络编辑器”对话框。
图4-3 “虚拟网络编辑器”对话框
注意
如果是做“DHCP服务器配置”实训，请一定取消选中VMnet1和VMnet8的“使用本地DHCP服务将IP地址分配给虚拟机”复选框，以免影响客户端从DHCP服务器上获取正确的IP地址信息。
（2）如果单击“DHCP设置”按钮，可以为该虚拟交换机的虚拟机设置作用域IP地址范围，如图4-4所示。
图4-4 “DHCP设置”对话框
（3）在VMnet8中如果单击“NAT设置”按钮，可以设置NAT的网关地址，如图4-5所示。
图4-5 VMnet8的NAT设置
4.1.3 设置VMWare Workstation的联网方式
需要注意的是VMWare的联网方式。安装完VMWare Workstation之后，默认会给主机系统增加两个虚拟网卡VMWare Network Adapter VMnet1和VMWare Network Adapter VMnet8，这两个虚拟网卡分别用于不同的联网方式。VMWare常用的联网方式如表4-2所示。
表4-2 虚拟机网络连接属性及其意义
1．桥接模式
如图4-6所示，虚拟机A1、虚拟机A2是主机A中的虚拟机，虚拟机B1是主机B中的虚拟机。如果A1、A2与B都采用“桥接”模式，则A1、A2、B1与A、B、C任意两台或多台之间都可以互相访问（需要设置为同一网段），这时A1、A2、B1与主机A、B、C处于相同的身份，相当于插在交换机上的一台“联网”计算机。
图4-6 桥接模式的网络关系
2．NAT模式
如图4-7所示，虚拟机A1、虚拟机A2是主机A中的虚拟机，虚拟机B1是主机B中的虚拟机。其中的“NAT路由器”是启用了NAT功能的路由器，用来把VMnet8交换机上连接的计算机通过NAT功能连接到VMnet0虚拟交换机。如果B1、A1、A2设置成NAT方式，则A1、A2可以单向访问主机B、C,B、C不能访问A1、A2;B1可以单向访问主机A、C, A、C不能访问B1;A1、A2与A,B1与B可以互访。
图4-7 NAT模式的网络关系
3．仅主机模式
如图4-8所示，虚拟机A1、虚拟机A2是主机A中的虚拟机，虚拟机B1是主机B中的虚拟机。如果B1、A1、A2设置成Host方式，则A1、A2只能与A互相访问，A1、A2不能访问主机B、C，也不能被这些主机访问；B1只能与B互相访问，B1不能访问主机A、C，也不能被这些主机访问。
图4-8 仅主机模式的网络关系
4．模式间的转换
在使用虚拟机“联网”的过程中，可以随时更改虚拟机所连接的“虚拟交换机”，这相当于在真实的局域网环境中，把网线从一台交换机插到另一台交换机上。当然，在虚拟机中改变网络要比实际上插拔网线方便多了。和真实的环境一样，在更改了虚拟机的联网方式后，还需要修改虚拟机中的IP地址以适应联网方式的改变。例如，假设主机的VMnet1使用网段地址192.168.10.0,VMnet8使用网段地址192.168.80.0，网关地址为192.168.80.254（相当于图4-7中“NAT路由器”内网地址），主机网卡地址为192.168.1.1。假设虚拟机A1开始被设置成桥接方式，虚拟机A1的IP地址被设置为192.168.1.5。如果虚拟机A1想使用Host方式，则修改虚拟机的网卡属性为Host-Only，然后在虚拟机中修改IP地址为192. 168.10.5即可（也可以设置其他地址，只要网段与Host所用网段在同一子网即可。下同）；如果虚拟机A1想改用NAT方式，则修改虚拟机的网卡属性为NAT，然后在虚拟机中修改IP地址为192.168.80.5，设置网关地址为192.168.80.254即可。
一般来说，Bridged Networking（桥接网络）方式最方便，因为这种连接方式可以将虚拟机当作网络中的真实计算机使用，在完成各种网络实验时效果也最接近于真实环境。
4.2 项目设计及分析
1．项目设计
未名公司拟通过Windows Server 2012域管理公司用户和计算机，以便网络管理部的员工尽快熟悉Windows Server 2012域环境。
为了构建企业实际网络拓扑环境，网络管理部拟采用虚拟化技术，预先在一台高性能计算机上配置网络虚拟拓扑，并在此基础上创建虚拟机，模拟企业应用环境。网络拓扑如图4-9所示。
图4-9 未名公司网络拓扑图
通过在虚拟化技术构建的企业应用环境中实施活动目录，不仅可以让网络管理部员工尽快熟悉AD的相关知识和技能，并能为企业前期部署AD可能遇到的问题提供宝贵的解决经验，确保企业AD的项目实施顺利进行。
2．项目分析
在一台普通计算机上安装VMWare Workstation 12.0，配置虚拟网卡VMnet1和VMnet2，即达到搭建公司VLAN1和VLAN2的虚拟网络环境的要求，其中VLAN1对应VMnet1,VLAN2对应VMnet2。
在VMWare Workstation上创建虚拟机，命名为“Win2012母盘”，并通过Windows Server 2012 R2安装盘，按向导提示安装Windows Server 2012操作系统，完成第1台虚拟机的安装。通过VMWare Workstation的克隆技术可以快速完成“域服务器”和“网关服务器”的安装。
同理，可在VMWare Workstation上创建虚拟机，命名为“Win10母盘”，并通过Windows 10安装盘按向导提示安装Windows 10操作系统，完成虚拟机的安装。通过VMWare Workstation的克隆技术可以快速完成客户机的安装。
4.3 项目实施
4.3.1 链接克隆虚拟机
STEP 1 打开VMWare Workstation软件，右击“Win2012母盘”，在弹出的快捷菜单中依次选择“管理”→“克隆”命令，如图4-10所示。
图4-10 选择“克隆”命令
STEP 2 在弹出的“克隆虚拟机向导”中单击“下一步”按钮，在“克隆自”中选择“虚拟机中的当前状态”，如图4-11（a）所示。
图4-11 选择“克隆源”和“克隆类型”
STEP 3 在“克隆方法”选项区中选择“创建链接克隆”，如图4-11（b）所示。
STEP 4 输入“虚拟机名称”并选择“位置”，如图4-12所示。
图4-12 设置新虚拟机名称及位置
STEP 5 单击“完成”按钮，完成链接虚拟机的创建，如图4-13所示。
图4-13 完成虚拟机的克隆
STEP 6 使用同样的方式，用“Win2012母盘”链接克隆出“网关服务器”虚拟机。
STEP 7 使用同样的方式，用“Win10母盘”链接克隆出“客户机”虚拟机。
4.3.2 修改系统SID和配置网络适配器
STEP 1 右击“VMWare Workstation”中的“域服务器”虚拟机，在弹出的快捷菜单中选择“设置”命令，在弹出的对话框中选择“网络适配器”并将“网络连接”改成VMnet1，如图4-14所示。
图4-14 “虚拟机设置”对话框
STEP 2 启动“域服务器”虚拟机。
STEP 3 在启动后的虚拟机的命令窗口或PowerShell窗口输入命令“C:\windows\system32\sysprep\sysprep.exe”。在弹出的“系统准备工具3.14”中选中“通用”复选框，重新生成SID，如图4-15所示。
图4-15 用系统准备工具更改SID
STEP 4 系统重新启动完成之后，右击任务栏中的“开始”图标，在弹出的快捷菜单中选择“网络连接”命令，在弹出的“网络连接”对话框中选择Ethernet0网卡，并设置其IP地址为192.168.10.1，子网掩码为255.255.255.0，默认网关为192.168.10.254。
STEP 5 使用同样的方式，在“网关服务器”虚拟机中再添加一块网卡，第一块网卡的“网络连接”改成VMnet1；第二块网卡的“网络连接”改成VMnet2。
STEP 6 将“网关服务器”虚拟机开机并重新生成SID。
STEP 7 配置“网关服务器”虚拟机Ethernet0网卡IP地址为192.168.10.254，子网掩码255.255.255.0，默认网关为空；Ethernet1网卡IP地址为192.168.20.254，子网掩码为255.255.255.0，默认网关为空。
STEP 8 使用同样的方式，将“客户机”网卡的“网络连接”改成VMnet2。
STEP 9 将“客户机”虚拟机开机并重新生成SID。
STEP 10 配置Ethernet0网卡，设置其IP地址为192.168.20.1，子网掩码为255.255.255.0，默认网关为192.168.20.254。
4.3.3 启用LAN路由
STEP 1 在“网关服务器”的“服务器管理器”主窗口下，单击“添加角色和功能”选项，在“选择服务器角色”中选中“远程访问”复选框，在“选择角色服务”中选中“路由”复选框并添加其所需要的功能，如图4-16和图4-17所示。
图4-16 选择“服务器角色”选项
图4-17 选择“角色服务”选项
STEP 2 在“服务器管理器”主窗口下单击“工具”，选择“路由和远程访问”，在弹出的“路由和远程访问”界面中右击并在弹出的快捷菜单中选择“配置并启用路由和远程访问”命令，如图4-18所示。
图4-18 “配置并启用路由和远程访问”命令
STEP 3 在弹出的“路由和远程访问服务器安装向导”对话框中选择“自定义配置”并选中“LAN路由”复选框并启动服务，如图4-19所示。
图4-19 启用“LAN路由”
4.3.4 测试客户机和域服务器的连通性
STEP 1 在“客户机”中打开“命令提示符”并输入“ping 192.168.10.1”，测试能否和“域服务器”通信，测试结果显示，“客户机”是能够和“域服务器”进行通信的，如图4-20所示。
图4-20 测试连通性（1）
STEP 2 在“域服务器”中打开“命令提示符”并输入“ping 192.168.20.1”，测试能否和“客户机”通信，测试结果显示，“域服务器”是能够和“客户机”进行通信的，如图4-21所示。
图4-21 测试连通性（2）
4.4 习题
1. VMWare Workstation的联网方式有哪几种？有何区别？
2．举例说明如何将虚拟机由桥接模式改为NAT模式或仅主机模式。
4.5 实训项目 构建企业应用网络环境
为了构建企业实际网络拓扑环境，网络管理部拟采用虚拟化技术，预先在一台高性能计算机上配置网络虚拟拓扑，并在此基础上创建虚拟机，模拟企业应用环境。网络拓扑如图4-9所示。
图4-9 未名公司网络拓扑图
请读者结合4.3节来完成项目实训。