网络空间安全综合实验教程实验报告

实验目的和要求

掌握个人电脑上硬件虚拟化软件的安装、配置和使用，虚拟机配置win10和debian操作系统的过程

实验环境（软件、硬件、网络情况等）

硬件环境

• 宿主机配置：
  • 处理器：AMD Ryzen 5 5600H with Radeon Graphics 3.30 GHz内存：16GB
  • 硬盘：512GB SSD
  • 内存：16GB
  • 网络环境：无线互联网连接
• 客户机（虚拟机）配置：
  • Windows 10 专业版
    • CPU：2 核
    • 内存：2GB
    • 硬盘：60GB
  • Debian 12.9
    • CPU：2 核
    • 内存：2GB
    • 硬盘：30GB

软件环境

• **宿主机操作系统：**Windows 11 专业版，64 位操作系统，基于x64 的处理器
• 虚拟机软件： VMware® Workstation 17 Pro 17.6.2 build-24409262
• 系统镜像文件：
  • Windows 10 ISO
  • Debian ISO

实验原理及内容

1. 虚拟机（Virtual Machine, VM）是一种软件模拟的计算机环境，它允许在宿主机（物理计算机）上运行多个独立的操作系统。其工作原理主要包括以下几个方面：
   1. 虚拟化技术
      • 通过 全虚拟化（Full Virtualization）、半虚拟化（Para-Virtualization）或 硬件辅助虚拟化（Hardware-Assisted Virtualization）技术，使多个虚拟机在宿主机上运行，而彼此互不干扰。
      • 常见的虚拟化管理程序（Hypervisor）包括 VMware Workstation、VirtualBox、KVM、Hyper-V 等。
   2. 虚拟化管理程序（Hypervisor）
      • 类型 1（裸金属 Hypervisor）：直接运行在物理硬件上，管理多个虚拟机，如 VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、KVM。
      • 类型 2（宿主机型 Hypervisor）：安装在操作系统上，通过软件模拟虚拟机，如 VMware Workstation、VirtualBox。
   3. 资源抽象与分配
      • CPU 虚拟化：Hypervisor 将宿主机的物理 CPU 资源分配给不同的虚拟机，并通过 CPU 调度策略进行管理。
      • 内存虚拟化：虚拟机内部看到的是“虚拟内存”，Hypervisor 负责映射它们到物理内存地址。
      • 存储虚拟化：虚拟机的硬盘通常是一个宿主机上的大文件（如 VMDK、VHDX），Hypervisor 负责映射该文件为虚拟磁盘。
      • 网络虚拟化：Hypervisor 创建虚拟网卡，并通过 NAT、桥接模式、内部网络 等方式管理虚拟机的网络连接。
   4. 指令翻译与隔离
      • 对于非虚拟化指令，Hypervisor 直接转发给宿主机 CPU 执行。
      • 对于敏感指令，Hypervisor 进行截获和处理，以保证宿主机和其他虚拟机的安全性。
   5. 快照与迁移
      • 快照（Snapshot）：可以保存虚拟机当前的运行状态，方便回滚。
      • 迁移（Live Migration）：在不中断服务的情况下，将虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台服务器，提高灵活性和可靠性。
2. Windows 10 和 Debian 的安装流程
   • 下载并准备所需 ISO 镜像。
   • 在虚拟机管理器中创建新的虚拟机。
   • 进行操作系统安装和基本配置。

实验步骤

1. 安装虚拟机软件

• 下载并安装 VMware Workstation
• 创建新的虚拟机，并选择相应的 ISO 镜像文件。

2. 安装 Windows 10

1. 在虚拟机软件中新建 Windows 10 虚拟机。
2. 选择 Windows 10 ISO 文件，设置 2GB 内存和 60GB 硬盘。
3. 启动虚拟机，按照 Windows 安装流程操作：
   • 选择语言和键盘布局。
   • 选择 "自定义安装"，分区并安装系统。
   • 配置用户信息和初始设置。
4. 进行网络配置和基础软件安装。

3. 安装 Debian

1. 新建 Debian 虚拟机，分配 2GB 内存和 30GB 硬盘。
2. 选择 Debian ISO，启动虚拟机。
3. 进行安装：
   • 选择安装语言和地区。
   • 配置磁盘分区，选择 LVM 方式或手动分区。
   • 设置 root 密码和创建普通用户。
   • 安装基础软件包和 GRUB 引导程序。
4. 安装完成后，重启进入 Debian 系统。

实验小结

• 通过本次实验，掌握了 VMware Workstation 的基本使用方法。
• 学会了 Windows 10 和 Debian 的安装步骤和基本配置。

遇到问题、其它疑问想法和感悟

1. 安装 Windows 10 时提示密钥问题
   • 解决方法：KMS激活工具(Key Management Service)
2. Debian 安装为图形化界面
   • 解决方法：关闭图形界面

思考题回答

1. 什么是虚拟化(virtualization)?虚拟化有什么好处?有什么应用场景?

   虚拟化（Virtualization）是一种计算机技术，它允许在一台物理硬件上创建多个虚拟的计算机环境。这些虚拟环境可以运行不同的操作系统和应用程序，彼此之间相互隔离，就像独立的计算机一样。

   虚拟化的核心概念

   虚拟化的核心在于“抽象”，即将物理硬件资源（如CPU、内存、存储、网络等）抽象出来，并分配给多个虚拟环境使用。实现虚拟化的关键软件是虚拟机监控器（Hypervisor），它负责管理物理资源和虚拟环境。

   虚拟化的好处

   • 提高资源利用率：
     • 虚拟化允许多个虚拟机共享同一物理硬件，从而提高了硬件资源的利用率，减少了闲置浪费。
   • 降低成本：
     • 通过整合服务器，减少了硬件购买和维护成本，以及电力和冷却成本。
   • 简化管理：
     • 虚拟化提供了集中的管理平台，可以方便地创建、部署、迁移和备份虚拟机。
   • 提高灵活性和可扩展性：
     • 可以快速创建和部署新的虚拟机，满足业务需求的变化。
     • 在需要的时候可以快速的增加虚拟机的资源。
   • 增强安全性：
     • 虚拟机之间相互隔离，一个虚拟机的故障不会影响其他虚拟机。
     • 可以方便地创建系统快照和备份，以便在出现问题时快速恢复。
   • 支持多种操作系统：
     • 可以在同一物理硬件上运行不同的操作系统，满足不同应用的需求。

   虚拟化的应用场景

   • 服务器虚拟化：
     • 将多个物理服务器整合到少数几台高性能服务器上，提高服务器利用率和管理效率。
   • 桌面虚拟化：
     • 将用户的桌面环境集中在服务器上管理，方便统一管理和维护，提高安全性。
   • 应用程序虚拟化：
     • 将应用程序与其运行环境打包在一起，实现应用程序的独立运行和快速部署。
   • 网络虚拟化：
     • 将物理网络资源虚拟化，实现网络的灵活配置和管理。
   • 开发测试：
     • 虚拟化可以方便地创建和销毁测试环境，加快软件开发和测试的进度。
   • 云计算：
     • 云计算的基础，无论是IaaS, PaaS, 还是SaaS，都离不开虚拟化技术的支撑。

   总而言之，虚拟化技术在现代计算中扮演着至关重要的角色，它提高了资源利用率、降低了成本、简化了管理，并增强了灵活性和安全性。

2. 虚拟化可以如何分类?各有什么类别?各类型的代表技术或产品有些什么?

   虚拟化技术可以从多个维度进行分类，以下是一些主要的分类方式及其代表技术或产品：

   1. 按虚拟化对象分类：

   • 服务器虚拟化：
     • 将物理服务器资源（CPU、内存、存储等）虚拟化，在一台物理服务器上运行多个虚拟机。
     • 代表技术/产品：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、KVM、Xen。
   • 桌面虚拟化：
     • 将桌面操作系统和应用程序虚拟化，用户可以通过网络远程访问虚拟桌面。
     • 代表技术/产品：VMware Horizon、Citrix Virtual Apps and Desktops。
   • 存储虚拟化：
     • 将多个物理存储设备虚拟化为一个逻辑存储资源池。
     • 代表技术：存储区域网络（SAN）、网络附加存储（NAS）。
   • 网络虚拟化：
     • 将物理网络资源（交换机、路由器、防火墙等）虚拟化为逻辑网络。
     • 代表技术：软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）。
   • 应用程序虚拟化：
     • 将应用程序与其运行环境隔离，实现在不同操作系统上的兼容运行。
     • 代表技术：Docker, VMware ThinApp。

   2. 按虚拟化实现方式分类：

   • 完全虚拟化（Full Virtualization）：
     • 虚拟机完全模拟物理硬件，操作系统无需修改即可运行。
     • 代表技术：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V。
   • 半虚拟化（Paravirtualization）：
     • 虚拟机需要修改操作系统内核，以提高性能。
     • 代表技术：Xen。
   • 操作系统级虚拟化（Operating System-level Virtualization）：
     • 在操作系统内核层实现虚拟化，多个虚拟容器共享同一个操作系统内核。
     • 代表技术：Docker、LXC。

   3. 按虚拟机管理程序（Hypervisor）类型分类：

   • 裸机虚拟化（Type 1 Hypervisor）：
     • Hypervisor直接运行在物理硬件上，虚拟机运行在Hypervisor之上。
     • 代表技术：VMware ESXi、Microsoft Hyper-V、Xen。
   • 托管虚拟化（Type 2 Hypervisor）：
     • Hypervisor运行在操作系统之上，虚拟机运行在Hypervisor之上。
     • 代表技术：VMware Workstation、VirtualBox。

   各类虚拟化技术的特点：

   • 服务器虚拟化：
     • 提高服务器利用率，降低成本，简化管理。
   • 桌面虚拟化：
     • 集中管理桌面，提高安全性，方便远程访问。
   • 存储虚拟化：
     • 提高存储资源利用率，简化存储管理。
   • 网络虚拟化：
     • 提高网络灵活性，简化网络管理。
   • 应用程序虚拟化：
     • 提高应用程序的兼容性和可移植性。
   • 完全虚拟化：
     • 兼容性好，但性能开销较大。
   • 半虚拟化：
     • 性能高，但需要修改操作系统内核。
   • 操作系统级虚拟化：
     • 性能高，资源占用少，但隔离性相对较弱。
   • 裸机虚拟化：
     • 性能高，资源利用率高，但安装和配置复杂。
   • 托管虚拟化：
     • 安装和配置简单，但性能开销较大。

3. 虚拟化产品或服务的安全性、稳定性和可用性与什么相关?如何保障?

   虚拟化产品或服务的安全性、稳定性和可用性是企业IT基础设施的核心要素。这些特性受到多种因素的影响，需要采取一系列措施来保障。

   相关因素：

   • Hypervisor（虚拟机监控器）的安全性：
     • Hypervisor是虚拟化的基础，其安全性至关重要。漏洞可能导致所有虚拟机受到威胁。
   • 虚拟网络的安全性：
     • 虚拟网络需要隔离和保护，防止虚拟机之间的恶意流量和攻击。
   • 虚拟存储的安全性：
     • 虚拟存储需要保护数据安全，防止数据泄露和损坏。
   • 虚拟机的配置和管理：
     • 错误的虚拟机配置和管理可能导致安全漏洞和性能问题。
   • 物理硬件的稳定性：
     • 虚拟化依赖于物理硬件，硬件故障会影响虚拟机的稳定性和可用性。
   • 资源管理和分配：
     • 合理的资源管理和分配可以避免资源争用和性能瓶颈。
   • 备份和恢复策略：
     • 完善的备份和恢复策略可以在发生故障时快速恢复虚拟机。
   • 监控和日志记录：
     • 实时的监控和详细的日志记录可以帮助及时发现和解决问题。
   • 更新和补丁管理：
     • 及时的更新和补丁可以修复安全漏洞和提高系统稳定性。

   保障措施：

   • 加强 Hypervisor 安全性：
     • 选择可靠的 Hypervisor 产品，并及时更新补丁。
     • 配置严格的访问控制，限制对 Hypervisor 的访问。
     • 使用安全审计工具，监控 Hypervisor 的安全状态。
   • 保护虚拟网络：
     • 使用虚拟防火墙和入侵检测系统，保护虚拟网络的安全。
     • 配置虚拟局域网（VLAN），隔离不同虚拟机的网络流量。
     • 使用虚拟专用网络（VPN），保护远程访问虚拟机的安全。
   • 保障虚拟存储安全：
     • 使用数据加密和访问控制，保护虚拟存储中的数据安全。
     • 配置 RAID 阵列，提高虚拟存储的容错能力。
     • 定期备份虚拟存储数据，防止数据丢失。
   • 规范虚拟机配置和管理：
     • 使用安全的虚拟机模板，简化虚拟机部署。
     • 配置最小权限原则，限制虚拟机用户的权限。
     • 定期审查虚拟机配置，发现和修复安全漏洞。
   • 确保物理硬件稳定：
     • 选择高质量的物理硬件，并定期维护。
     • 配置冗余硬件，提高物理硬件的可用性。
     • 监控物理硬件的运行状态，及时发现和解决问题。
   • 优化资源管理和分配：
     • 使用资源调度器，合理分配 CPU、内存和存储资源。
     • 配置资源限制，防止虚拟机过度占用资源。
     • 监控虚拟机资源使用情况，及时调整资源分配。
   • 建立完善备份和恢复策略：
     • 定期备份虚拟机和虚拟存储数据。
     • 测试备份数据的可用性，确保可以快速恢复。
     • 制定详细的灾难恢复计划，应对突发事件。
   • 实施全面监控和日志记录：
     • 使用监控工具，实时监控虚拟机的运行状态。
     • 配置详细的日志记录，记录虚拟机的操作和事件。
     • 分析监控数据和日志记录，及时发现和解决问题。
   • 强化更新和补丁管理：
     • 建立自动更新和补丁管理系统。
     • 测试更新和补丁的兼容性，避免引入新的问题。
     • 及时应用安全补丁，修复已知的安全漏洞。

   通过这些措施，可以有效提高虚拟化产品或服务的安全性、稳定性和可用性，保障企业IT基础设施的可靠运行。

4. Windows 10、Windows 11当前最新的GA发行版和LTSC版本的支持期到何时?

   Windows 10：

   • 最新 GA 版本： Windows 10 版本 22H2
   • 支持期限： 所有版本（不含企业版 LTSB/LTSC）在安装最新的功能更新后将受支持至 2025 年 10 月 14 日
   • 最新 LTSC 版本： Windows 10 企业版 LTSC 2021
   • 支持期限： 企业版 LTSC 在发行后将受到 10 年的支持

   Windows 11：

   • 最新 GA 版本： Windows 11 版本 24H2（2024 更新）
   • 支持期限： 微软通常为每个 Windows 11 版本提供至少 24 个月的支持，但具体日期可能因版本而异
   • 最新 LTSC 版本： Windows 11 企业版 LTSC 24H2
   • 支持期限： 微软尚未正式公布 Windows 11 LTSC 版本的支持期限，但通常 LTSC 版本会有 10 年的支持周期

5. Debian、Ubuntu当前最新稳定版的LTS版本的支持期到何时?

   Debian：

   • 最新稳定版： Debian 12 "Bookworm"
   • 发布日期： 2023 年 6 月 10 日
   • 支持期限： Debian 稳定版通常提供至少 5 年的支持，包括 3 年的全功能支持和 2 年的长期支持（LTS）。因此，Debian 12 的全功能支持预计将持续至 2026 年 6 月，长期支持将延续至 2028 年 6 月。

   Ubuntu：

   • 最新 LTS 版本： Ubuntu 24.04 LTS "Noble Numbat"
   • 发布日期： 2024 年 4 月 25 日
   • 支持期限： 作为长期支持版本，Ubuntu 24.04 LTS 将获得 5 年的标准支持，直至 2029 年 4 月。
   • 前一个 LTS 版本： Ubuntu 22.04 LTS "Jammy Jellyfish"
   • 发布日期： 2022 年 4 月 21 日
   • 支持期限： 标准支持至 2027 年 4 月。

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