基于GNS3+VMware的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室

摘 要： 為建設(shè)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，針對常用網(wǎng)絡(luò)模擬軟件存在不能加載真正的IOS、不能與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的缺點(diǎn)，利用思科網(wǎng)絡(luò)仿真軟件GNS3和虛擬機(jī)軟件VMware的優(yōu)點(diǎn)，搭建虛實(shí)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)、語音、視頻三種業(yè)務(wù)在IP網(wǎng)絡(luò)中的部署，建設(shè)成本低，效果好。在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有限的情況下，通過此實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興趣，提高學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)方面的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 三網(wǎng)合一； 仿真模擬； 虛擬機(jī)； IP網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）11-18-03

0 引言

地方院校由于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金匱乏、硬件設(shè)備不足等因素，給網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)課程的教學(xué)帶來了許多困難，教學(xué)中往往是許多學(xué)生共用一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)生無法獨(dú)立完成網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)。盡管企事業(yè)單位對網(wǎng)絡(luò)管理員和網(wǎng)絡(luò)工程師的需求量大，學(xué)生普遍對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身有較濃厚的興趣，但由于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)課程教學(xué)相當(dāng)抽象和枯燥乏味，很難吸引學(xué)生，學(xué)校很難培養(yǎng)出高水平的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員。

要解決這個(gè)問題，通過耗費(fèi)巨資建設(shè)“網(wǎng)絡(luò)工程”實(shí)驗(yàn)室固然是好的解決方案，但耗費(fèi)巨資是大部分地方院校難以承受的，而且網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室的復(fù)雜管理工作以及隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展面臨的更新?lián)Q代壓力也是令人十分頭痛的問題。因此，基于現(xiàn)實(shí)我們認(rèn)為在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，采用網(wǎng)絡(luò)仿真模擬技術(shù)，以較低的成本來實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)課程教學(xué)環(huán)境是一項(xiàng)值得研究的教學(xué)課題。

1 網(wǎng)絡(luò)仿真模擬技術(shù)

目前，地方院校常采用網(wǎng)絡(luò)仿真模擬技術(shù)來輔助網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)課程的教學(xué)，即通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝、調(diào)試、管理及操作。常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬軟件有： Packet Tracer、BOSON NetSim等，但這些網(wǎng)絡(luò)模擬軟件都是為思科認(rèn)證考試服務(wù)，支持的路由交換命令較少，在進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常發(fā)現(xiàn)這些模擬器不支持某些命令或參數(shù)。在GNS3中，所運(yùn)行的是實(shí)際的IOS，能夠使用IOS所支持的所有命令和參數(shù)[1]。

1.1 GNS3模擬軟件

GNS3是一款優(yōu)秀的、具有圖形化界面，允許運(yùn)行在Windows、Linux平臺(tái)的Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器，它整合了Dynamips、Pemu、Winpcap等軟件，支持NM-16ESW模塊的交換機(jī)命令、Cisco路由器（1700/2600/3600/3700/7200）、防火墻（PIX/ASA）、入侵檢測系統(tǒng)/入侵保護(hù)系統(tǒng)（IDS/IPS）等。GNS3模擬器的出現(xiàn)為設(shè)計(jì)和配置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮峁┝似脚_(tái)和技術(shù)支持，可以根據(jù)訂制的需求，模擬不同的模塊搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜铜h(huán)境、GNS3的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口和VMware虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)卡橋接，實(shí)現(xiàn)GNS3和VMWare的互通，為創(chuàng)建虛實(shí)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)創(chuàng)造了條件[2-3]。

1.2 VMware虛擬機(jī)介紹

為了模擬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的終端和服務(wù)器，需要一款虛擬機(jī)軟件，目前比較流行的虛擬機(jī)軟件有Virtual PC，VMware和Virtual Box等[4]，本案例使用VMware Workstation 6.0。VMware是一款優(yōu)秀的虛擬機(jī)軟件，允許操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序在一臺(tái)虛擬機(jī)內(nèi)部運(yùn)行，它除了為訪問網(wǎng)卡、CD-ROM、硬盤、USB設(shè)備提供橋梁外，還能模擬硬件[5]。它能夠在一臺(tái)物理PC機(jī)上虛擬多臺(tái)獨(dú)立的系統(tǒng)，為實(shí)施網(wǎng)絡(luò)類課程的綜合實(shí)驗(yàn)提供了條件，且操作界面簡單，功能強(qiáng)大。

1.3 采用GNS3+VMware虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)

⑴ 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室投資成本幾乎為零，在經(jīng)費(fèi)不充足的情況下，采用這一方案很有意義。計(jì)算機(jī)系擁有網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室，多媒體實(shí)驗(yàn)室、軟件綜合實(shí)驗(yàn)室。其中多媒體實(shí)驗(yàn)室、軟件綜合實(shí)驗(yàn)室為近兩年建設(shè)完成，設(shè)備較新，利用這些機(jī)房中的計(jì)算機(jī)，一臺(tái)主機(jī)即可建設(shè)成一個(gè)中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的模型，包含多個(gè)不同型號的路由器設(shè)備、交換機(jī)設(shè)備、防火墻設(shè)備、服務(wù)器、DZM區(qū)、多種寬帶接入方式等。

⑵ 虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)不易造成設(shè)備損壞，在實(shí)驗(yàn)過程中，安裝在計(jì)算機(jī)中的虛擬環(huán)境、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等軟件能夠經(jīng)受大量學(xué)生反復(fù)使用，虛擬環(huán)境、虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等軟件被破壞了可以隨時(shí)恢復(fù)或者重新安裝，不需額外成本，學(xué)生可以放開身手去做實(shí)驗(yàn)，解決了真實(shí)環(huán)境中由于學(xué)生操作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不規(guī)范，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞的問題。

2 基于GNS3+VMware的三網(wǎng)合一案例設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用GNS3可以模擬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由交換體系，利用VMware虛擬機(jī)軟件和本地主機(jī)可以模擬所有的網(wǎng)絡(luò)終端和服務(wù)器。基于GNS3+VMware的三網(wǎng)合一案例的拓?fù)鋱D如圖1所示。本案例中，使用一臺(tái)路由器作為ISP廣域網(wǎng)測試，兩臺(tái)路由器作為網(wǎng)絡(luò)的出口路由器，兩臺(tái)核心層交換機(jī)、兩臺(tái)匯聚層交換機(jī)和四臺(tái)接入層交換機(jī)，以及四臺(tái)模擬PC來完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接。所有設(shè)備都使用c3640的IOS，路由器ISP、R1和R2的插槽0和插槽1都使用NM-1FM-TX，核心交換機(jī)C.SW1、C.SW2，匯聚層交換機(jī)D.SW1、D.SW2的插槽0和插槽1都使用NM-16ESM，接入層交換機(jī)直接使用二層交換機(jī)；PC機(jī)C1和C4的節(jié)點(diǎn)配置用VPCS來模擬，各自添加本地端口分別為30000和30003，來測試PC和網(wǎng)絡(luò)間的連通性，PC2和PC3的節(jié)點(diǎn)配置使用以太網(wǎng)NIO，分別添加本地主機(jī)的本地連接和虛擬機(jī)網(wǎng)卡VMnet8的網(wǎng)卡，如圖2所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)與IP地址規(guī)劃

在本案例中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲芯W(wǎng)絡(luò)及IP地址規(guī)劃方案如表1所示。

3 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)測試

基于GNS3+VMware的三網(wǎng)合一實(shí)訓(xùn)案例，理論上要求要有數(shù)據(jù)、語音和視頻三種流量的融合，但為了最大程度地減少對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存和CPU資源的高要求，我們將數(shù)據(jù)流量用VPCS的連通性來驗(yàn)證，而語音和視頻將統(tǒng)一融合到語音及其視頻流量中。由于本地主機(jī)和虛擬機(jī)共用同一套音響和視頻外接設(shè)備，在同一時(shí)刻無共用到資源，所以演示為單向測試，即本地主機(jī)有正常的音頻和視頻輸出，但虛擬機(jī)無法獲得音頻和視頻輸出。

3.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測試

可在Web服務(wù)器上安裝IIS組件，部署一個(gè)Web網(wǎng)站，在網(wǎng)絡(luò)終端打開瀏覽器并輸入Web服務(wù)器的IP地址即可以訪問。為節(jié)省計(jì)算機(jī)資源，以VPCS模擬計(jì)算機(jī)，利用ping和tracer等常用網(wǎng)絡(luò)命令來驗(yàn)證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連通部署。

3.2 語音業(yè)務(wù)測試

以SIP協(xié)議為例部署語音軟交換業(yè)務(wù)。在服務(wù)器端，安裝miniSipServer軟件模擬真實(shí)的軟交換服務(wù)器；在客戶端，安裝SIP電話終端軟件的PC機(jī)來模擬軟交換的語音終端。語音業(yè)務(wù)在本地主機(jī)的語音客戶端X-Lite菜單欄點(diǎn)擊鍵盤鍵，在彈出的鍵盤上撥打“101”，即是撥到虛擬機(jī)的語音客戶端，撥通之后，能聽到語音電話的呼叫聲，同時(shí)被呼叫的語音電話有來電顯示，用戶可以選擇接聽（Answer）或者掛斷（Decline）。

判定本地主機(jī)與虛擬機(jī)之間是否有語音交換，注意到右上角的語音標(biāo)志旁邊的小圓點(diǎn)，當(dāng)兩邊進(jìn)行語音通訊時(shí)，小圓點(diǎn)會(huì)閃爍。由此可判定兩邊的語音客戶端確實(shí)有語音交流。

3.3 視頻業(yè)務(wù)測試

本地主機(jī)與虛擬機(jī)之間的視頻業(yè)務(wù)采用IP組播方式。服務(wù)器安裝了VLC播放器并播放視頻，并選擇串流到一個(gè)設(shè)定的組播地址（假定為224.1.1.1），模擬一個(gè)頻道的節(jié)目播出，在路由器和匯聚層上部署允許該組播地址對應(yīng)的串流通過。在終端以一臺(tái)安裝了VLC多媒體播放器的PC機(jī)模擬IPTV機(jī)頂盒。測試視頻業(yè)務(wù)與語音業(yè)務(wù)相似，只是在兩邊成功連接之后，點(diǎn)擊語音客戶端撥打界面的“Start sending your vedio”按鈕，即可進(jìn)行視頻聊天，點(diǎn)擊“Invite to Conference call”還可加入多人會(huì)議聊天。由圖4所示可以確定兩邊客戶端能成功地建立視頻聊天連接業(yè)務(wù)。

4 結(jié)束語

利用虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室的資金投入，減少了實(shí)驗(yàn)室管理成本，而且使網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間與空間限制。通過對GNS3+VMware的三網(wǎng)合一案例的研究與實(shí)現(xiàn)，可為教師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)課程教學(xué)及學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)提供良好的參考依據(jù)，值得在各類學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中推廣使用。

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