網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（襄樊學(xué)院 電氣信息工程系，湖北 襄樊 441053）

摘要：本文分析了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題及利用模擬軟件設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，以交換機(jī)VLAN的配置實(shí)驗(yàn)為例詳細(xì)介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，解決了學(xué)校由于設(shè)備、經(jīng)費(fèi)缺乏導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)效果差的問(wèn)題，具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)工程；虛擬實(shí)驗(yàn)；Boson NetSim

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)11-20284-03

1 引言

虛擬實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬各種實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境[1]。虛擬實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)，為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)減輕了一定的壓力，如實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)費(fèi)用不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊老化，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?fù)頂D，學(xué)生人均臺(tái)、套數(shù)少，實(shí)物實(shí)驗(yàn)次數(shù)下降等等。設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)可以充分利用現(xiàn)有資源，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。它不僅能夠提高教育教學(xué)的效果，更加重要的是使一些缺乏實(shí)驗(yàn)條件的學(xué)生，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)同樣能夠達(dá)到實(shí)物實(shí)驗(yàn)的效果。

《網(wǎng)絡(luò)工程與管理》是網(wǎng)絡(luò)工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)主干專(zhuān)業(yè)課，要求有充足的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)使學(xué)生掌握路由器、交換機(jī)的配置。許多學(xué)校只能安排較多的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)卻很少開(kāi)設(shè)。究其原因，首先是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如企業(yè)級(jí)交換機(jī)、路由器非常昂貴，一般學(xué)校難以承受。即使組建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量也達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求；其次，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常快，現(xiàn)有設(shè)備也不可能隨著新型號(hào)出現(xiàn)而不斷淘汰更新。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，筆者采用虛擬實(shí)驗(yàn)良好地解決了這一難題，達(dá)到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果

2 虛擬實(shí)驗(yàn)方案的選擇

“網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)”即通過(guò)軟件模擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，向?qū)嶒?yàn)者提供配置使用路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)條件。它只需在普通PC機(jī)上安裝一個(gè)模擬軟件即可，無(wú)需其他設(shè)備的投資，方便又經(jīng)濟(jì)。目前優(yōu)秀的模擬軟件也有不少，如：RouterSim、dynamips、NetSim等等。雖然這些軟件仿真的都是CSICO公司的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，但前二款軟件與CSICO的認(rèn)證考試（如：CCNA、CCNP）結(jié)合過(guò)于緊密，用于普通學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，顯得不夠靈活。而B(niǎo)oson公司出品的NetSim不但支持CSICO的認(rèn)證考試，同時(shí)還支持自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓囼?yàn)，這一點(diǎn)十分適合普通學(xué)校的教學(xué)需求。

3 網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

3.1 無(wú)場(chǎng)所限制

因?yàn)橹皇且粋€(gè)軟件，所以幾乎可以被靈活地安裝在任何地方的PC機(jī)上（包括：機(jī)房的學(xué)生機(jī)、教師機(jī)、學(xué)生寢室的電腦等等），不需要專(zhuān)門(mén)的房間，不需要布線，使用時(shí)也就沒(méi)必要到固定的實(shí)驗(yàn)室。只要愿意，完全可以讓任何一臺(tái)PC機(jī)都成為“虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”，這樣是非常方便學(xué)校安排機(jī)房使用的。

3.2 設(shè)備選擇多

組建“物理的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”時(shí)，由于經(jīng)費(fèi)的原因，不可能把各種型號(hào)的設(shè)備統(tǒng)統(tǒng)包括。這樣，實(shí)驗(yàn)者能夠接觸到的設(shè)備就相對(duì)有限。而象NetSim這樣的仿真軟件，通常包括了幾乎所有型號(hào)的設(shè)備，實(shí)驗(yàn)者可以學(xué)習(xí)到大部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置方法。

3.3 升級(jí)方便

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展飛快，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的更新?lián)Q代也很快，為了不與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室也需要及時(shí)升級(jí)。對(duì)于“物理的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”，升級(jí)就意味著更新設(shè)備，意味著又一筆巨大的開(kāi)銷(xiāo)。而“虛擬實(shí)驗(yàn)室”的升級(jí)，只需安裝升級(jí)包，或重新安裝新版本的仿真軟件即可。

3.4 實(shí)驗(yàn)方便

若使用的是“物理的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”，教師要準(zhǔn)備一個(gè)試驗(yàn)（譬如：“路由器故障排除”實(shí)驗(yàn)），需要事先對(duì)每一套設(shè)備做設(shè)置，工作量相當(dāng)大。但使用“虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室”，教師完全可以在辦公室中將實(shí)驗(yàn)的TOP環(huán)境、設(shè)備初始配置等信息準(zhǔn)備好，并保存為數(shù)據(jù)文件“*.top”，然后帶到機(jī)房，將其導(dǎo)入學(xué)生機(jī)的仿真軟件即可，非常高效。

4 網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例

Boson NetSim[2]有不同的版本，這里以常用的Boson Netsim5.31作為實(shí)驗(yàn)軟件。Boson NetSim5.31中有包含二個(gè)組件：自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（Boson Network Designer）、配置模擬環(huán)境（Boson NetSim），它可實(shí)驗(yàn)CISCO常用路由器和交換機(jī)的配置。下面以VLAN的配置實(shí)驗(yàn)為例介紹虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生理解VLAN的相關(guān)原理，掌握Cisco交換機(jī)VLAN的基本配置。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

①驗(yàn)證不同VLAN之間的主機(jī)不能通信。

②驗(yàn)證同一VLAN內(nèi)的主機(jī)能相互通信。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

①路由器端口、主機(jī)IP地址的配置。

②交換機(jī)VLAN的配置。

③主機(jī)與主機(jī)通信的測(cè)試。

4.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

啟動(dòng)Network Designer（如圖1），就可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

圖1中，右部灰色的區(qū)域是設(shè)計(jì)區(qū)，左上部是設(shè)備列表，左下部是設(shè)備信息介紹區(qū)。設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)，在設(shè)備列表中選中設(shè)備后，直接用鼠標(biāo)逐個(gè)拖拽到設(shè)計(jì)區(qū)，然后在設(shè)備圖標(biāo)上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中選擇適當(dāng)?shù)亩丝谶M(jìn)行設(shè)備間的互連。設(shè)計(jì)完成后，可將設(shè)計(jì)保存為一個(gè)“.top”文件，以后若要查看或修改，只要載入該文件即可。

為了方便實(shí)驗(yàn)，圖1中各個(gè)設(shè)備的IP地址信息假定如下表1：

4.2 為路由器端口和主機(jī)配置IP地址信息

將設(shè)計(jì)的拓?fù)鋱D在Boson NetSim中打開(kāi)，就可以為設(shè)備配置參數(shù)。如圖2。

在圖2所示窗口的命令提示符下輸入以下命令，為路由器的fa0/0端口配置IP地址。

interface fa0/0

ip address 192.168.0.4 255.255.255.0

在圖2中工具欄點(diǎn)擊“eStations”，然后輸入winipcfg，系統(tǒng)彈出一個(gè)對(duì)話(huà)框，在相應(yīng)欄中輸入IP地址即可。如圖3。

4.3劃分VLAN

默認(rèn)情況下，交換機(jī)的所有端口在一個(gè)VLAN中，在交換機(jī)配置界面的“#”提示符下輸入show vlan查看。

在工具欄選中交換機(jī)，進(jìn)入交換機(jī)的配置界面，輸入命令如下：

enable 進(jìn)入特權(quán)模式

config t 進(jìn)入配置模式

vlan [number] name [name] 建立名為name，編號(hào)為number的VLAN

interface [ethernet/fastethernet][number] 選定一個(gè)接口

vlan-membership static [number] 將選定的接口加到編號(hào)為number的VLAN中。

4.4 通信測(cè)試

劃分VLAN以前，所有主機(jī)默認(rèn)在一個(gè)VLAN中，可以在主機(jī)的配置界面中利用“ping”命令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通性。在劃分VLAN以后，再測(cè)試不同VLAN中的主機(jī)是否能連通。

上面是實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，在指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求先理解相關(guān)概念，讓學(xué)生自己設(shè)定IP地址信息、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)交換機(jī)端口劃分不同的VLAN。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了路由器、交換機(jī)模擬軟件Boson Netsim5.31的使用方法，詳細(xì)分析了利用Boson Netsim5.31設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)的一個(gè)實(shí)例。筆者根據(jù)上面的方法設(shè)計(jì)了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程虛擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果非常好，基本掌握了CISCO路由器、交換機(jī)的常用配置命令。雖然有些功能在模擬器上不能實(shí)驗(yàn)（如三層交換機(jī)實(shí)驗(yàn)），但掌握基本的配置，將為以后配置真實(shí)的設(shè)備打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 雒偉群，何丕廉，任大同.協(xié)同虛擬實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2004.(12):252-254.

[2] 張保通.BOSON NetSim 入門(mén)進(jìn)階[EB/OL].http://school.chinaitlab.com.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文