通過虛擬化技術構建網絡實驗室

　　摘 要： 本校通過Vmware、GNS3等虛擬化技術手段，方便和高效地構建學校虛擬化的網絡實驗室，在節約了成本的同時，收到了良好的教學效果。
　　關鍵字： 虛擬化技術 網絡實驗室 構建
　　
　　隨著網絡技術的不斷發展，計算機網絡的配置和管理也成為計算機專業的核心課程，但是由于學校資金的問題，不可能購買大量的交換機、路由器等網絡設施設備用于學生實驗，而虛擬技術的發展很好地解決了這樣的矛盾。同時我們在虛擬實驗室的構建中使用了兩類虛擬技術。
　　一是虛擬機技術，它可以使你在一臺機器上同時運行多個不同的操作系統。如WindowsXP等Windows操作系統、FreeBsd等Unix操作系統、RedHatl等Linux操作系統。常用的虛擬軟件主要有VMware的VMware Workstation、VMwareESX，微軟的VirtualPc、Hyper—V，Oracle的Virtual—box等，每個虛擬出的操作系統都可以虛擬出獨立的CPU、硬盤、內存、網卡等設備，而且可以根據實驗要求自主添加硬盤、網卡等設備，虛擬出的系統相當于獨立的機器，通過網絡的配置可以相互連接形成網絡、適合學生配置和調試各種網絡服務，如網絡中常用的一些WWW、FTP、網關、DHCP、DNS等服務。這樣實驗機房不需要安裝多操作系統，就可以在實驗用機器上同時啟動多個操作系統，同時只要通過拷貝先前已經虛擬好的系統文件包就可以快速虛擬出多個相同的操作系統，大大提高了虛擬效率。我們構建的虛擬實驗室主要采用了VMware的VMware Workstation和VMwareESX，VMware Workstation主要使用在機房實驗電腦上，便于學生做各種網絡實驗。VMwareESX安裝在服務器上，由于配置的兩臺浪潮服務器配置都比較好，內存有32G，CPU有8核，同時咨詢了浪潮服務商了解到這種型號的服務器需要重新刷新BIOS就能支持VMwareESX的安裝。所以我們在服務器上安裝了VMwareESX，同時兩機做了HA，保證了以后虛擬系統的冗余，當然如果以后想少走彎路使用VMwareESX的話，可以購買通過VMware公司認證的服務器品牌。在VMwareESX上虛擬出的機器主要是為了安裝后面會介紹到得網絡設備虛擬器（GNS3）。這個軟件模擬效果和操作直觀，但是對機器的要求較高，尤其是CPU，如果安裝在實驗機房電腦上，對系統影響較大。我們在VMwareESX上虛擬出多臺Win2003后，就在上面安裝GNS3軟件，通過圖形界面把虛擬網絡設備配置完成后，可以對外提供Telnet端口，給機房實驗的學生使用。學生在做實驗的時候，就和遠程連接到物理的交換機和路由器一樣的效果。同時老師也可以通過遠程桌面連接到虛擬出的Win2003系統對GNS虛擬出的網絡設備進行調整。
　　二是虛擬網絡設備軟件。也就是路由器—交換機模擬器，通過它來模擬出實驗說要用的路由器、交換機、PC機，以及各種網絡鏈路。現在常用的模擬器有Cisco的PacketTracer，華為的H3C—Simware、開源的Dynamips、GNS，但是在實際使用中發現PacketTracer的功能相對來說比較弱，雖然它可以圖形化的去搭建模擬網絡，但不能模擬真實的路由器交換機，有些命令無法使用，而Dynamips卻可以通過使用真實的路由器的IOS文件來模擬，但是Dynamips使用起來比較麻煩，尤其是網絡的搭建需要手工配置文件，難度較大，而GNS3很好地解決了這個問題。
　　GNS3是一款優秀的具有圖形化界面可以運行在多平臺（包括Windows，Linux，MacOS等）的網絡虛擬軟件。Cisco網絡設備管理員或是想要通過CCNA，CCNP，CCIE等Cisco認證考試的相關人士可以通過它來完成相關的實驗模擬操作。同時它也可以用于虛擬體驗Cisco網際操作系統IOS或者是檢驗將要在真實的路由器上部署實施的相關配置。它兼有PacketTracer的圖形化的搭建網絡的便利，又使用了Dynamips來虛擬真實的IOS文件。所以我們使用它來構建虛擬交換機實驗，構建完成并運行后，在虛擬服務器上會順序地啟用不同的端口對應到每個路由器上。學生可以小組形式協同工作，通過Telnet工具比如說SecureCRT或Xshell等連接到相應的路由器上，同時對一個虛擬網絡的多個設備進行配置，以完成相應的配置實驗操作，如圖所示。
　　GSN3界面
　　簡單說來，GNS是Dynamips的一個圖形前端，相比直接使用Dynamips這樣的虛擬軟件更容易上手和更具有可操作性。GNS3整合了如下的軟件：
　　（1）Dynamips：一款可以讓用戶直接運行Cisco系統(IOS)的模擬器。
　　（2）Dynagen：是Dynamips的文字顯示前端。
　　（3）Pemu：PIX防火墻設備模擬器。
　　（4）Winpcap：Windows平臺下一個免費、公共的網絡訪問系統。開發Winpcap這個項目的目的在于為Win32應用程序提供訪問網絡底層的能力。
　　通過VMware Workstation、VMwareESX、GNS3這些虛擬化軟件來搭建虛擬網絡實驗，較好地滿足了學生進行網絡實驗的要求，而且建構相對簡單、效率高，同時也節約了大量的資金投入，效果顯著。
　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”