基于GNS3+VMware的虛擬網絡實驗室

摘 要： 為建設虛擬網絡實驗室，針對常用網絡模擬軟件存在不能加載真正的IOS、不能與真實網絡進行通信的缺點，利用思科網絡仿真軟件GNS3和虛擬機軟件VMware的優點，搭建虛實結合的網絡綜合實訓平臺，完成數據、語音、視頻三種業務在IP網絡中的部署，建設成本低，效果好。在實驗室網絡設備有限的情況下，通過此實訓平臺，可激發學生學習網絡技術的興趣，提高學生在網絡規劃與設計方面的實踐創新能力。

關鍵詞： 三網合一； 仿真模擬； 虛擬機； IP網絡

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

0 引言

地方院校由于實驗室建設資金匱乏、硬件設備不足等因素，給網絡類專業課程的教學帶來了許多困難，教學中往往是許多學生共用一套網絡設備，導致學生無法獨立完成網絡綜合實驗。盡管企事業單位對網絡管理員和網絡工程師的需求量大，學生普遍對網絡技術本身有較濃厚的興趣，但由于傳統的網絡類專業課程教學相當抽象和枯燥乏味，很難吸引學生，學校很難培養出高水平的網絡技術人員。

要解決這個問題，通過耗費巨資建設“網絡工程”實驗室固然是好的解決方案，但耗費巨資是大部分地方院校難以承受的，而且網絡工程實驗室的復雜管理工作以及隨著網絡技術的發展面臨的更新換代壓力也是令人十分頭痛的問題。因此，基于現實我們認為在現有的實驗環境下，采用網絡仿真模擬技術，以較低的成本來實現較優的網絡類專業課程教學環境是一項值得研究的教學課題。

1 網絡仿真模擬技術

目前，地方院校常采用網絡仿真模擬技術來輔助網絡類專業課程的教學，即通過軟件的方式實現對網絡設備的安裝、調試、管理及操作。常見的網絡設備模擬軟件有： Packet Tracer、BOSON NetSim等，但這些網絡模擬軟件都是為思科認證考試服務，支持的路由交換命令較少，在進行相關實驗時，常常發現這些模擬器不支持某些命令或參數。在GNS3中，所運行的是實際的IOS，能夠使用IOS所支持的所有命令和參數[1]。

1.1 GNS3模擬軟件

GNS3是一款優秀的、具有圖形化界面，允許運行在Windows、Linux平臺的Cisco網絡設備模擬器，它整合了Dynamips、Pemu、Winpcap等軟件，支持NM-16ESW模塊的交換機命令、Cisco路由器（1700/2600/3600/3700/7200）、防火墻（PIX/ASA）、入侵檢測系統/入侵保護系統（IDS/IPS）等。GNS3模擬器的出現為設計和配置網絡拓撲提供了平臺和技術支持，可以根據訂制的需求，模擬不同的模塊搭建網絡拓撲和環境、GNS3的虛擬網絡設備接口和VMware虛擬機的虛擬網卡橋接，實現GNS3和VMWare的互通，為創建虛實結合的網絡綜合實訓平臺創造了條件[2-3]。

1.2 VMware虛擬機介紹

為了模擬整個網絡系統中的終端和服務器，需要一款虛擬機軟件，目前比較流行的虛擬機軟件有Virtual PC，VMware和Virtual Box等[4]，本案例使用VMware Workstation 6.0。VMware是一款優秀的虛擬機軟件，允許操作系統和應用程序在一臺虛擬機內部運行，它除了為訪問網卡、CD-ROM、硬盤、USB設備提供橋梁外，還能模擬硬件[5]。它能夠在一臺物理PC機上虛擬多臺獨立的系統，為實施網絡類課程的綜合實驗提供了條件，且操作界面簡單，功能強大。

1.3 采用GNS3+VMware虛擬網絡實驗室的優點

⑴ 構建虛擬網絡實驗室投資成本幾乎為零，在經費不充足的情況下，采用這一方案很有意義。計算機系擁有網絡工程實驗室，多媒體實驗室、軟件綜合實驗室。其中多媒體實驗室、軟件綜合實驗室為近兩年建設完成，設備較新，利用這些機房中的計算機，一臺主機即可建設成一個中小型企業網絡規劃的模型，包含多個不同型號的路由器設備、交換機設備、防火墻設備、服務器、DZM區、多種寬帶接入方式等。

⑵ 虛擬網絡實驗室平臺不易造成設備損壞，在實驗過程中，安裝在計算機中的虛擬環境、虛擬網絡設備等軟件能夠經受大量學生反復使用，虛擬環境、虛擬網絡設備等軟件被破壞了可以隨時恢復或者重新安裝，不需額外成本，學生可以放開身手去做實驗，解決了真實環境中由于學生操作網絡設備不規范，導致網絡設備損壞的問題。

2 基于GNS3+VMware的三網合一案例設計

2.1 網絡拓撲結構設計

采用GNS3可以模擬整個網絡路由交換體系，利用VMware虛擬機軟件和本地主機可以模擬所有的網絡終端和服務器。基于GNS3+VMware的三網合一案例的拓撲圖如圖1所示。本案例中，使用一臺路由器作為ISP廣域網測試，兩臺路由器作為網絡的出口路由器，兩臺核心層交換機、兩臺匯聚層交換機和四臺接入層交換機，以及四臺模擬PC來完成整個網絡的連接。所有設備都使用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C.SW1、C.SW2，匯聚層交換機D.SW1、D.SW2的插槽0和插槽1都使用NM-16ESM，接入層交換機直接使用二層交換機；PC機C1和C4的節點配置用VPCS來模擬，各自添加本地端口分別為30000和30003，來測試PC和網絡間的連通性，PC2和PC3的節點配置使用以太網NIO，分別添加本地主機的本地連接和虛擬機網卡VMnet8的網卡，如圖2所示。

2.2 網絡與IP地址規劃

在本案例中，整個網絡拓撲中網絡及IP地址規劃方案如表1所示。

3 實訓平臺測試

基于GNS3+VMware的三網合一實訓案例，理論上要求要有數據、語音和視頻三種流量的融合，但為了最大程度地減少對計算機系統內存和CPU資源的高要求，我們將數據流量用VPCS的連通性來驗證，而語音和視頻將統一融合到語音及其視頻流量中。由于本地主機和虛擬機共用同一套音響和視頻外接設備，在同一時刻無共用到資源，所以演示為單向測試，即本地主機有正常的音頻和視頻輸出，但虛擬機無法獲得音頻和視頻輸出。

3.1 數據業務測試

可在Web服務器上安裝IIS組件，部署一個Web網站，在網絡終端打開瀏覽器并輸入Web服務器的IP地址即可以訪問。為節省計算機資源，以VPCS模擬計算機，利用ping和tracer等常用網絡命令來驗證數據業務的連通部署。

3.2 語音業務測試

以SIP協議為例部署語音軟交換業務。在服務器端，安裝miniSipServer軟件模擬真實的軟交換服務器；在客戶端，安裝SIP電話終端軟件的PC機來模擬軟交換的語音終端。語音業務在本地主機的語音客戶端X-Lite菜單欄點擊鍵盤鍵，在彈出的鍵盤上撥打“101”，即是撥到虛擬機的語音客戶端，撥通之后，能聽到語音電話的呼叫聲，同時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）。

判定本地主機與虛擬機之間是否有語音交換，注意到右上角的語音標志旁邊的小圓點，當兩邊進行語音通訊時，小圓點會閃爍。由此可判定兩邊的語音客戶端確實有語音交流。

3.3 視頻業務測試

本地主機與虛擬機之間的視頻業務采用IP組播方式。服務器安裝了VLC播放器并播放視頻，并選擇串流到一個設定的組播地址（假定為224.1.1.1），模擬一個頻道的節目播出，在路由器和匯聚層上部署允許該組播地址對應的串流通過。在終端以一臺安裝了VLC多媒體播放器的PC機模擬IPTV機頂盒。測試視頻業務與語音業務相似，只是在兩邊成功連接之后，點擊語音客戶端撥打界面的“Start sending your vedio”按鈕，即可進行視頻聊天，點擊“Invite to Conference call”還可加入多人會議聊天。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務。

4 結束語

利用虛擬網絡實驗室不僅節省了實驗室的資金投入，減少了實驗室管理成本，而且使網絡實驗不受時間與空間限制。通過對GNS3+VMware的三網合一案例的研究與實現，可為教師進行網絡類專業課程教學及學生進行綜合實驗提供良好的參考依據，值得在各類學校的網絡技術實驗課程教學中推廣使用。

參考文獻：

[1] 龍艷軍，歐陽建權，俞佳曦.基于GNS3和VMware的虛擬網絡系統集成實驗室研究[J].實驗技術與管理，2013.30（2）：90-93

[2] 唐燈平.整合GNS3和VMware搭建虛實結合的網絡技術綜合實訓平臺[J].浙江交通職業技術學院學報，2012.13（2）：41-44

[3] 彭春燕，劉兵.GNS3在計算機網絡課程教學中的應用[J].學理論，2010.20：292-293

[4] 李元元.基于GNS3軟件構建三網融合仿真實訓平臺[J].中國現代教育裝備，2012.1：13-15

[5] 包敬海，周小珠，樊東紅.基于VMWare構建虛擬網絡實驗室的研究[J].計算機技術與發展，2010.20（6）：242-245