基于Web的網絡仿真平臺設計在教學中的應用研究

陳楠

(南昌交通學院,江西南昌 330100)

0 引言

應用型高校是指以應用型為主,以培養適應生產、建設、管理、服務一線需要的高級應用型人才為培養目標; 隨著信息技術的高速發展,互聯網技術已經和我們的生活息息相關,高校計算機網絡課程的實踐教學在內容、方法、實驗室、師資等方面存在問題[2]。通過分析計算機網絡課程實踐教學的現狀與問題,基于以應用型人才為培養目標,進行課程體系、教學方法、校企合作、實驗室建設等方面的改革。針對基于傳統物理設備實驗教學存在問題及不同廠商仿真平臺的局限性,滿足自主學習理念、分層實驗教學需要,使用基本于Web的EVN-NG仿真平臺進行計算機網絡虛擬仿真實驗教學,采用虛擬仿真與實驗室相結合的方式,在最大程度保留現有基礎設施基礎上,通過模擬器、虛擬機等軟件技術,建立虛擬仿真實驗平臺。在虛擬仿真環境下完成實驗教學,解決傳統實驗平臺存在的實驗室設施、網絡及設備方面的問題。

1 計算機網絡平臺現狀

1.1 仿真平臺的優勢

仿真是進行實際系統操控前的最真實而有效的模擬過程。它所具備的優勢有兩點:一方面是實際網絡的復雜性在當前的實驗性環境下不能立即構建完成,實驗設備和成本等都是達不到。計算機網絡的組網是一項系統的工程,并且變化多樣。為此要構建所有實際的網絡實際模型或者環境來供學習是不可能的。另一方面是計算機網絡對設備和技術的需求是多樣性的[3],為此,要在構建實際的網絡之前,進行有效的網絡仿真是保證實際網絡構建的前提。

1.2 仿真平臺對比

目前市場上主流的網絡設備廠家有思科、華為、華三、銳捷,思科因為安全問題雖然在大型企業單位少有使用,但在一些小型企業及外企仍是非常普及,且思科在早期所占有的市場比重也是非常大的,所使用主流仿真軟件也有不少,它們分別是Dynamips、Cisco Packet Tracer和GNS3,Dynamips是基于一款基本虛擬化的模擬器,與GNS3相比GNS3不僅融合了Dynamips內核,同時帶有圖型化界面,還可以模擬Juniper的模擬器和ASA模擬器,而且更加容易上手,運行更加可靠,但也有它的缺點,一是占用電腦資源多,且它只在路由器等方面較有優勢,交換網絡仿真上有所欠缺;Cisco Packet Tracer只適合初學者,它是基本純軟件模擬,與真實設備環境相差甚遠,而且很多設備和命令不支持[4]。

eNSP是一款由華為提供的免費的、可擴展的、圖形化操作的網絡仿真工具平臺,完美呈現真實設備實景,支持大型網絡模擬,讓用戶有機會在沒有真實設備的情況下模擬演練,學習網絡技術,缺點是當運行多臺設備時對電腦的性能要求比較高。華三設備命令幾乎和華為設備命令相同,但它也有自己仿真平臺HCL及自己的認證體系;所以當學生在學習網絡知識的時候可能這些軟件都要用到,這就大大增加學習的難度,甚至學校的教學課程與實驗室的設備平臺是不一致的,這就使得仿真平臺難以在學生學習生發揮應有的功效。

2 基于WEB的網絡仿真平臺

以上所涉及的問題一般都是圍繞以下幾點:一是有些仿真平臺自身功能強大,但可以對硬件需求高;二是仿真平臺只適合各自廠家設備的應用場景,而在真實的網絡環境中,一個公司或企業用的設備絕大多數都不只會用到一個廠家,這種由不同廠家設備組成的網絡環境才是最接近真實的應用場景的[5],而基WEB的EVE-NG網絡仿真平臺軟件就能很好的解決這些難題,能夠更好的輔助教學、提高學生實踐技能。

2.1 EVE-NG網絡仿真平臺的部署與實施

EVE-NG可以提供在虛擬設備周圍使用并將其與其他虛擬或物理設備互連的工具。它的許多功能極大地簡化了可用性、可重用性、可管理性、互聯性、分發性,從而簡化了理解和共享拓撲、工作、思想、概念或簡單地做實驗的能力。這也意味著它將減少設置所需內容的成本和時間,能夠執行原本以為沒有那么么簡單的任務。

它可以用于研究各種技術,例如網絡自動化、SDN等,可以用于重新創建公司網絡,并在將其投入生產之前進行測試更改?？梢詾榭蛻趄炞C設計思路(POC)。可以通過重新創建網絡問題來進行故障排除,例如使用Wireshark檢查數據包。還可以用于測試模擬網絡中的軟件、測試任何類型的安全漏洞、系統工程(例如LDAP和AD服務器)以及更多領域。

2.2 系統要求

EVE-NG有OVA或ISO文件格式。開放式虛擬設備(OVA)格式是歸檔文件(TAR),用于描述虛擬機的磁盤和配置文件。它可用于在虛擬機管理程序(如VMw are Workstation,Player和ESXi)中部署VM。只要主機滿足或超過已部署節點的資源要求,這對于實驗目的就是非常好的。

EVE-NG也可以使用提供的ISO映像直接安裝在物理硬件上,而無需虛擬機管理程序。這被稱為“裸機”安裝,是最推薦的安裝EVE-NG的方法。

PC推薦配置需求,CPU支持Intel ? VT-x/EPT虛擬化的Intel CPU,Intel i7(8個邏輯處理器),在BIOS中啟用了Intel虛擬化,操作系統需為Windows 7以上或Linux桌面,VMware Workstation 12.5以上版本;此配置環境下PC能夠運行中小型實驗,每個實驗中節點的性能和數量取決于實驗中部署的節點類型,例如:IOL鏡像:每個實驗最多120個節點;vIOS鏡像:每個實驗最多20-40個節點;CSR鏡像:每個實驗最多10個節點。

專用服務器(裸機)系統要求,CPU:支持具有擴展頁表(EPT)和Intel ? VT-x的Intel Xeon CPU,操作系統:Ubuntu Server 16.04.4 LTS x64,推薦CPU 2x Intel E5-2650v3(40個邏輯處理器)或更好地支持Intel ? VT-x與擴展頁表(EPT)。

3 EVE Cloud網絡應用場景

EVE-NG涵蓋Dynamips、IOL、QEMU三大組件,這三個組件完成了EVE-NG平臺上所有設備的虛擬化,是支撐EVE-NG平臺的核心。EVE-NG能運行Cisco、Juniper、F5、Fortinet、H3C、Huawei、PaloAlto、CheckPoint等眾多網絡設備操作系統,能運行Windows、Ubuntu、CentOS、MacOS等主機操作系統,同樣能運行VMware、Ope nStack、Proxmox VE、Citrix、KVM、QEMU、Docker等虛擬化環境/云計算操作系統。

EVE-NG是一個無客戶端的仿真平臺,為網絡、安全、系統等人員提供了更多的學習和工作機會,最大的特色是借助HTML5實現了去客戶端化。因此EVE-NG在交互模式上更加具有優勢。

以下為幾種經典應用場景:

(1)Internal云網絡被用在一個實驗內部節點之間的擴展連接器。它只在當前實驗中起作用,與其他實驗隔離,其他用戶看不到如圖1。

連接節點到Internal云上。配置的節點就像連接在同一個交換機上,CDP也有效。如果有必要在整個實驗中建立連接,而又不想連接到其他實驗(跨實驗建立連接),可以選擇Internal云。

(2)NAT網絡EVE-NG PRO有一個嵌入式NAT接口,其子網為172.29.129.0/24。這個功能類似于VMware Nat接口,但是EVE將172.29.129.0/24(此子網在EVE中進行硬編碼,不能更改設置)子網轉換到EVE的管理接口pnet0。如果EVE管理接口已連接到互聯網,將NAT云添加到EVE實驗中,就可以讓節點通過NAT云訪問到互聯網。

(3)EVE實驗與外部物理物理和設備互連,VMware Workstation EVE建議在PC上使用第二個以太網口。它也可以是U S B以太網擴展器,下面的示例將展示連接到3750G-24物理交換機的Windows 10主機。這個Windows 10主機有Intel(R)PRO/1000 PT雙口網絡適配器,并與VMware Workstation(版本14)的VMnet橋接。虛擬網絡編輯器設置,橋接的VMnet與物理網絡適配器連接。EVE虛擬機的設置。網絡適配器橋接到了VMnet0(Intel物理網口#1)上,而網絡適配器2橋接到了VMnet1(Intel物理網口#2)。

E VE虛擬機的網絡對應關系:C l ou d 0網絡適配器Mnet0 Intel 物理網卡#1;Cloud1網絡適配器2 VMnet1 Intel物理網卡#2

物理設備與VMware橋接的方案圖如圖2。

圖2 物理設備與 VMware 橋接的方案圖Fig.2 Schematic diagram of physical device bridging to VMware

利用EVE仿真平臺可以適應各種復雜的應用場景,這大的彌補了其他仿真平臺及實驗室的不足。通過EVE能夠應用于教學、學生學習,包括思科、瞻博網絡以及許多其他廠商,如C h e c k P o i n t,PaloAlto,F5等;可以構建網絡,從而要求并計劃正確的設計來驗證解決方案;無風險,可以輕松,快速地在安全環境中重現和改進真實網絡架構,而無需觸及真實網絡;使用EVE可以確認多供應商交互,這種靈活性意味著關鍵決策中的選擇自由。

4 結論

EVE仿真平臺在教學中取得預期的效果,有了此平臺即使沒有各廠家真實設備,仍然可以實現不同設備互聯實驗,隨著此仿真實驗平臺在教學中的廣泛使用,為科研、教學實踐及學校教學改革發展起到了促進作用。