黃小波

(廣東工業(yè)大學 自動化學院，廣州 510090)

思科公司是互聯(lián)網(wǎng)解決方案的提供者，其設備和軟件產(chǎn)品主要用于連接計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。與其設備相關的組網(wǎng)原理、配置技術以及相關軟件的使用也成為當前網(wǎng)絡技術的主流［1－2］。針對這一現(xiàn)狀，本系所開設的網(wǎng)絡工程綜合實驗和計算機網(wǎng)絡組網(wǎng)實驗中也增加了與思科設備和網(wǎng)絡軟件相關的實驗內容。學生在實驗中通過操作思科網(wǎng)絡設備和配置軟件完成各種組網(wǎng)任務，學習路由器和交換機上的命令及組網(wǎng)原理。這有利于學生對交換機及路由器相關知識的理解，提高對交換機及路由器配置方法及命令的運用，對提高學生的網(wǎng)絡技術水平和競爭力有積極作用。

1 實驗室的現(xiàn)狀分析

1.1 實驗室設備配置低下

計算機網(wǎng)絡高速發(fā)展，要取得好的實驗效果，就需要為學生提供充分的網(wǎng)絡配置優(yōu)化和故障分析的實驗機會。當前網(wǎng)絡實驗室普遍是利用路由器、交換機、PC機組成實際的網(wǎng)絡拓撲。由于思科的網(wǎng)絡設備比較昂貴，在一般的實驗室條件下難以配備完整的產(chǎn)品系列，通常情況是配置一些入門級的路由器和交換機。這些設備可以完成部分的網(wǎng)絡實驗，但有些網(wǎng)絡實驗需要比較高的型號設備才能夠完成。例如在多協(xié)議標簽交換(MPLS)需要6500型號的交換機或者是7000型號的路由器，第三層交換也需要至少4000型號以上的交換機才可以支持。而這些高端的設備一般都價格昂貴，且難以在實驗室環(huán)境下維護。此外，網(wǎng)絡設備的接口數(shù)目有限，難以支持比較大的拓撲結構上的網(wǎng)絡實驗［3－5］。

1.2 實驗室設備數(shù)目有限

實驗室里進行實驗一般都是以教學班的形式進行，分為34人一組，各組分別完成同一個實驗。以一個班50人計算，大約要分為13組。在完成BGP、OSPF這些實驗時，至少需要4臺路由器和1臺交換機，而實驗室里不可能同時提供這么多的路由器和交換機。如果共用設備，則會大大增加實驗設計的難度，并且也會使很多同學沒有機會親手去配置設備。學生實驗機會少，很難掌握最新技術。

1.3 頻繁使用導致實驗設備損耗大

由于每次實驗的拓撲結構都會變化，因此每次實驗都需要重新接線和移動設備的位置，導致設備和連接線的損耗非常大，特別是連接線，如路由器串行口之間的V.35連接線在多次插拔后非常容易損壞?；谝陨显?，在實驗室里進行面向一般教學班的思科網(wǎng)絡組網(wǎng)實驗很難在真實的設備上進行。因此虛擬設備成為一個可能的選擇。

2 基于Dynamips的思科虛擬實驗平臺

Dynamips是一款優(yōu)秀的Cisco路由交換模擬仿真平臺，可以運行在微軟(XP/2000/2003)或者Linux操作系統(tǒng)上。該平臺實際上是一種虛擬機技術，與VMWARE虛擬機平臺相似，即在物理計算機上虛擬出獨立的邏輯計算機，裝載并且運行軟件，使得利用有限的實驗設備開展以前無法開展的實驗成為可能［6］。Dynamips模擬技術可以方便地在一個或多個物理計算機上建立多個虛擬路由器，并且這些路由器可以同時運行并且互聯(lián)成網(wǎng)絡。該平臺模擬的Cisco網(wǎng)絡設備型號眾多。它通過直接加載思科的路由器操作系統(tǒng)IOS來實現(xiàn)把PC機模擬成路由器的功能，并且它支持模擬設備之間的真實互聯(lián)，使得虛擬設備之間的任意組網(wǎng)成為可能。

在實驗室環(huán)境中，PC機是數(shù)量最多的資源，在PC機上使用Dynamips構建虛擬實驗平臺是最理想的方案。Dynamips通過直接加載思科的IOS操作系統(tǒng)鏡像來進行思科路由器的模擬。它支持在一臺PC機上同時模擬出多個思科的路由器設備，但需要消耗較多的內存［7］。考慮到實驗室中的PC機配置，每臺PC機模擬3臺路由器比較合適。由于Dynamips所模擬出來的設備之間可以通過局域網(wǎng)互聯(lián)，因此這樣的設置形成了一種彈性架構，圖1展示了模擬設備與PC機的互聯(lián)關系。

圖1 Dynamips模擬設備與PC的互聯(lián)

虛擬實驗平臺在每臺PC機上模擬出3臺路由器，而通過每臺PC機上思科IOS鏡像文件的加載的不同可以實現(xiàn)不同設備的模擬。圖2展示了虛擬實驗平臺的平臺結構。

平臺上預置了Dynamips所支持的所有設備的IOS鏡像，學生在使用平臺進行實驗時可以根據(jù)需要選擇不同的IOS鏡像加載，以模擬出不同的設備。表1列出了平臺支持的IOS鏡像。由于同一種型號的設備有細分型號，同一種設備有不同版本的鏡像可供選擇，這里只列出了部分支持的設備和IOS鏡像。

圖2 虛擬實驗平臺的平臺結構

表1 虛擬實驗平臺支持的IOS鏡像(部分)

虛擬實驗平臺支持分布在不同的PC機上的虛擬設備間的互聯(lián)，使得進行復雜拓撲的網(wǎng)絡實驗成為可能。由于虛擬一臺路由器需要消耗一定的內存，在同一臺PC機上能夠虛擬出的路由器數(shù)目是有限的，不同PC機上的虛擬設備互聯(lián)是組網(wǎng)實驗能夠順利進行的重要保證。

在每臺PC機上安裝dynagen作為虛擬平臺的前端，通過dynagen的配置可以實現(xiàn)不同PC機上虛擬設備之間的互聯(lián)。工作原理是指定一個PC機作為服務器，上面運行dynagen，其他PC機需要運行Dynamips的虛擬服務。通過dynagen的.net文件配置可以實現(xiàn)在服務器上控制其他的虛擬路由器，并且IOS鏡像只需要在服務器上放置。因此在本虛擬平臺中，任何一臺PC機都可以作為Dynamips服務器運行互聯(lián)服務。圖3展示了分布式互聯(lián)的一個例子。

圖3 使用Dynamips的分布式互連

圖3 中PC1、PC2和PC3是局域網(wǎng)中的三臺計算機，PC1是虛擬了R1和R2，PC2和PC3上分別虛擬出R3和R4。使用dynagen作為前端，PC1設置為服務器，IOS鏡像放在PC1上，其他機器運行Dynamips的虛擬服務，可以實現(xiàn)上述互聯(lián)。拓撲只需要在PC1的dynagen的.net文件中配置即可。

圖4 BGP實驗拓撲

3 虛擬實驗平臺的教學應用

在本系的網(wǎng)絡工程綜合實驗中測試虛擬實驗平臺的應用。每次實驗學生人數(shù)為一個教學班，平均50人。整個實驗教學過程進行五次實驗，分別是RIPv2的CIDR實驗、OSPF實驗、VLAN和VLAN間路由實驗、BGP實驗和網(wǎng)絡工程綜合實驗。實驗以3名學生為一組，在一個有40臺PC機的實驗室中進行。預先在每一臺PC機上配置好Dynamips和dynagen，并把各種實驗中用到的設備的IOS鏡像放在每一臺PC機的硬盤目錄中。

我們以BGP為例，闡述在虛擬實驗平臺上進行BGP實驗的過程。實驗網(wǎng)絡拓撲圖如圖4所示。

實驗中3名學生為一組，共用兩臺PC機，每臺PC機模擬了3個路由器。在該實驗中我們采用的是1臺7200型號和2臺3640型號，拓撲上的PC機用lookback端口來代替，虛擬設備之間的連線由學生實驗時通過編寫.net文件來完成。該實驗AS之間運行BGP，AS內的路由協(xié)議使用OSPF。由于端口眾多，且BGP的配置量比較大，比較適合由3名學生共同完成。

由于每一組的學生有2臺PC機可以使用，這兩臺PC機可以作為終端設備進行路由器的配置，Dynamips可以設置路由器的登錄方式為從Console口或是Ethernet口登錄。實驗中出現(xiàn)的問題是實驗室中的機器都是連接在同一個局域網(wǎng)中的，所以在啟動Dynamips時可能導致虛擬服務器會尋找到網(wǎng)絡上所有的Dynamips服務器;可以通過實驗室的交換機跳線把各組的PC機與其他的PC機隔開，則各組之間的虛擬服務器不會相互影響。使用虛擬平臺進行的實驗比使用真實硬件更有條理，且實際的運行效果與真實設備一樣，能有效解決真實實驗資源不足的問題，緩解財政壓力給實驗實訓教學環(huán)節(jié)帶來的不利影響，有利于學生實踐操作能力的培養(yǎng)［8－9］，因此有較大的優(yōu)越性。

4 結束語

通過對網(wǎng)絡工程綜合實驗進行虛擬平臺的應用試驗，在一個以PC機為主的實驗室中安裝配置了Dynamips，并以分組的形式進行該實驗課程中的5個實驗，均取得了良好的效果。在虛擬實驗平臺上能夠做出和真實設備同樣的效果，且實驗過程更為有條理;學生對實驗過程出現(xiàn)的各種現(xiàn)象的記錄和分析也更為清晰，可以減少學生在物理線路檢查上所花費的精力，提高了實驗的效率，深受學生們的歡迎。

［1］王濤.用NetSim組建虛擬網(wǎng)絡實驗室［J］.長沙通信職業(yè)技術學院學報，2005，4(3):46－48.

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［3］鄭文光.Dynamips在計算機網(wǎng)絡技術教學中的應用［J］.商丘職業(yè)技術學院學報，2010，5(9):32－34.

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［5］袁展.基于Boson NetSim的小型網(wǎng)絡虛擬實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術，2007，30(7):87－92.

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