［王鴻 李凌 何捷］

1 引言

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是指把邏輯網(wǎng)絡(luò)從底層的物理網(wǎng)絡(luò)中分離開來或在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上模擬出多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)對(duì)每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行獨(dú)立的部署及管理。網(wǎng)絡(luò)虛擬化及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)更加多元化，被認(rèn)為是解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系僵化的最好方案。

EVE-NG 作為一款基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的網(wǎng)絡(luò)模擬器（前身為意大利人開發(fā)的 Unified Networking Lab，簡(jiǎn)稱 UNL），自2017 年1 月正式誕生之日起，就引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。它具有高可擴(kuò)展性、功能強(qiáng)大、操作界面簡(jiǎn)單易用、版本更新便捷、支持WEB 界面管理、支持定制個(gè)性化鏡像、適用人群更為廣泛、開源等諸多特點(diǎn)，不僅可以模擬國(guó)內(nèi)外眾多廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而且還可以模擬各類操作系統(tǒng)。例如：網(wǎng)絡(luò)工程師可用其模擬思科、華為、H3C、F5、Hillstone 等廠商設(shè)備；系統(tǒng)工程師可用其模擬CentOS、Debian、Ubuntu、Windows7、Windows10、WindowsServer、MacOS 等主流操作系統(tǒng)；存儲(chǔ)工程師可用其模擬Open-E 等一些主流存儲(chǔ)操作系統(tǒng)。EVE-NG 的應(yīng)用范圍廣泛，是由于其融入了Dynamips、IOL、QEMU 等經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)模擬器，同時(shí)，若有支持虛擬化的鏡像文件，也支持制作鏡像并導(dǎo)入來進(jìn)行生產(chǎn)模擬。

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了NFV 規(guī)模應(yīng)用的階段，例如5G 核心網(wǎng)，云服務(wù)等，都是使用虛擬化部署的方式提供服務(wù)。NFV 也是構(gòu)建于計(jì)算虛擬化基礎(chǔ)之上，因此EVE-NG 能夠比較完整的模擬VNF，從而進(jìn)行現(xiàn)真實(shí)境模擬實(shí)驗(yàn)的操作。

為了說明EVE-NG 的實(shí)現(xiàn)原理，本文主要從EVE-NG的拓?fù)浯鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)以及虛擬節(jié)點(diǎn)與本機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接邏輯關(guān)系兩方面進(jìn)行描述。

2 EVE-NG 同Web-IOU 的對(duì)比

Cisco IOU 是思科測(cè)試IOS 時(shí)使用的模擬器，基于Ubuntu Linux 系統(tǒng)，操作相對(duì)不方便，為了簡(jiǎn)化操作，后有開發(fā)者將IOU 從Linux 系統(tǒng)中提取了出來，并開發(fā)出了Web-IOU。

Web-IOU 是輕量級(jí)的IOU 模擬器，部署使用簡(jiǎn)單，但同時(shí)功能也相對(duì)簡(jiǎn)單，用于思科數(shù)通設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠M，同時(shí)支持在web 端上傳cisco 的官方鏡像。

Web-IOU 作為EVE-NG 的前代產(chǎn)品，在功能上與EVE-NG 相似，都可以通過虛擬化鏡像來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的模擬實(shí)驗(yàn)操作。為了更好說明EVE-NG 的特性，按照如下3 點(diǎn)將它與Web-IOU 進(jìn)行對(duì)比。

（1）在操作方式上

EVE-NG 支持在web 頁(yè)面直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的編排操作，能夠進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的增刪改等操作，能夠調(diào)整節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而作為早期網(wǎng)絡(luò)模擬器，Web-IOU 只能夠在創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)的netmap 中，使用特定語(yǔ)法描述節(jié)點(diǎn)之間接口的關(guān)聯(lián)關(guān)系，節(jié)點(diǎn)也是在創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)的界面中聲明，拓?fù)浣缑娌荒苓M(jìn)行關(guān)系的重連、節(jié)點(diǎn)修改等操作。相比而言，EVE-NG 更符合圖形用戶界面的操作，符合使用邏輯。

（2）在網(wǎng)絡(luò)模擬項(xiàng)目的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)上

Web-IOU 的LAB 信息是通過數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)表的關(guān)系將數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；而EVE-NG 后臺(tái)使用xml 格式文件描述項(xiàng)目。與數(shù)據(jù)庫(kù)相比，單個(gè)xml 文件更能直觀清晰的展示lab 信息。

①EVE-NG 的存儲(chǔ)方式

EVE-NG 的lab 文件的后綴為UNL 格式，文件內(nèi)的格式與xml 相同。在界面上的圖形化操作數(shù)據(jù)都是以xml 形式表示，因此直接導(dǎo)入編輯好的xml 文件也可以在界面上查看到需要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。其中包含的層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系如下。

根據(jù)此結(jié)構(gòu)可以看出，文件主要描述了結(jié)點(diǎn)的基本信息，如鏡像位置和接口名稱等信息，以及結(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，如不同結(jié)點(diǎn)之間的連接的線段信息。此兩者構(gòu)成了基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而objects 里則是結(jié)點(diǎn)的初始配置信息以及與實(shí)際不構(gòu)成拓?fù)涞拿枋鲂畔⒌取?/p>

②Web-IOU 的存儲(chǔ)方式

其中，Web-IOU 的數(shù)據(jù)表主要包：Bins 存儲(chǔ)鏡像信息；Configs 存儲(chǔ)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始配置信息；Devices 存儲(chǔ)各個(gè)幾點(diǎn)的屬性信息；Folder 存儲(chǔ)已經(jīng)創(chuàng)建的文件夾路徑信息；Images 存儲(chǔ)的圖片信息；Labs 存儲(chǔ)項(xiàng)目整體說明；Rel_img_lab 存儲(chǔ)圖片和lab 的關(guān)聯(lián)信息。各個(gè)數(shù)據(jù)表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 Web-IOU 數(shù)據(jù)表關(guān)系結(jié)構(gòu)

（3）在功能性上

Web-IOU 僅支持思科自身的IOS 設(shè)備，包含的設(shè)備種類相對(duì)較少。而EVE-NG 集成了IOU 和Dynamips，在Web-IOU 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了許多其它廠家的官方鏡像，同時(shí)還加入了qemu，可以通過制作qcow2 鏡像文件，手動(dòng)導(dǎo)入到qemu 路徑下即可創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬節(jié)點(diǎn)供web 端使用，應(yīng)用范圍更加廣泛。

3 EVE-NG 的實(shí)現(xiàn)邏輯

EVE-NG 主體架構(gòu)是在UNetLab 基礎(chǔ)上搭建的，主要的變化是其依賴中增添了PHP、Apache、Guacamole、MySQL、SQLite3 和 Open vSwitch 等技術(shù)，主要是在 Web 頁(yè)面服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)方面的改進(jìn)，以及自動(dòng)化方面技術(shù)的增添。同時(shí)為增強(qiáng)系統(tǒng)底層的性能，使用 KVM（kernelbasedvirtual machine）進(jìn)行硬件加速，使用 UKSM 進(jìn)行內(nèi)存優(yōu)化。在拓?fù)浣缑嫔线\(yùn)行某個(gè)節(jié)點(diǎn)，即在后臺(tái)使用kvm運(yùn)行其虛擬服務(wù)程序。

EVE-NG 有OVA 和ISO 兩種文件格式，通過vmware導(dǎo)入ova 的方式，將eve 安裝稱虛擬機(jī)，意味著每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行了vmware 和EVE-NG 的KVM 進(jìn)行了兩層虛擬化嵌套，而嵌套虛擬化會(huì)導(dǎo)致部署的結(jié)點(diǎn)性能有所下降。因此若對(duì)性能要求較高同時(shí)擁有單獨(dú)的物理設(shè)備，可以選擇用ISO 的方式裸機(jī)安裝EVE-NG，減少一層虛擬化操作。

以vmware 方式為例，如圖2 所示，在主機(jī)上創(chuàng)建了vmware 的虛擬網(wǎng)卡，EVE-NG 內(nèi)部虛擬網(wǎng)卡與vmware 的虛擬網(wǎng)卡相連，EVE-NG 的管理地址需配置成與vmware 網(wǎng)卡網(wǎng)相同網(wǎng)段，此時(shí)，主機(jī)、vmware 的虛擬網(wǎng)卡和EVE-NG 的管理接口均處在同一個(gè)網(wǎng)段。本機(jī)即可直接登錄EVE-NG 的web 界面，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的拓?fù)洳僮鞯取?/p>

圖2 vmware 部署EVE-NG 示意圖

在EVE-NG 的配置界面中，可以添加虛擬網(wǎng)橋Cloud，在系統(tǒng)層面對(duì)應(yīng)了EVE-NG 的pnet 接口，具體網(wǎng)橋與接口的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示。EVE-NG 的管理網(wǎng)卡為其第一塊網(wǎng)卡eth0，該塊網(wǎng)卡被橋接到EVE-NG 虛擬網(wǎng)橋Cloud0 所對(duì)應(yīng)的pnet0 網(wǎng)卡。因此，如果在拓?fù)浣缑鎸⑻摂M設(shè)備與Cloud0 網(wǎng)橋相連，也即連接到對(duì)應(yīng)編號(hào)的pnet0網(wǎng)卡，pnet0 就可以把設(shè)備發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀從對(duì)應(yīng)的物理網(wǎng)卡eth0 轉(zhuǎn)發(fā)出去，從而實(shí)現(xiàn)了虛機(jī)設(shè)備接入到了這個(gè)物理網(wǎng)卡所在的物理網(wǎng)絡(luò)中。將虛擬設(shè)備的ip 配置成eth0 相同的網(wǎng)地址段，便可以可實(shí)現(xiàn)本機(jī)直接對(duì)模擬設(shè)備的直接管理，如華為防火墻可直接使用其接口ip 訪問到其GUI。

表1 EVECloud 橋接表

如圖3 所示，將華為USG 防火墻的G/0/0/0 管理接口與Cloud0 網(wǎng)橋相連接，將VPC 的eth0 接口也與網(wǎng)橋相連。將USG 的G/0/0/0 接口配置成與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相同網(wǎng)段的地址(配置指令如圖4 所示)；VPC 使用“IP DHCP”自動(dòng)分配網(wǎng)絡(luò)地址。在后臺(tái)使用”brctl show”，可以查看到pnet0 作為網(wǎng)橋?qū)th0 與G0/0/0 進(jìn)行了橋接，如圖5 所示。配置完成后，USG 的G0/0/0 接口、VPC 的eth0 接口均與EVE-NG 的管理網(wǎng)卡eth0 處于同一網(wǎng)段，因此可實(shí)現(xiàn)PC主機(jī)對(duì)USG 防火墻的直接管理，同時(shí)在VPC 上也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)USG 的訪問。

圖3 EVE-NG 配置防火墻訪問示意

圖4 防火墻管理端口配置信息

圖5 虛擬結(jié)點(diǎn)通過橋接方式連接

在5G 核心網(wǎng)場(chǎng)景下，如圖6 所示，可以將核心網(wǎng)網(wǎng)元鏡像導(dǎo)入到EVE-NG 來進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，起到對(duì)現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境的模擬的效果。在此模擬環(huán)境上進(jìn)行數(shù)據(jù)配置并進(jìn)行模擬信令發(fā)送操作，可以驗(yàn)證配置指令的準(zhǔn)確性，減少現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)配置異常的可能。

圖6 使用EVE-NG 對(duì)5G 核心網(wǎng)進(jìn)行模擬

4 結(jié)束語(yǔ)

EVE-NG 作為一款具有代表性的開源虛擬網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，基于QEMU/KVM 和Linux 橋接，使其既可模擬操作系統(tǒng)又可模擬眾多廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。未來的各種技術(shù)發(fā)展，不論是虛擬化技術(shù)，虛擬機(jī)的通信技術(shù)，還是Linux 的優(yōu)化技術(shù)等，都可以在EVE-NG 中得到應(yīng)用。

在5G 的背景下，網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件也可以運(yùn)用于核心網(wǎng)方面，將核心網(wǎng)設(shè)備的虛擬化鏡像進(jìn)行部署連接，將虛擬設(shè)備的配置保持與現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境一致，即可起到現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境模擬和配置預(yù)測(cè)等功能。隨著后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，也可將個(gè)性化的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入到虛擬網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)模擬等操作，虛擬網(wǎng)絡(luò)仿真具有很好的發(fā)展前景。