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基于CNS3與Wi eshark虛擬路由交換實(shí)驗(yàn)平臺的搭建
基于CNS3與Wi eshark虛擬路由交換實(shí)驗(yàn)平臺的搭建作者/ 劉超 張 品
摘 要：介紹了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件GNS3以及協(xié)議包捕獲與分析軟件Wireshark，并進(jìn)一步重點(diǎn)討論了將GNS3與Wireshak相結(jié)合構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由交換虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的方案。為提高網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力、促進(jìn)理論與實(shí)踐水平的全面發(fā)展提供了一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。
關(guān)鍵詞：GNS3；Wireshark；路由交換；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對網(wǎng)絡(luò)專業(yè)技術(shù)人才的需求不斷增加。然而傳統(tǒng)的以教師課堂講授、學(xué)生聽講以及閱讀教材的培養(yǎng)模式，使得學(xué)生動手實(shí)踐能力薄弱，難以分析解決實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程問題，滿足不了用人單位的需求。在掌握扎實(shí)理論基礎(chǔ)知識的前提下，如何進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，提高他們的專業(yè)水平和職業(yè)素養(yǎng)，成為高校網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教師以及相關(guān)教育界人士亟待解決的問題。建立完善的網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生提供操作真實(shí)設(shè)備的機(jī)會無疑是解決這一問題的有效途徑。然而，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格昂貴，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高且升級換代快。購置大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上對于很多院校而言是不現(xiàn)實(shí)的，而購買少量設(shè)備又滿足不了學(xué)生的使用需求。近年來，以網(wǎng)絡(luò)仿真軟件為核心的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺在很多高校網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中日益得到關(guān)注。本文從網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐技能培養(yǎng)的角度出發(fā)，談?wù)勅绾问褂镁W(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件GNS3和協(xié)議包捕獲與分析軟件Wireshark來構(gòu)建虛擬路由交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺，希望能夠?yàn)楦咝＞W(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)起到拋磚引玉的作用。
一、GNS3簡介
GNS3是當(dāng)前著名的圖形化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬軟件。其最顯著也是優(yōu)于其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件之處是GNS3通過在虛擬的路由器和交換機(jī)硬件平臺上運(yùn)行真實(shí)的思科IOS網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，從而使用戶獲得與操作真實(shí)路由器和交換機(jī)同樣的體驗(yàn)和感受。此外，GNS3是開源共享軟件，可以從其官方網(wǎng)站直接下載安裝。除了必要的計(jì)算機(jī)資源以外，幾乎不需要額外成本。GNS3具有以下幾個特點(diǎn)：
1.支持多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模型以及鏈路模型
這些模型包括：（1）思科路由器（1700/2600/3600/3700/7200系列）；（2）以太網(wǎng)交換機(jī)；（3）思科防火墻（PIX/ASA）；（4）入侵檢測與防御系統(tǒng)（IDS/IPS）；（5）Juniper路由器；（6）ATM交換機(jī)；（7）幀中繼交換機(jī)；（8）Qemu虛擬主機(jī)等。GNS3提供了思科產(chǎn)品的虛擬硬件仿真平臺，同時允許用戶為這些平臺設(shè)置合適的參數(shù)以運(yùn)行IOS系統(tǒng)。
2.提供圖形化交互式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)環(huán)境
用戶可以簡單地將代表各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的圖標(biāo)拖拽到工作區(qū)域窗口中，并用合適的鏈路類型將相關(guān)設(shè)備的端口進(jìn)行連接，即可輕松創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⒖煞奖愕貙ν負(fù)溥M(jìn)行修改與保存。這種圖形化的拓?fù)鋭?chuàng)建方式非常直觀便捷。同時，也有利于用戶集中精力進(jìn)行后面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置工作
3.重現(xiàn)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置環(huán)境
GNS3雖然是一款網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件，但是其仿真的是硬件平臺，即用虛擬機(jī)環(huán)境來替代硬件平臺，進(jìn)而在這些虛擬機(jī)中運(yùn)行真實(shí)的思科IOS系統(tǒng)。用戶對GNS3中運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置，實(shí)際上就是在和真實(shí)的IOS操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，獲得的反饋和操作體驗(yàn)與通過控制口登錄到真實(shí)思科網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置是完全一樣的。并且用戶可以配置所有IOS在硬件平臺上提供的功能，這與很多只提供IOS部分功能的模擬器相比優(yōu)勢明顯。
二、Wireshark簡介
GNS3可以全面提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)與配置環(huán)境，提高用戶對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)際配置操作水平。然而，僅僅能夠配置網(wǎng)絡(luò)還是不夠的，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的學(xué)生還必須掌握協(xié)議包的具體格式與定
義，理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的交互過程，觀察分析網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象以及發(fā)現(xiàn)并排除網(wǎng)絡(luò)故障。Wireshark可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)以上的能力培養(yǎng)。作為目前世界上最流行的網(wǎng)絡(luò)分析工具之一，Wireshark可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析、故障診斷、協(xié)議開發(fā)等領(lǐng)域。該軟件開源且免費(fèi)，可以運(yùn)行在Windows、Linux、MacOS等多種平臺上。目前可以支持解析超過五百種協(xié)議，并允許用戶自定義協(xié)議包格式，擴(kuò)展性很強(qiáng)。
三、GNS3與Wireshark的結(jié)合使用
GNS3提供了與Wireshark的接口。在計(jì)算機(jī)上安裝好GNS3和Wireshark后就可以直接在GNS3中設(shè)置與Wireshark的連接。學(xué)生可以在GNS3中完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置的工作，進(jìn)而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流。GNS3的不足之處在于對數(shù)據(jù)流的觀察分析方面。雖然IOS本身提供了Debug功能，可以顯示協(xié)議包的發(fā)送與接收情況，但是占用計(jì)算機(jī)資源太多，觀察數(shù)據(jù)也不方便。
Wireshak恰好可以彌補(bǔ)GNS3的不足。它可以直接捕獲GNS3中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與鏈路間的數(shù)據(jù)包，并實(shí)時進(jìn)行分析與顯示。Wireshark同時提供協(xié)議包的字段級解析與比特級顯示，既方便了學(xué)生閱讀數(shù)據(jù)包，又不失細(xì)節(jié)。此外，Wirshark還能夠設(shè)置過濾條件有選擇性地捕獲數(shù)據(jù)包，也可設(shè)置條件顯示特定數(shù)據(jù)包，并提供多種統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，提供了排序、分類以及著色等功能，極大地方便了對數(shù)據(jù)包的觀察分析工作。
通過將GNS3與Wireshark相結(jié)合，不僅可以使學(xué)生熟悉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)際配置，而且通過對數(shù)據(jù)包的分析，可以深入了解協(xié)議的工作原理，極大地提高了實(shí)驗(yàn)的效率與學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識的積極性，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力和解決實(shí)際問題的能力。因此，基于GNS3和Wireshark構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺可以大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本，并且可以實(shí)現(xiàn)從拓?fù)湓O(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、協(xié)議包捕獲與觀察的完整實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
綜上所述，利用GNS3與Wireshark構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，
既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)開支，又達(dá)到了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的效果。GNS3先進(jìn)的基于虛擬機(jī)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計(jì)理念使得學(xué)生可以將獲得的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐技能平行地轉(zhuǎn)移到真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。而Wireshark強(qiáng)大的協(xié)議分析功能使學(xué)生能夠深入理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理。二者相輔相成，必將在未來的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)中發(fā)揮重要作用。
參考文獻(xiàn)：
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�。ㄗ髡邌挝� 劉超：杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院 張品：杭州電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院）
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