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基于CNS3与Wi eshark虚拟路由交换实验平台的搭建

时间：2022-05-06 22:06:00 计算机信息技术我要投稿

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　　基于CNS3与Wi eshark虚拟路由交换实验平台的搭建
　　
　　作者/ 刘超张品
　　
　　摘要：介绍了网络设备仿真软件GNS3以及协议包捕获与分析软件Wireshark，并进一步重点讨论了将GNS3与Wireshak相结合构建计算机网络路由交换虚拟实验平台的方案。为提高网络工程专业学生的实践能力、促进理论与实践水平的全面发展提供了一条经济有效的途径。
　　
　　关键词：GNS3；Wireshark；路由交换；虚拟实验平台
　　
　　随着网络技术的飞速发展，社会对网络专业技术人才的需求不断增加。然而传统的以教师课堂讲授、学生听讲以及阅读教材的培养模式，使得学生动手实践能力薄弱，难以分析解决实际网络工程问题，满足不了用人单位的需求。在掌握扎实理论基础知识的前提下，如何进一步增强学生的实际操作能力，提高他们的专业水平和职业素养，成为高校网络专业教师以及相关教育界人士亟待解决的问题。建立完善的网络工程教学实验环境，为学生提供操作真实设备的机会无疑是解决这一问题的有效途径。然而，网络设备价格昂贵，运行维护费用高且升级换代快。购置大量网络设备在经济上对于很多院校而言是不现实的，而购买少量设备又满足不了学生的使用需求。近年来，以网络仿真软件为核心的虚拟网络实验平台在很多高校网络实验室建设中日益得到关注。本文从网络工程专业学生实践技能培养的角度出发，谈谈如何使用网络设备仿真软件GNS3和协议包捕获与分析软件Wireshark来构建虚拟路由交换网络实验平台，希望能够为高校网络工程实验室建设起到抛砖引玉的作用。
　　
　　一、GNS3简介
　　
　　GNS3是当前著名的图形化网络设备模拟软件。其最显著也是优于其他网络设备仿真软件之处是GNS3通过在虚拟的路由器和交换机硬件平台上运行真实的思科IOS网络操作系统，从而使用户获得与操作真实路由器和交换机同样的体验和感受。此外，GNS3是开源共享软件，可以从其官方网站直接下载安装。除了必要的计算机资源以外，几乎不需要额外成本。GNS3具有以下几个特点：
　　
　　1.支持多种网络设备模型以及链路模型
　　
　　这些模型包括：（1）思科路由器（1700/2600/3600/3700/7200系列）；（2）以太网交换机；（3）思科防火墙（PIX/ASA）；（4）入侵检测与防御系统（IDS/IPS）；（5）Juniper路由器；（6）ATM交换机；（7）帧中继交换机；（8）Qemu虚拟主机等。GNS3提供了思科产品的虚拟硬件仿真平台，同时允许用户为这些平台设置合适的参数以运行IOS系统。
　　
　　2.提供图形化交互式的网络拓扑设计环境
　　
　　用户可以简单地将代表各种网络设备的图标拖拽到工作区域窗口中，并用合适的链路类型将相关设备的端口进行连接，即可轻松创建网络拓扑，并可方便地对拓扑进行修改与保存。这种图形化的拓扑创建方式非常直观便捷。同时，也有利于用户集中精力进行后面的网络设备配置工作
　　
　　3.重现真实的网络设备配置环境
　　
　　GNS3虽然是一款网络设备仿真软件，但是其仿真的是硬件平台，即用虚拟机环境来替代硬件平台，进而在这些虚拟机中运行真实的思科IOS系统。用户对GNS3中运行的网络设备进行配置，实际上就是在和真实的IOS操作系统进行交互，获得的反馈和操作体验与通过控制口登录到真实思科网络设备进行配置是完全一样的。并且用户可以配置所有IOS在硬件平台上提供的功能，这与很多只提供IOS部分功能的模拟器相比优势明显。
　　
　　二、Wireshark简介
　　
　　GNS3可以全面提供网络设备组网与配置环境，提高用户对网络设备的实际配置操作水平。然而，仅仅能够配置网络还是不够的，网络工程专业的学生还必须掌握协议包的具体格式与定
　　
　　义，理解网络协议的交互过程，观察分析网络现象以及发现并排除网络故障。Wireshark可以帮助学生实现以上的能力培养。作为目前世界上最流行的网络分析工具之一，Wireshark可应用于网络数据分析、故障诊断、协议开发等领域。该软件开源且免费，可以运行在Windows、Linux、MacOS等多种平台上。目前可以支持解析超过五百种协议，并允许用户自定义协议包格式，扩展性很强。
　　
　　三、GNS3与Wireshark的结合使用
　　
　　GNS3提供了与Wireshark的接口。在计算机上安装好GNS3和Wireshark后就可以直接在GNS3中设置与Wireshark的连接。学生可以在GNS3中完成网络拓扑构建、网络设备配置的工作，进而产生网络数据流。GNS3的不足之处在于对数据流的观察分析方面。虽然IOS本身提供了Debug功能，可以显示协议包的发送与接收情况，但是占用计算机资源太多，观察数据也不方便。
　　
　　Wireshak恰好可以弥补GNS3的不足。它可以直接捕获GNS3中网络设备与链路间的数据包，并实时进行分析与显示。Wireshark同时提供协议包的字段级解析与比特级显示，既方便了学生阅读数据包，又不失细节。此外，Wirshark还能够设置过滤条件有选择性地捕获数据包，也可设置条件显示特定数据包，并提供多种统计分析结果，提供了排序、分类以及着色等功能，极大地方便了对数据包的观察分析工作。
　　
　　通过将GNS3与Wireshark相结合，不仅可以使学生熟悉网络设备的实际配置，而且通过对数据包的分析，可以深入了解协议的工作原理，极大地提高了实验的效率与学生学习网络知识的积极性，同时也培养了学生的创造力和解决实际问题的能力。因此，基于GNS3和Wireshark构建虚拟网络实验平台可以大大节约实验室建设成本，并且可以实现从拓扑设计、网络设备配置、协议包捕获与观察的完整实验环境。
　　
　　综上所述，利用GNS3与Wireshark构建网络教学实验平台，
　　
　　既节约了实验室建设开支，又达到了提高学生实验技能的效果。GNS3先进的基于虚拟机仿真网络设备的设计理念使得学生可以将获得的网络实践技能平行地转移到真实的网络设备中。而Wireshark强大的协议分析功能使学生能够深入理解网络协议的工作原理。二者相辅相成，必将在未来的网络虚拟实验平台建设中发挥重要作用。
　　
　　参考文献：
　　
　　［1］温卫。基于仿真实验平台的网络工程专业教学模式的研究与实践。江西理工大学学报，2009，30（04）：89-91.
　　
　　［2］龙艳军，杨汉恩。Wireshark在虚拟网络实验中的应用研究。计算机光盘软件与应用，2012（10）：27-28.
　　
　　［3］李元元。基于GNS3软件构建三网融合仿真实训平台。中国现代教育装备，2012（01）：13-15.
　　
　　（作者单位刘超：杭州电子科技大学信息工程学院张品：杭州电子科技大学通信工程学院）

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