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基于CNS3與Wi eshark虛擬路由交換實驗平臺的搭建

時間：2022-05-06 22:06:00 計算機信息技術我要投稿

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　　基于CNS3與Wi eshark虛擬路由交換實驗平臺的搭建
　　
　　作者/ 劉超張品
　　
　　摘要：介紹了網絡設備仿真軟件GNS3以及協議包捕獲與分析軟件Wireshark，并進一步重點討論了將GNS3與Wireshak相結合構建計算機網絡路由交換虛擬實驗平臺的方案。為提高網絡工程專業學生的實踐能力、促進理論與實踐水平的全面發展提供了一條經濟有效的途徑。
　　
　　關鍵詞：GNS3；Wireshark；路由交換；虛擬實驗平臺
　　
　　隨著網絡技術的飛速發展，社會對網絡專業技術人才的需求不斷增加。然而傳統的以教師課堂講授、學生聽講以及閱讀教材的培養模式，使得學生動手實踐能力薄弱，難以分析解決實際網絡工程問題，滿足不了用人單位的需求。在掌握扎實理論基礎知識的前提下，如何進一步增強學生的實際操作能力，提高他們的專業水平和職業素養，成為高校網絡專業教師以及相關教育界人士亟待解決的問題。建立完善的網絡工程教學實驗環境，為學生提供操作真實設備的機會無疑是解決這一問題的有效途徑。然而，網絡設備價格昂貴，運行維護費用高且升級換代快。購置大量網絡設備在經濟上對于很多院校而言是不現實的，而購買少量設備又滿足不了學生的使用需求。近年來，以網絡仿真軟件為核心的虛擬網絡實驗平臺在很多高校網絡實驗室建設中日益得到關注。本文從網絡工程專業學生實踐技能培養的角度出發，談談如何使用網絡設備仿真軟件GNS3和協議包捕獲與分析軟件Wireshark來構建虛擬路由交換網絡實驗平臺，希望能夠為高校網絡工程實驗室建設起到拋磚引玉的作用。
　　
　　一、GNS3簡介
　　
　　GNS3是當前著名的圖形化網絡設備模擬軟件。其最顯著也是優于其他網絡設備仿真軟件之處是GNS3通過在虛擬的路由器和交換機硬件平臺上運行真實的思科IOS網絡操作系統，從而使用戶獲得與操作真實路由器和交換機同樣的體驗和感受。此外，GNS3是開源共享軟件，可以從其官方網站直接下載安裝。除了必要的計算機資源以外，幾乎不需要額外成本。GNS3具有以下幾個特點：
　　
　　1.支持多種網絡設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）以太網交換機；（3）思科防火墻（PIX/ASA）；（4）入侵檢測與防御系統（IDS/IPS）；（5）Juniper路由器；（6）ATM交換機；（7）幀中繼交換機；（8）Qemu虛擬主機等。GNS3提供了思科產品的虛擬硬件仿真平臺，同時允許用戶為這些平臺設置合適的參數以運行IOS系統。
　　
　　2.提供圖形化交互式的網絡拓撲設計環境
　　
　　用戶可以簡單地將代表各種網絡設備的圖標拖拽到工作區域窗口中，并用合適的鏈路類型將相關設備的端口進行連接，即可輕松創建網絡拓撲，并可方便地對拓撲進行修改與保存。這種圖形化的拓撲創建方式非常直觀便捷。同時，也有利于用戶集中精力進行后面的網絡設備配置工作
　　
　　3.重現真實的網絡設備配置環境
　　
　　GNS3雖然是一款網絡設備仿真軟件，但是其仿真的是硬件平臺，即用虛擬機環境來替代硬件平臺，進而在這些虛擬機中運行真實的思科IOS系統。用戶對GNS3中運行的網絡設備進行配置，實際上就是在和真實的IOS操作系統進行交互，獲得的反饋和操作體驗與通過控制口登錄到真實思科網絡設備進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勢明顯。
　　
　　二、Wireshark簡介
　　
　　GNS3可以全面提供網絡設備組網與配置環境，提高用戶對網絡設備的實際配置操作水平。然而，僅僅能夠配置網絡還是不夠的，網絡工程專業的學生還必須掌握協議包的具體格式與定
　　
　　義，理解網絡協議的交互過程，觀察分析網絡現象以及發現并排除網絡故障。Wireshark可以幫助學生實現以上的能力培養。作為目前世界上最流行的網絡分析工具之一，Wireshark可應用于網絡數據分析、故障診斷、協議開發等領域。該軟件開源且免費，可以運行在Windows、Linux、MacOS等多種平臺上。目前可以支持解析超過五百種協議，并允許用戶自定義協議包格式，擴展性很強。
　　
　　三、GNS3與Wireshark的結合使用
　　
　　GNS3提供了與Wireshark的接口。在計算機上安裝好GNS3和Wireshark后就可以直接在GNS3中設置與Wireshark的連接。學生可以在GNS3中完成網絡拓撲構建、網絡設備配置的工作，進而產生網絡數據流。GNS3的不足之處在于對數據流的觀察分析方面。雖然IOS本身提供了Debug功能，可以顯示協議包的發送與接收情況，但是占用計算機資源太多，觀察數據也不方便。
　　
　　Wireshak恰好可以彌補GNS3的不足。它可以直接捕獲GNS3中網絡設備與鏈路間的數據包，并實時進行分析與顯示。Wireshark同時提供協議包的字段級解析與比特級顯示，既方便了學生閱讀數據包，又不失細節。此外，Wirshark還能夠設置過濾條件有選擇性地捕獲數據包，也可設置條件顯示特定數據包，并提供多種統計分析結果，提供了排序、分類以及著色等功能，極大地方便了對數據包的觀察分析工作。
　　
　　通過將GNS3與Wireshark相結合，不僅可以使學生熟悉網絡設備的實際配置，而且通過對數據包的分析，可以深入了解協議的工作原理，極大地提高了實驗的效率與學生學習網絡知識的積極性，同時也培養了學生的創造力和解決實際問題的能力。因此，基于GNS3和Wireshark構建虛擬網絡實驗平臺可以大大節約實驗室建設成本，并且可以實現從拓撲設計、網絡設備配置、協議包捕獲與觀察的完整實驗環境。
　　
　　綜上所述，利用GNS3與Wireshark構建網絡教學實驗平臺，
　　
　　既節約了實驗室建設開支，又達到了提高學生實驗技能的效果。GNS3先進的基于虛擬機仿真網絡設備的設計理念使得學生可以將獲得的網絡實踐技能平行地轉移到真實的網絡設備中。而Wireshark強大的協議分析功能使學生能夠深入理解網絡協議的工作原理。二者相輔相成，必將在未來的網絡虛擬實驗平臺建設中發揮重要作用。
　　
　　參考文獻：
　　
　�。�1］溫衛。基于仿真實驗平臺的網絡工程專業教學模式的研究與實踐。江西理工大學學報，2009，30（04）：89-91.
　　
　　［2］龍艷軍，楊漢恩。Wireshark在虛擬網絡實驗中的應用研究。計算機光盤軟件與應用，2012（10）：27-28.
　　
　　［3］李元元。基于GNS3軟件構建三網融合仿真實訓平臺。中國現代教育裝備，2012（01）：13-15.
　　
　　（作者單位劉超：杭州電子科技大學信息工程學院張品：杭州電子科技大學通信工程學院）

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