计算机网络技术教学中引入GNS3

2012-04-29李安邦，刘桢

电脑知识与技术 2012年2期

李安邦，刘桢

摘要：当计算机网络技术学习进入到较深层次时，初学网络时所用到的软件已很难满足教学需要，在教学中引入GNS3能很好的解决这个问题。该文介绍了使用GNS3进行网络技术实验的方法和体会，并通过几类典型实验说明GNS3在计算机网络技术教学中起到的作用。

关键词：网络技术；仿真；网络实验

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)02-0374-03

The Intruduction of GNS3 at Computer Network Teaching

LI An-bang1, LIU Zhen2

(1.Wuhan Software Vocational College, Wuhan 430205, China; 2.Wuhan Secondary Vocational Art School, Wuhan 430000, China)

Abstract: When the computer network technology learning into deeper levels, the soft wares that used when first learning network tech? nology has been difficult to adapt to the needs of teaching. Using GNS3 in teaching can be a good solution to this problem. This article de? scribes the methods and experience of using GNS3 in the network technology experiments, through several typical experiments illustrate the role of using GNS3 in teaching.

Key words: network technology; simulation; network experiment

随着信息产业在全球迅猛发展，网络技术人才需求量不断增加，网络技术人才培养已成为高校一项重要的战略任务。在网络技术学习的过程中，需要理论学习和动手实验紧密结合。通过已搭建好的或学生自己搭建的各种网络实验场景，学生可以观察网络的运行状况，熟悉设备的命令配置，分析各种网络协议的构成，从而更直观、感性的学习计算机网络。因此，在计算机网络学习过程中，需要进行大量的实验。由于计算机网络的相关设备诸如交换机、路由器、防火墙等设备昂贵且更新换代快，再考虑到正常损耗以及实验中各种误操作对设备的损害，学生所有的实验在真实设备上完成是不现实的。因此，在计算机网络学习中，引入各种模拟仿真软件搭建网络实验平台，GNS3就是其中具有代表性的一款仿真软件。

1 GNS3简介

GNS3全称是Graphical Network Simulator，是一种可以仿真复杂网络的图形化网络模拟器，为网络从业人员以及想通过CCNA、CCNP、CCIE认证考试的相关人士提供模拟的实验环境以及实验模拟操作。

通过和Vmware的对比，可以更好的理解GNS3的功用。在学习网络操作系统时，通过Vmware或VitualPC等软件仿真不同的操作系统，在真机的虚拟环境中运行Windows Server、Linux等操作系统，并且可以通过设置，使虚拟运行的操作系统与真机进行网络连接，使之与真实的网络相连。而GNS3允许在Windows、Linux下运行Cisco的IOS，其支持的路由器平台、防火墙平台的类型丰富。通过在路由器插槽中配置上EtherSwitch卡，也可以仿真该卡所支持的交换机平台。

1.1同常用虚拟软件Packet Trace对比GNS3的优势

在开始学习网络时，使用CISCO公司的Packet Trace比较容易上手，Packet Trace是CISCO公司主要针对CCNA认证开发的一款模拟学习软件。用户可以在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况。可以使学习者学习IOS的配置、锻炼故障排查的能力。结合该软件提供的一些功能在计算机网络等课程的教学中,有着不错的教学效果，学生也可以通过图形化的动态变化过程深化对计算机网络相关概念的理解。而在计算机网络技术教学中引入GNS3，是因为使用Packet Trace也有一定的局限性：

1)GNS3支持虚拟网络设备更多的命令与参数

在Packet Trace这一款软件中集成了学习CCNA所用到的各种网络设备，正由于涵盖的设备多，很难覆盖真实设备的全部功能，导致了Packet Trace部分命令和参数不支持。这使得Packet Trace很难支持更深层次网络知识的学习，特别是进入CCNP的学习阶段。

2)GNS3能与真实网络相关联

使用Packet Trace进行实验时，所有虚拟的设备和各种网络协议都处于封闭环境下，与外界没有接口，无法与真实环境相关联。由此，通过Packet Trace能完成的实验有很大的局限性，无法与真实设备或其他软件结合使用。

随着网络技术学习的深入，完成相关实验需要一款能够更真实的模拟各种网络设备的软件，GNS3能较好的满足这一需求，故在计算机网络学习进入较深层次时有必要将GNS3应用到教学之中。另外，GNS3是一款开源软件，不需要付费即可使用。但使用

cisco的IOS需要符合cisco的版权规定。GNS3安装程序中不提供IOS镜像文件，IOS镜像文件需从其他渠道获取。

1.2 GNS3的组成

GNS3是一个集合体，其中的组件主要包括：

1)Winpcap，在局域网中，需要用这个组件来识别发送或接收数据包的主机的以太网卡的地址。

2)Dynamips，这个组件是Cisco的IOS模拟器。在GNS3中，它是模拟Cisco实验设备的核心组件。

3)Pemuwrapper，Pemu原本是用来模拟Cisco PIX防火墙的模拟器，Pemuwrapper就是pemu和GNS3的桥梁，利用它在GNS3中可以去模拟CiscoPIX防火墙。

2 GNS3的使用

GNS3可以安装在多平台上，安装过程比较简单，不再赘述，安装完成后使用者可以按照默认设置或者根据自己的使用习惯进行各种基本配置如存放目录、关联文件等。设置完这些后，找到Dynamips中的【测试】并点击，提示Dynamips successfully started，则表示模拟实验设备IOS正常，能正常使用。

进入GNS3主界面后，左下角可以选取节点类型，基本涵盖了网络技术学习中所需要的设备，包括路由器、ATM交换机、帧中继交换机、IDS、防火墙。目前，GNS3所支持的Cisco路由器产品主要包括：

●1710●2611●2691

●1720●2611XM●3620

●1721●2620●3640

●1750●2621●3660

●1751●2621XM●3725

●1760●2650XM●3745

●2610●2651XM●7200

●2610XM

在使用GNS3做实验前，需要找到实验设备的IOS镜像，IOS镜像网上资源比较丰富。有了设备IOS后，将其与节点类型界面的设备图标相关联。完成后将已关联的设备图标拖拽至拓扑设计页面即可进行网络拓扑设计。

在进行拓扑设计时，所有设备默认是关闭的，添加接口模块最好是在设备关闭状态下，在运行状态下添加接口模块需要设备重启。添加完设备后进行设备连接，连接有按接口类型自动连接和手动连接两种连接方式。在实验中进行拓扑设计时，可以利用显示（隐藏）设备名称和接口名称以及简单的绘图和注释功能。如果想在实验过程中想退回到以前的实验现场，还可以使用快照功能。此外，GNS3还提供了拓扑保存和设备配置保存和导入功能。

使用GNS3有以下几个注意事项：

1)为设备选择合适的IDLE PC值

GNS3中所有虚拟的设备需要占用真机的物理资源，为使GNS3运行更流畅需要配置虚拟设备IDLE值，特别是真机配置不高的情况下。计算该设备IDLE PC值后，好的IDLE PC值系统会自动判断(打*即为最优值)。选择较优的值后，GNS3会自动保存，以后使用同类设备不需要重新计算。

2)使用GNS3模拟交换设备

初使用GNS3创建拓扑时，会在交换机选择上感到困惑：GNS3节点类型中自带的Ethernet switch无法进入命令行界面，只提供了VLAN、接口、类型几个基本选择，无法完成交换部分实验。实际上，可以通过路由模拟交换设备的，通过下载合适的IOS，绝大部分CCNA、CCNP交换部分实验可以实现。但通过这种方法模拟交换设备时不可用自动连接，否则会出现预想外的实验结果。

3)GNS3无法保存running-config

无论是使用拓扑保存、快照还是设备配置保存，所有的保存是针对设备的startup-con? fig。因此，为避免实验保存错误，进行GNS3的保存操作前必须进入设备输入命令将run? ning-config中的配置保存到startup-config中。

图1

3 GNS3在教学中的应用

3.1完成高级路由交换技术的有关实验

由于GNS3支持调用真实设备的IOS，仿真度极高，能完成大量高级路由交换技术中的实验。下面以路由协议重分布、路由策略综合实验为例，首先在拓扑工作区创建拓扑，并用绘图和注释工具使之一目了然，如图1所示。

在用GNS完成实验时，可将GNS3与其他终端连接软件关联，目前比较流行的是Secure? CRT。借助它，可以快速连接所有实验设备并将其控制界面有效整合，提高实验效率。按实验要求进行操作，以下是利用SecureCRT对R2进行配置的界面，如图2所示：

图2

配置完成后，可以用相关命令验证实验是否符合要求。实验过程中会出现各种问题，实验者可以运用学到的排错命令及相关原理进行排错操作，直到达到实验要求为止。这样有助于提高排错能力，而该能力的提高也有助于通过CCNP、CCIE网络认证。当然，同许多同类虚拟软件一样，GNS3是假定所有硬件设备和物理链路处于正常工作状态，因此，排错不涉及相关问题在内，全面提高排错能力还有赖于真实设备上进行实验。

3.2完成广域网技术的有关实验

在广域网技术学习中，涉及到帧中继、ATM、VPN以及网络安全等知识点。相比路由交换技术实验中用到的路由交换设备，ATM交换机、帧中继交换机、防火墙、IDS此类设备在各高校实验室数量更少，甚至没有，而使用GNS3模拟这类设备能填补这一空白。

此类设备的实验完成与路由交换实验相类似，值得一提的是，在防火墙的实验过程中，可将防火墙、IDS等设备的图形管理界面做到虚拟机或真机上，高度模拟现实中的应用。

3.3 GNS3实验扩展

1)与真机的虚拟网卡相关联，可以使GNS3中的虚拟网络设备和现实网络相连接。

2)与虚拟机（Vmware、VPC）的虚拟网卡相关联，可以使网络设备学习与各种操作系统应用相结合。

3)与其它软件或设备结合，如：与wireshark结合使用，再在GNS3中虚拟的交换机上进行端口镜像配置，可以捕获试验中的报文并加以分析。

4结束语

将GNS3引入计算机网络技术教学，一方面为学校节省了实验实训所需设备的资金，一方面又为进入到深层次网络技术学习的学生提供了较理想的实践环境，增加了学生对网络技术的感性认识，也使得教学效果大为改善。并且通过与其它软件或设备的结合，使得网络技术综合性实验实训较易实现，具有广泛的推广价值。

参考文献：

[1]谢希仁.计算机网络[M].大连:大连理工大学出版社,2000.

[2]彭春燕,刘兵.GNS3在计算机网络课程教学中的应用[J].学理论,2010.