基于GNS3软件构建三网合一仿真实训平台.docx
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基于GNS3软件构建三网合一仿真实训平台
题目基于GNS3软件构建“三网合一”仿真实训平台
学生姓名张阳学号1213014092
所在学院物理与电信工程学院
专业班级电子1204班
指导教师李菊叶
完成地点物电学院计算机信息处理分室
2016年6月5日
毕业论文﹙设计﹚任务书
院(系)物电学院专业班级电子信息工程学生姓名 张阳
一、毕业论文﹙设计﹚题目基于GNS3软件构建“三网合一”仿真实训平台
二、毕业论文﹙设计﹚工作自__2016__年_3_月10日起至_2016__年6月20日止
三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:
物电学院计算机信息处理分室
四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求:
“三网合一”是当代热门技术之一,指电话网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、相互兼容并逐步整合为全世界统一的信息通信网。
实现了网络资源共享,且具有适应性广、费用低等优点。
本设计要求学生以GNS3软件构建三网融合仿真实训平台,开通实现各项业务功能,并阐述三网融合技术在各领域中的应用。
五、毕业论文﹙设计﹚应收集资料及参考文献:
[1][美]CprianPopoviciu.部署IPv6网络[M].北京:
人民邮电出版社,2006.23-27.
[2]高阳,王建强.计算机网络技术及应用[M].北京:
清华大学出版社,2009.18-20.
[3]雷震甲,网络工程师教程第三版[M].北京:
清华大学出版社,2010.34-37.
[4]杨轶,苏啸鸣,吴越.深入解析IPv6第二版[M].北京:
人民邮电大学出版社,2005.
[5]谢希仁.计算机网络(第5版)[M].北京:
电子工业出版社,2008.13-20.
六、毕业论文﹙设计﹚的进度安排:
3月2日——3月29日:
查阅资料,完成初步设计方案和开题报告。
4月1日——4月26日:
熟练掌握IP地址分配方法,及GNS3软件的使用,构建三网合一,给出具体分配方案,及网络拓扑结构图。
4月29日——5月24:
并在软件环境下进行运行调试,进一步完善系统功能,整理资料;
5月27日——6月7日:
撰写、修改毕业设计论文。
6月10日——6月15日:
打印论文准备并完成答辩。
指导教师签名系(教研室)主任签名
专业负责人签名批准日期
基于GNS3软件构建“三网合一”仿真实训平台
张阳
(陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业2012级4班,陕西汉中723000)
指导教师:
李菊叶
[摘要]本设计利用GNS3和VMware构建的三网融合仿真平台,基本实现了模拟数据、语音、视频3种业务在IP数据网络的部署开通。
该方案成本低,效果好。
在实验室硬件设备有限的情况下,有效地创造了培养学生动手能力和创造能力的平台,使学生掌握了平台搭建、系统配置、业务开通等使用技能。
[关键词]GNS3;计算机网络;仿真模拟;平台
Constructionof"threenetworksinone"simulationtrainingplatformbasedonGNS3software
zhangyang
(Grade12,Class04,Majorelectronicsandinformationengineering,SchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi)
Tutor:
lijuye
Abstract:
ThistripleplaysimulationplatformbuiltbyGNS3andVMware,iscapableofsimulatingthebasicdata,voice,video,thesethreekindsofbusinessopenedinthedeploymentofIPdatanetwork,buildingprogramsislow-costandofgoodeffect.Inthecircumstancesoflimitationoflabhardware’s,creatingaplatformtodevelopstudents'practicalabilityandcreativeabilityeffectively,enablingstudentstomastertheplatformbuilding,systemconfiguration,businessopeningandotherskills.
Keywords:
GNS3;computernetwork;simulationtraining;platform
目录
1引言1
1.1三网合一概述1
1.2三网合一概要设计1
1.2.1接入层交换机1
1.2.2汇聚层交换机1
1.2.3核心层交换机1
1.2.4出口路由器2
1.3本章小结2
2GNS3仿真模拟平台概述3
2.1GNS3网络仿真软件介绍3
2.1.1VMware虚拟机介绍3
2.2GNS3的安装配置及基本教程3
2.3GNS3的安装配置3
2.4GNS3的基本教程4
2.4.1GNS3软件主界面4
2.4.2创建简单的网络拓扑5
2.4.3计算IdlePC值6
2.4.4在网络拓扑中添加PC6
2.4.5使用路由器模拟交换机9
2.4.6保存和加载网络拓扑10
2.5GNS3的问题解决11
2.5.1GNS3遇到的问题11
2.5.2GNS3解决的方法11
2.6本章小结11
3三网合一仿真实训平台详细设计及实现12
3.1基于GNS3的三网合一网络拓扑设计12
3.2VLAN与IP地址规划12
3.3网络拓扑配置14
3.3.1基本配置14
3.3.2以太网配置14
3.3.3广域网配置19
3.3.4安全配置20
3.4本章小结21
4三网合一仿真实训平台测试22
4.1网络配置测试22
4.1.1VTP测试22
4.1.2VLAN间连通测试22
4.1.3STP生成树测试23
4.1.4HSRP测试24
4.1.5广域网测试24
4.2本章小结25
致谢27
参考文献28
附录A29
附录B31
1引言
1.1三网合一概述
三网合一是指在未来的数字信息时代,当前的数据通信网将与电视网和电信网合三为一,并且合并的方向是传输,接收和处理全部实现数字化。
三网合一是一种民间的说法,在现阶段它并不意味着电信网,计算机网和有线电视网三大网络的物理合一,而主要指高层业务应用融合。
“三网融合”又叫“三网合一”,意指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。
“三网合一”是为了实现网络资源的共享,避免低水平的重复建设,形成适应性广、容易维护、费用低的高速带宽的多媒体基础平台。
其表现为技术上趋向一致,网线层上可以实现互联互通,形成无缝覆盖。
业务层上互相渗透,应用层上趋向使用统一的IP协议,在经营上互相竞争,行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。
三网合一业务的融合可以更有效的利用网络资源,避免低水平的重复建设,降低用户的网络成本,满足用户对多种网络业务的需求。
三网融合不仅将现有网络资源有效整合、互联互通,而且会形成新的服务和运营机制,并有利于信息产业结构的优化,以及政策法规的相应变革。
融合之后,不仅信息传播、内容和通信服务的方式会发生很大变化,企业应用、个人信息消费的具体形态也将会有质的变化。
1.2三网合一概要设计
根据电信网络的一般结构,三网融合平台网络架构可以分为接入层、分布层、核心层3个部分。
接入层的作用是使各种业务终端可以接入到网络中,使用二层交换设备连接,3种业务终端使用运行WindowsXP的虚拟机和本地主机实例模拟,其中模拟电话终端安装了SIP电话模拟软件,模拟视频终端安装了组播软件。
汇聚层连接接入层和核心层,作用是各种业务分配到不同的VLAN,提高网络的可用性,使用三层交换设备。
核心层是网络的骨干,提供到达应用服务器的路由,提供最高级别的网络可用性,主要使用高性能的路由交换设备及服务器。
服务器使用Windows2003的虚拟机和本地主机实例模拟。
为了构建运行通信3种业务IP数据网络,需要在接入层交换机、汇聚层交换机、局端路由器和核心层路由器上完成相应配置。
配置完成后,还需要解决相应的故障,最后进行测试,为最终实现三网合一做好充足的准备。
1.2.1接入层交换机
将网络中直接面向用户或访问网络的部分称为接入层,接入层需要隔离不同的业务到不同的VLAN中,配置多个业务VLAN,将不同业务终端分别加入到不同的VLAN中,设置到汇聚层交换机的TRUNK链路,并允许VLAN的通过。
1.2.2汇聚层交换机
将位于接入层和核心层之间的部分成为汇聚层。
一般用于楼宇间,汇聚层相当于一个局部或重要的中转站。
是多台接入层交换机的汇聚点,他必须能够处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路,因此汇聚层交换机和接入层交换机相比较,需要更高的性能,更少的接口和更高的交换速率。
需要配置3个业务VLAN的IP地址,实现VLAN的三层路由功能;设定汇聚层到核心网的默认路由;并配置汇聚层交换机启用组播协议IGMP,设定组播地址,以传输视频业务。
在本设计的网络拓扑中,VLAN间的通信使用单臂路由技术实现。
1.2.3核心层交换机
将网络主干部分称为核心层,核心层的主要目的在于通过高速转发通信,提供优化,可靠的传输结构,因此核心层交换机拥有更高的可靠性,性能和吞吐量。
配置启用路由协议(如OSPF),使汇聚层网络有到达核心层网络的路由;同时配置路由器启用组播协议IGMP,设定组播代理RP。
通过以上的配置,使网络终端设备均有到达核心网络服务器的路由,这样就可以部署各种网络业务了。
1.2.4出口路由器
在出口路由器设置NAT转换技术,以使内网设备能访问Internet,并且为了使网络具有高可用性,设置双出口路由器,采用首跳冗余性协议以支持网络的高可用性。
在路由器上启用QOS管理,由于各种业务自身的特点,需要QOS管理以给予不同的服务质量,其中语音业务的优先级最高,其次是视频业务,数据业务优先级最低。
1.3本章小结
本章首先介绍了三网合一的相关理论和概述,并且从总体上分析了基于GNS3构建三网合一仿真实训平台的拓扑设计,主要分析了接入层、汇聚层和核心层等网络层面设计。
2GNS3仿真模拟平台概述
常见的网络设备仿真软件往往不能运行真实的IOS以及不能实现和真实机器的通信问题,很难将真实的网络环境实验效果体现出来。
利用Cisco网络设备仿真软件GNS3和虚拟机软件VMware相结合,可以加载真实CiscoIOS,并且能够和真实的windows网络操作系统进行通信,能够将真实的实验效果体现出来。
通过整合GNS3和VMware能够搭建虚实结合的网络技术综合实训平台。
2.1GNS3网络仿真软件介绍
GNS3是一款优秀的具有图形化界面可以运行在多平台的Cisco网络设备虚拟仿真软件,它整合了Dynamips、Pemu、Winpcap等软件,轻易地搭建网络拓扑结构,模拟Cisco路由器和防火墙,并且能够方便地桥接真实网卡和虚拟网卡。
它的一个重要的特点是使用真正的思科IOS进行操作,并且能够和真实的网络操作系统进行通信,为创建虚实结合的网络综合实训平台创造了条件。
2.1.1VMware虚拟机介绍
VMware虚拟机软件是一个虚拟“pc”软件,它可以使你在一台机器上同时运行两个或更多Windows,Dos,Linux系统,与多启动系统相比,VMware采用了不同的理念。
它能够在一台物理微机上虚拟多台独立的系统,为网络综合设计的实施提供了条件。
2.2GNS3的安装配置及基本教程
GNS3是一个可以仿真复杂网络的图形化网络模拟器,利用仿真不同操作系统的VMware或VirtualPC等软件,可以在自己计算机的虚拟环境中运行如WindowsXP、UbuntuLinux等操作系统。
GNS3允许在计算机中运行Cisco的IOS(InternetOperatingSystems)。
GNS3其实是Dynagen的图形化前端环境工具软件,而Dynamips是仿真IOS的核心程序。
Dynagen运行在Dynamips之上,目的是提供更友好的、基于文本的用户界面。
用户利用Dynein可以创建类似于Windows的in类型文件所描述的网络拓扑,GNS3是这一步工作的图形化。
2.3GNS3的安装配置
(1)双击所下载的GNS3应用程序,点击Next按钮之后一步步安装;
图2.1GNS3软件安装界面
(2)安装GNS3时其他的软件也需要捆绑安装,包括WinPCAP,Wireshark,Dynamips和Pemu等。
默认情况下这些软件将被选中,点击Next继续,如图2.2所示。
图2.2GNS3软件附带支持的软件选项
(3)在相继完成GNS3及附带支持的软件安装后,可以通过开始菜单或桌面启动GNS3。
GNS3程序本身不带有IOS,需要另外准备CiscoIOS文件。
第一次启动GNS3后,首先需要做的工作是配置IOS映像,软件会自动弹出配置窗口,通过这个引导检查Dynamips的安装路径和目录是否正常,配置IOS映像目录以存放IOS映像和导入未解压的IOS映像;另外还可以通过以下步骤添加IOS:
单击GNS3窗口中的编辑菜单,选择IOS和hypervisors0,在IOS设置中选择Imagefile文件路径,其中平台选择C3600,型号选择3640,点击保存;测试Dynamips运行路径:
具体操作如下:
选择/编辑/首选项/Dynamips/测试,如果出现Dynamipssuccessfullystarted说明Dynamips运行环境正常。
2.4GNS3的基本教程
GNS3基本配置完之后,要先全面了解学习其相关教程,才能比较熟练地创建不同拓扑,使实验正常顺利地进行下去。
2.4.1GNS3软件主界面
GNS3主界面共分为四个主要区域,如图所示。
最左边部分列出了支持的节点类型(nodetype),有不同平台的路由器图标、PIX防火墙、Ethernet交换机、ATMbridge、Framerelay交换机和Cloud(云)等节点类型。
右上边提供了所创建网络拓扑的汇总信息,在创建复杂的网络拓扑时,拓扑汇总将帮助你更好的理解网络拓扑;右下边提供了流量抓包窗口;GNS3窗口中间包括两个部分,上面的是创建网络拓扑的工作区,下面部分叫做控制台(console),可以运行某些Dynagen命令。
图2.3GNS3软件主界面
2.4.2创建简单的网络拓扑
在GNS3软件主界面点击最左边NodeType中的某个路由器图标,注意该路由器得是你配置了IOS映像的型号,我们使用Routerc3600平台。
将一个路由器节点拖到工作区后便有了一个可供配置的路由器,右键单击路由器,选择“configure”菜单项,点击“R1”,选择“slot”标签页。
选择slot0右边的下拉箭头,选择结尾是NM-1FE-TX适配器。
然后,单击slot1右边的下拉箭头,选择“NM-4E”,这将在路由器中增加四个串行接口,点击“OK”;右键单击路由器,选择“start”,再一次右键单击路由器,选择“Console”(或者直接双击路由器图标),将打开一个telnet控制台,这时就可以开始在控制台配置路由器了。
图2.4GNS3网络拓扑结点配置
2.4.3计算IdlePC值
当IOS运行时,GNS3将消耗几乎100%的CPU处理能力,使得计算机的运行变得卡慢。
选择合适的idlepc值可以很好的降低CPU利用率。
基本原理是在路由器不活动时将其设置为sleep状态,下面介绍如何计算适当的IdlePC值。
在GNS3主窗口中,拖动一台路由器到工作区,选择“IdlePC”。
然后会出现如下图所示的窗口,一小段时间后,将会看到多个可能的Idlepc值,较好的IdlePC值前打上了星号。
选择一个带星号的idlepc值并点击“OK”按钮。
图2.5计算IdlePC值
2.4.4在网络拓扑中添加PC
向网络拓扑中添加PC的方法有三种:
如果只是想利用PC运行ping或者traceroute等简单命令来测试连通性,可以使用VirtualPC模拟器;另外可以在网络拓扑中添加新的路由器并配置它像一台PC一样;第三种方法是利用真正的PC。
利用VPCS模拟PC:
VirtualPCSimulator简称VPCS,是运行在Windows或Linux上的程序,适用于一些比较简单的命令,像ping和traceroute等简单命令。
VPCS是免费软件,安装GNS3软
件的时候会自动捆绑完成包装,可以直接在菜单栏直接打开VPCS。
打开后VPCS如图2.6所示。
输入“?
”可以获得关于VPCS的帮助。
目前,VPCS支持最多9台PC。
在命令行中输入数字便可以切换到另一台PC。
利用show命令可以查看PC的IP和MAC地址。
使用如下格式的命令:
ip10.0.0.5255.255.25.255.010.0.0.1可以设置PC的IP地址、默认网关、子网掩码(前缀长度)。
图2.6VPCS模拟控制PC
右键PC图标点击“Configure”,然后在弹出的配置窗口左边点击“C1”,右边是网络节点网卡,点击“NIOUDP”,通过与VPCS对应好本地端口和远程端口,然后点击“Add”,点击“OK”完成配置。
在VPCS上输入命令“show”,即可看到其对应的端口所连接的虚拟PC,在这里VPCS1所对应的端口是“nio_udp:
30000:
127.0.0.1:
20000”,例如将VPCS1的IP地址设置为192.168.1.1,网关为192.168.1.253。
图2.7网络拓扑中的PC连接到VPCS
利用路由器模拟PC:
可以简单地配置路由器,使其像一台PC一样,这种方法会节约更多的内存和处理资源。
设置命令如下所示:
Router(config)#noiprouting!
关闭IP路由功能;
Router(config)#interfacef0/0!
进入接口;
Router(config-if)#ipadd192.168.1.1255.255.255.0!
配置接口地址;
Router(config-if)#noshut!
开启接口;
Router(config-if)#exit!
退出接口;
Router(config)#ipdefault-gateway192.168.1.254!
设置默认网关;
Router(config)#iphttpserver!
启用http服务;
利用本地主机或虚拟机模拟PC:
按照下列步骤可以将GNS3中的PC与本地主机网卡对接,使其真正成为一台PC,这样便能将真实的网络设备接入GNS3的网络拓扑中进行网络仿真,如运用本地主机与真实的本地主机将三网合一的各种业务融合,但这种模拟方法受限于计算机的资源能力,虚拟网络的吞吐率可能不高。
注意,笔记本电脑在运行GNS3时要以管理员身份运行才能显示出网卡接点。
虚拟机模拟PC也同本地主机,这里不详述。
(1)右键PC图标,点击“Configure”,在弹出的窗口设置本地连接;点击“C1”,然后点击“NIOEthernet”,在下拉框中选择本地连接,然后点击“Add”,即将GNS3中的PC与本地主机对接,最后点击“OK”完成配置;
图2.8网络拓扑中的PC连接到本地主机网卡
(2)设置本地连接的IP地址和网关。
图2.9设置本地主机网卡IP地址
2.4.5使用路由器模拟交换机
GNS3中的交换机是傻瓜式交换机,不能真正满足网络模拟的要求,但可以通过路由器模拟二三层交换机,下面的步骤将使用路由器模拟交换机。
(1)点击菜单栏“Edit”,选择“Symbolmanger”,执行图标管理;如图2.10标记顺序所示,可以使用二层或三层交换机的图标,但配置应用了路由器的IOS;配置完成之后,在GNS3主界面就会出现新的交换机图标;
(2)拖拽一台交换机到工作区,右键“Changethehostname”,可修改交换机名字;然后右键选择“Configure”,在弹出的配置窗口点击“Slots”,选择“NM-16ESW”模块来模拟交换机,完成后,GNS3会弹出提示框,提醒用户在使用交换机模块模拟交换机的时候用“manualmode”(手动模式)去接线;
(3)点击菜单栏“Edit”,选择“Symbolmanger”,执行图标管理;如图10标记顺序所示,可以使用交换机的图标,但配置应用了路由器的IOS;配置完成之后,在GNS3主界面就会出现新的交换机图标。
图2.10GNS3模拟二三层交换机
图2.11GNS3模拟二层交换机网络拓扑
2.4.6保存和加载网络拓扑
只需选择文件菜单的save或saveas便可。
这种方法并不保存路由器的配置文件,只保存画的网络拓扑。
完成上述工作还有其他办法。
在GNS3的Console区域中,输入“路由器名字export/all”或“路由器名字export”可以导出路由器的配置文件。
输入import/all或import可以将配置导入路由器。
图2.12保存和加载网络拓扑
2.5GNS3的问题解决
GNS3仿真模拟过程会不可避免地遇到一些错误和问题,本小节总结并汇总了在实验过程中遇到的问题和解决问题的方法。
2.5.1GNS3遇到的问题
(1)部分网络模拟设备无法拖入工作区,如qume的fix防火墙,junos交换机等。
(2)网络拓扑建立并保存后,重启程序后再打开网络拓扑,发现配置的数据被清除了。
使用保存start-config方法有时候也会出现错误。
(3)抓包过程中设置GNS3和wireshark的关联后,启动capture后无法启动wireshark。
(4)使用qemuguest主机虚拟网络拓扑,无法使用telnet进行连接。
(5)很多时候在利用GNS3搭建网络结构时,开始拓扑结构后,会出现死机的现象。
2.5.2GNS3解决的方法
(1)需要专门在网上下载相应的ios文件,并在GNS3中进行设置。
(2)在搭建并配置好网络拓扑图后,我们可以使用GNS3的保存start-config功能,在模拟硬件关机的情况下将拓扑图的配置保存起来,以后再使用拓扑时将start-config导入拓扑图中,即可使用。
(3)在最新的GNS3软件中,需要手动启动wireshark。
(4)qemu主机无法使用telnet进行连接,因为其本身分为多种设备,需要视具体情况选用。
(5)在搭建好网络拓扑后,我们需要对路由器等设备进行idle值得计算,否则会使路
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