计算机网络课程虚拟教学平台的搭建

摘 要：高校计算机网络专业的网络课程中，经常会遇到像安装多个操作系统、局域网的组建、测试网络软件和网络安全的问题，而学生平时的计算机又不满足这方面的实验条件，所以本文提出使用VMware和GNS3仿真软件来建立虚拟的网络实验室来满足这一需求，使用VMware可以满足像Windows Server 2008服务器的配置与管理，Linux操作系统服务的配置与管理和网络安全等方面的教学需求，使用GNS3仿真软件可以完成交换，路由和防火墙等方面的教学需求。

关键词：网络实验；VMware；GNS3

引言

在网络实验中，经常涉及到服务器的安装（Windows Server、Linux 等不同的操作系统）、交换机、路由器等设备的互联，完成不同的系统集成实验。搭建符合实际真实的网络技术实训环境，需要投入大量的资金。随着虚拟仿真技术的发展，特别是把仿真软件GNS3和虚拟机软件VMware的整合，能够搭建综合的虚拟网络平台，仿真服务器、交换机、路由器等多种设备的互连、配置与测试的网络系统集成实验；通过该实训平台的搭建能够让学生真正了解思科网络设备的配置以及和实际的网络操作系统的互联过程，达到很好的教学效果。

1 GNS3和VMware软件介绍

1.1 GNS3

GNS3（Graphical Network Simulator）是一款具有图形化界面可以运行在多平台（包括Windows， Linux， and MacOS等）的网络设备仿真软件，它可以在Windows、Linux系统上仿真Cisco的IOS（Internetwork Operating System），支持路由器、交换机、防火墙、入侵检测系统/入侵保护系统和JunOS平台。简单说来它是dynamips的一个图形前端，相比直接使用dynamips这样的虚拟软件要更容易上手和更具有可操作性。GNS3集成了Wincap、Dynamips、VPCS、Qemu虚拟机、VirtualBOX虚拟机和Wireshark等软件，通过加载Cisco IOS提供不同系列Cisco路由设备的模拟能力，通过加载NM-16ESW模块可以模拟交换机设备，集成Qemu虚拟技术和配置相应的OS镜像，提供Qemu客户机、PIX防火墙、ASA防火墙、Jumiper路由器以及IDS和IPS内样的虚拟仿真能力，加上其他辅助功能，使得GNS3可提供网络拓扑图设计、网络运行、网络协议数据包捕获与分析等综合实验能力。

1.2 VMware

VMware 是一款优秀的虚拟机软件，它允许在一台计算机上同时运行多个操作系统，每个操作系统都是独立的一个虚拟机。在虚拟机上搭建教学环境、测试环境，为网络综合实验提供了条件。该软件的网卡的连接类型有如下四种：

（1）Bridged（桥接）：虚拟出一个和物理机地位平等的的虚拟主机，注意作为桥梁的网卡要选择自己正在使用的那块网卡，在安装VMWare Workstation后有一个Virtual Network Editor应用程序，打开后看到有一个VMnet0虚拟网卡，其连接方式是桥接方式，而作为桥接的外部连接网卡是“自动桥接”。

（2）NAT （网络地址转换）：可以连接外网，不过和桥接不同，桥接相当于虚拟机直接使用物理网卡，而这个虚拟机是通过网络地址转换而上网的，这个要求VMnet8的网卡地址和虚拟机的网络地址在同一个网段）。

（3）Host-only（仅主机）：自己的虚拟机只能和自己的物理主机或者自己物理主机上的虚拟机相连，而无法与外网的主机相连，仅主机（Host-only）就是指这个道理。

（4）自定義：如果两个虚拟机都是用这个VMnet2进行连接，那么就只有这两个虚拟机能连通，和物理机都连不通，可以说这两个虚拟机在网络连接上和物理机就没有什么关系。

1.3 VPCS

VPCS是一个通过UDP端口模拟网络连接的能执行多个命令的简单命令行程序，其目的只是为了执行主机在网络层的连通性测试。其突出特点是虚拟机数量多（9台）、体积小、免安装、简便易用。

2 实验平台的搭建

下面根据图1所示的拓扑来说明GNS3+VMware构建虚拟网络实验平台的方法。该网络拓扑实验设备包3台路由器（R1，R2，R3），1个VPCS虚拟机，1台安装了Windows Server 2008系统的虚拟机，1台安装了Linux系统的虚拟机。实验目的是用3台路由器都配置Rip协议，VPCS用于测试与各设备的连通性，Windows Server 2008配置好IIS服务，Linux系统配置好Apache服务，Windows Server 2008与Linux系统互相测试其服务的正确性。实现步骤如下：

（1）添加两个Microsoft Loopback Adapter（微软的虚拟网卡），Lo

opback1和Loopback2，它们是GNS3和Vmware网络连接的中间桥梁。

（2）在GNS3中按图1所示放置设备，其中路由器使用C3600系列，下面是3台主机，分别给3台路由器插槽中添加两个适配卡，slot 0：NM-4T ，slot 1：NM-1E。VPCS主机运行在 UDP模式下， Windows Server主机运行在以太网模式下，连接物理主机的Loopback1，Linux主机运行在以太网模式下，连接物理主机的Loopback2。

（3）在Vmware中安装Windows Server 2008和Linux系统，并把虚拟机网卡连接类型设置为桥接，在Windows Server 2008安装和配置IIS服务，在Linux中安装和配置好Apache服务。

（4）网络设备和主机的IP等参数如图1所示，其中VPCS的网关：172.16.1.1，Windows Server 2008的网关：172.16.3.1，Linux的网关：172.16.5.1。

（5）路由器配置。

3.5 Windows Server 2008与Linux系统服务测试

Windows server 2008通过URL：http：//172.16.5.2 可以访问到Apache 的测试首页，Linux通过URL：http：//172.16.3.2 可以访问到IIS的测试首页。

4 结束语

采用GNS3和VMware构建的虚拟教学、实验平台，即为教师提供了极大的便利，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，除了硬件的物理连接外，基本上可以满足计算机网络专业课程的教学实验要求。在实际的平台构建过程中需要注意的两点：

（1）虽然VMware可以虚拟多个系统，但是多个系统是共享物理机的硬件资源的，比如CPU，内存等，所以可以虚拟的系统个数取决你物理机的硬件配置。

（2）在使用GNS3仿真时每个ISO镜像要选择合适的IDLE值，否则会造成物理机的CPU占用过高，所以建议仿真设备过多时可以使用BES软件，它可以限制物理机的CPU的使用率。

参考文献

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[4]刘立平.VMware虚拟机在计算机教学中的应用[J].教育科研，2012：118.

作者简介：龚方生（1981，7-），男，广州涉外经济职业技术学院信息学院计算机网络教研室主任。网络规划设计师，研究方向：计算机网络，网站设计，物联网应用，移动应用开发。