基于GNS3的帧中继虚拟网络实验环境构建

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【 摘 要 】 分析当前计算机网络实验环境存在的问题和困难，介绍GNS3网络模拟软件的使用，实验证明，基于gns3的帧中继虚拟实验环境的使用，相比其他几种常用网络模拟软件，具有更好的适用性，为虚拟网络实验室的构建提供相应的技术支持。

【 关键词 】 GNS3；虚拟；帧中继

Construction of Frame Relay Virtual Network Experiment Environment Based on GNS3

Yang Yun-feng

（Department of Computer and Information Science，Hechi University GuangxiYizhou 546300）

【 Abstract 】 This paper analysis the problem and difficult of current computer Network expriment environment，and illustrates the Network simulation software-GNS3.The results show that the use of Frame relay virtual Network experiment environment based on GNS3 has better adaptability compared to several other Network simulation software.The methods of this paper proposed provides appropriate technical support for construction of virtual Network Laboratory.

【 Keywords 】 GNS3；virtual ； frame relay

1 引言

计算机网络的发展，加速了计算机网络方面人才的需求，同时对计算机网络专业人才培养质量提出了更高求，尤其是CCNA、CCNP已经成为社会所急需的人才，计算机网络这门课程不仅仅是研究生课程，而且是本科生或是高职高专学校计算机相关的核心专业课。但是在计算机网络的教学过程中，教学资金的缺乏导致实验环境存在制约和影响教学的现象。在硬件条件有限情况下，为了提高教学质量，提高学生主动实践能力，尤其是地方院校都会在网络机房中安装各种网络模拟软件，最常用的网络模拟软件是PacketTracer和DynamipsGUI，本文基于常用网络模拟软件PacketTracer和Dynamips GUI的基础上介绍GNS3网络模拟软件的使用，该软件结合了常用两种模拟软件的优点，减少了两者存在的缺点，从而更有效的促进课程教学。

2 GNS3与PacketTracer或DynamipsGUI优势对比

2.1 较高的正确率

PacketTracer模拟软件作为思科公司开发的网络仿真工具软件，主要是利用flas模拟形式的模拟器。实验运行及运行结果能以动画的方式展示，但是在设计过程中容易受到设计原因影响而产生错误，如在帧中继实验中将路由器设置成为帧中继交换机的命令：frame-relay switching，在PacketTracer的最新版本PacketTracer5.31中提示是错误的。但是GNS3模拟器是能直接载入路由器的IOS，它可以像真实的路由器一样工作，不会有命令出错的情况。

2.2 更好的直观性

模拟软件DynamipsGUI也是利用载入路由器的IOS来进行路由操作的，但是它的网络拓扑是一个设备端口的连接图，如图1所示，不利于初学者对网络拓扑的理解，更不利于使用者对网络拓扑进行修改。

GNS3（ Graphical Network Simulator）是一个优秀的图形化界面的模拟软件，相比DynamipsGUI，其端口连接图无论是网络设备的还是网络拓扑图都更形象逼真，如图2所示。GNS3最大限度地模拟了网络环境，更有助于学习者熟悉网络拓扑和对网络设备原理的理解。

2.3 更大的拓展性

GNS3不仅具有的图形化界面的优点，而且它的整合功能是DynamipsGUI和PacketTracer软件所不具备的，它不仅可以载入新的路由器和防火墙的IOS，还可以外接PC端模拟器VPCS（GNS3配套工具，还可以下载升级），这款小软件可用来模拟网络中的PC机，VPCS 可以模拟最多 9 个虚拟的PC，虚拟PC可以提供常用的DOS命令如telnet、ping和DHCP，而且也可以外接VMware Workstation上的虚拟主机，像真实主机一样来对网络设备进行操作。

GNS3可整合Wireshark（数据包采集软件），Wireshark（前称Ethereal）是一个当前比较流行的网络协议分析软件。该软件以针对GNS3中设备的某一端口进行数据包的采集，还可采集和分析像真实网络一样流经该端口所有网络数据包的详细资料，例如数据包的数量、大小和包信息，如图3所示，有利于学习者进行协议分析和故障查找。而PacketTracer只能模拟数据包的流动过程和数据包的格式，不利于掌握网络数据包的传输。

2.4 良好的空间效率

DynamipsGUI虽然其有丰富的操作命令，但是要模拟一个路由器至少要用到100M的的存储空间，而对于GNS3通常模拟一个路由器所占用的空间不到3KB，还利于使用者进行网络拓扑配置的备份。

3 帧中继基本原理与类型

3.1 基本原理

帧中继是从X.25的技术上发展出来的。随着网络的快速发展，核心网络中的核心路由器（如图2中的R2）的负担越来越重，因为根据路由选择协议，无论数据包有多小，R2都必须在路由表中对路由表中的路由一条一条的进行运算并找到相对应的目的网络，如果路由表很大时，这种路由查找运算会花费很多时间。而帧中继是把路由选择这项工作放到边界路由器上，如R1、R3、R4上。边界路由器进行路由选择后，在该数据包的首部添加上连接标识符发送给核心路由器R2（如R1要把数据发给R3则在数据包首部添加标识符103），而R2则根据标识符来进行路径选择（R2查看数据包首部标识符为103就知这数据是发给R3的），减少了数据包的转发时间，提高了数据包转发效率。

3.2 类型

通常使用标识符的方法使用虚电路，虚电路有两种：永久虚电路PVC和交换虚电路SVC。永久虚电路通常由电信公司根据用户的需要在公司内部创建，指定传输目的与标识符的关系。而交换虚电路则根据数据传输的需求，动态创建。

4 实验安案与结果分析

4.1 实验目的

基于GNS3理解帧中继和PVC的工作原理。

4.2 实验设计与实现

（1）根据图2所示，把路由器R2设置成帧中继交换机R2 （config）#frame-relay switching。

（2）对路由器R2的3个端口进行帧中继配置R2 （config-if）#frame-relay switching。

（3） 按照拓扑给边界路由器与核心路由器相接的端口设置IP，并对端口进行帧中继设置。

（4） 配置R2的帧中继交换表。

R2 （config）#int s0/0/0（s0/0/0与R1相连）；

R2 （config-if）#frame-relay route 103 int s0/0/1 301；

R2（config-if）#frame-relay route 104 int s0/1/0401；

R2 （config）#int s0/0/1（s0/0/1与R3相连）；

R2（config-if）#frame-relay route 301 int s0/0/0 103；

R2（config）#int s0/1/0（s0/1/0与R4相连）；

R2（config-if）#frame-relay route 401 int s0/0/0 104。

4.3 实验结果与分析

三种软件实验结果性能总结如表1。

5 结束语

在计算机网络课程教学中，充分利用模拟软件辅助教学，缓解地方本科院校实验条件的特殊限制及环境对实验影响的压力，以期达到相同的或取得更好的教学效果。相比PacketTracer和DynamipsGUI ，GNS3网络模拟软件具有投资小，可升级、直观和易进行网络设备连接的优点，是一个很好的选择。但是作为模拟器GNS3本身也具有一些缺陷，而且模拟器占用一定的系统资源，这需要在使用过程中由设计者进行针对性修改。

参考文献

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[2]李安邦，刘桢. 计算机网络技术教学中引入GNS3[J]. 电脑知识与技术.2011（10）： 374-376.

[3] 谢希仁.计算机网络[M].大连：大连理工大学出版社，2000.

[4] 王煜林，王金恒.使用GNS3模拟网络实验室[J].电脑编程技巧与维护，2010（12）：113-114.

基金项目：

本文得到广西新世纪教改工程2011年项目（2011JGB110）基金资助。

作者简介：

杨云峰（1975-），男，白族，云南大理人，广西河池学院计算机系，讲师；研究方向：计算机网络。