GNS3仿真系统应用研究论文

目录

GNS3仿真系统应用研究....................................................................................... 错误！未定义书签。

一、论文摘要 (2)

二、GNS3软件简介 (3)

（一） GNS3软件介绍 (3)

（二） GNS3功能 (3)

（三） GNS3 模块简介 (3)

（四） GNS3安装配置 (4)

（五） GNS3与其他仿真软件的比较 (5)

三、仿真模块详解 (6)

（一）路由器 (6)

（二）交换机 (9)

（三）防火墙 (11)

（三）虚拟主机 (16)

四、 GNS3的应用 (20)

（一）课程应用 (20)

（二）训练应用 (28)

五、典型案例分析 (31)

（一）小型办公室网络拓扑 (31)

（二）小型校园网网络拓扑 (32)

六、研究过程中遇到的问题和解决方法 (36)

（二）遇到的问题 (36)

（二）解决方法 (36)

七、收获和体会 (36)

八、致谢 (37)

附录参考文献 (37)

一、论文摘要

仿真软件英文名是 simulation software ，专门用于仿真的计算机软件。它与仿真硬件同为仿真的技术工具。仿真软件是从50年代中期开始发展起来的。它的发展与仿真应用、算法、计算机和建模等技术的发展相辅相成。仿真软件的目标是不断改善面向问题、面向用户的模块描述能力和对模型实验的功能。我们本次的课题研究就是基于仿真软件系统这一方面。

随着网络的不断发展，人们的日常生活越来越离不开网络。与此同时，在快节奏的生活和工作环境下，网络的搭建和配臵的合理性和安全性等方面就成了网络发展的重点和难点。如何使用最低的成本和技术实现最优的网络环境，成为了一项研究课题。而GNS3软件的出现为设计和配臵网络拓扑提供了平台和技术支持，是仿真软件中的佼佼者。GNS3包含了路由器，交换机，防火墙，主机等一系列的模块，我们可以通过自己的需求，运用不同的模块搭建网络拓扑和环境。同时，我们也可以利用GNS3与多种软件的相互关联来实现数据的抓包，配臵路由，安全防护等功能。我毕业设计的重点就是掌握GNS3的功能和使用方法并熟练在GNS3的软件环境下路由拓扑设计以及安全防护的相关操作。

二、GNS3软件简介

（一） GNS3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（包括Windows, Linux, and MacOS等）的网络虚拟软件。Cisco网络设备管理员或是想要通过CCNA,CCNP,CCIE等Cisco认证考试的相关人士可以通过它来完成相关的实验模拟操作。同时它也可以用于虚拟体验Cisco 网际操作系统IOS或者是检验将要在真实的路由器上部署实施的相关配臵。

GNS3整合了如下的软件：

Dynamips：一款可以让用户直接运行Cisco系统(IOS)的模拟器

Dynagen：是Dynamips的文字显示前端

Qemu：PIX防火墙设备模拟器。

Winpcap：windows平台下一个免费，公共的网络访问系统。开发winpcap这个项目的目的在于为win32应用程序提供访问网络底层的能力。

（二） GNS3功能

1.设计优秀的网络拓扑结构

2.模拟Cisco路由设备交换机和PIX防火墙等

3.仿真简单的Ethernet, ATM和帧中继交换机

4.能够装载和保存为Dynamips的配臵格式，也就是说对于使用dynamips内核的虚拟软件具有较好的兼容性

5.支持一些文件格式(JPEG, PNG, BMP and XPM)的导出

重要提示: 用户必须自行准备需要使用的IOS文件。

（三） GNS3 模块简介

GNS3软件所支持的模块包括路由器C1700系列，C2600系列，C2961系列，C3600系列，C3700系列，C7200系列；Pix和asa系列防火墙；atm网桥，ethernet和atm系列交换机；qemu和virtualbox系列服务器以及用户主机等。

GNS3主界面分为四个主要区域，如下图所示。在最左边部分列出了支持的节点类型(node type)，可以看到有不同平台的路由器图标、一个PIX防火墙、Ethernet交换机、ATM bridge、Frame relay交换机和一个Cloud(云)。

最右边部分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。

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2.1 gns3整体视图

（四） GNS3安装配置

第一步：利用GNS3安装包进行傻瓜安装。

第二步：进行ios的配臵，点击GNS3的Edit菜单，选择“IOS image and hypervisors”，在标签页“IOS images”中，点击后查找自己所准备的IOS映像文件并点击“open”按钮。此IOS文件将作为GNS3的image文件。点击“Platform”的下拉箭头，选择IOS映像文件所对应的路由器平台。点击“Model”的下拉箭头，选择IOS映像文件所对应的路由器型号（一般情况下，GNS3会自动配臵平台和型号）。此后，我们在剩下的配臵中接受GNS3的默认值。点击“Save”按钮保存配臵，并点击“Close”按钮结束关于IOS的配臵（需要注意的是ios映像文件需要用户自己下载）。

第三步：经过以上步骤后，我们就可以通过GNS3进行网络拓扑图设计了。

（五） GNS3与其他仿真软件的比较

Dynamips作为一款十分优秀的Cisco路由器模拟软件，实验模拟效果远比Boson NetSim更加真实可信。Boson NetSim是对IOS命令行的模拟，而Dynamips是通过在计算机中构建运行IOS的虚拟机来真正运行IOS实现对Cisco路由器的模拟。

Gynagen是一种基于文本的Dynamips前端系统，初学者使用Dynamips时总是感觉存在一定程度的不便和困难。当前，如果对Dynamips非常熟悉，无须任何前端系统就可以很好地进行相关网络模拟。就像一个用户可以在命令行中能实现在图形界面中完成的所有任务一样。

GNS3的推出在一定程度上解决了Dynamips不如Boson NetSim易用的问题，受到了Dynamips初学者的欢迎。Dynamips的图形化前端系统除了GNS3外，还有GynamipsGUI。但GNS3除了像GynamipsGUI能够可视化地设计实验网络拓扑外，还可以直接利用GNS3完成相关的模拟实验。因此，将GNS3看作一种基于 Dynamips的Cisco路由器集成模拟环境并不为过。

三、仿真模块详解

（一）路由器

1.模拟方法

路由器的模拟方法相对简单，从互联网上下载你需要的路由器系列ios文件，然后进入GNS3的界面，选择菜单中的编辑一栏，再选择其中的“ios和hypervisors”选项，会弹出对话框，如图：

图3.1 进入ios文件设臵界面

图3.2 ios文件设臵

在Image file栏里选择要使用的ios文件存储路径，其他选项会自动更新。最后点击保存我们就可以使用所下载路由器系列了。

2.路由器的使用和配臵

点击最左边Node Type中的某个路由器图标，注意该路由器得是你配臵了IOS映像的型号，我们使用Router c3600平台。将一个路由器

节点拖到工作区后便有了一个可供配臵的路由器，如下图所示。

图3.3 路由器配臵

右键单击路由器，选择“配臵”菜单项，可以对路由器的内存，插槽和mac地址进行配臵。

右键单击路由器，选择“开始”使路由器开始运行。再一次右键单击路由器，选择“Console”，将打开telnet控制台，（作者使用securecrt

软件与GNS3的telnet控制台绑定）如图所示。

图3.4 securecrt console界面

利用控制台可以对路由器配臵相关的命令和参数，并设臵相应端口

的ip和路由协议。

当IOS运行时，它将消耗几乎100%的CPU处理能力，使得计算机的运行变得异常缓慢。但是，选择合适的idlepc值可以有效降低CPU利用率。所以我们在运行路由器之前需要设臵路由器的idlepc值：在GNS3主窗口中，右键单击路由器，选择“Idle PC”。GNS3将花费一段时间来计算一个Idle PC值，然后会出现如下图所示的窗口。如果点击下拉箭头，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（如果没有带星号的值，则选择一个较大的值）。

图3.5 路由器的idle计算

3.路由器各适配器的功能

NM-16ESW <------> 支持16个Fastethernet接口(交换模块,在使用此模块做交换实验时候,请使用no ip routing 关闭端口路由) NM-1E <------> 支持1个Ethernet接口

NM-1FE-TX<------> 支持1个Fastethernet接口

NM-4E <------> 支持4个Ethernet接口

NM-4T <------> 支持4个serial接口

（二）交换机

1.模拟方法

交换机的模拟方法和路由器类似，但交换机的ios文件需要用户单独下载，部分交换机系列属于路由器的C3700系列。我们用同样的方式模拟好C3700系列的交换机（这里不做过多赘述）。

2.交换机的使用和配臵

交换机的配臵比路由器相对简单，不需要通过telnet控制台进行参数设臵，从nodes type窗口中选择一个已经配臵了ios映像文件的交换机型号，将其节点拖到工作区后就可以模拟一个交换机了，如图：

图3.6 交换机虚拟

右键单击交换机，通过“配臵”可以对交换机的端口号，vlan等进行配臵。将一台路由器拖到工作区（软件会默认为R1），为路由器设臵插槽，通过telnet配臵好路由，我们就可以进行路由器和交换机的互联。

单击工具栏中的“Add a link”按钮，选择下拉菜单的“fastethernet”菜单项，鼠标将变成十字形。

分别点击SW1和R1，再点击工具栏中的“Add a link”按钮(已经变成了一个停止标志)。最后点击“开始”按钮，将出现如下图所示的提示窗口：

网路拓扑中的链路颜色从红色变成了绿色。路由器和交换机就可以正常工作了。如下图所示：

图3.7 交换机和路由器互联

如果点击“console to all devices”按钮，将能够看到每台路由器的启动过程。GNS3会为每台路由器开启一个Telnet Console窗口。（三）防火墙

1.模拟方法

在GNS3这款模拟软件中，所有的ios文件都需要用户自己提供。并且，其中的防火墙属于一个独立的ios文件，因此我们需要手动下载一个防火墙的ios文件，下载完成后，选择GNS3编辑栏中的“首选项”

菜单，会出现对话框，如图：

图3.8 gns3首选项

继续选择对话框左侧的Qemu选项，选择其中的fix栏，即可对fix

防火墙进行设臵了，如图：

图3.9 pix防火墙设臵

在identifier name一项中填写用户名称，在binary image一项中填写防火墙ios文件的路径，完成后就可以在GNS3中模拟防火墙了。如图：

图3.10 pix图示

2.pix激活

要完全使用PIX的功能，需要激活PIX，激活方法如下：

右键点击pix图标，选择console选项，在telnet界面中输入下面的命令。

pixfirewall> en

Password:

pixfirewall# sh version

System image file is “Unknown, monitor mode tftp booted image”Config file at boot was “startup-config”

pixfirewall up 3 mins 23 secs

Flash E28F128J3 @ 0xfff00000, 16MB

BIOS Flash AM29F400B @ 0xfffd8000, 32KB

0: Ext: Ethernet0 : address is 0000.abcd.ef00, irq 9 1: Ext: Ethernet1 : address is 0000.abcd.ef01, irq 11 2: Ext: Ethernet2 : address is 0000.abcd.ef02, irq 11 3: Ext: Ethernet3 : address is 0000.abcd.ef03, irq 11 4: Ext: Ethernet4 : address is 0000.abcd.ef04, irq 11 The Running Activation Key is not valid, using default settings:

Licensed features for this platform:

Maximum Physical Interfaces : 6

Maximum VLANs : 25

Inside Hosts : Unlimited

Failover : Disabled //Failover（不可用）VPN-DES : Disabled(不可用)

VPN-3DES-AES : Disabled（不可用）

Cut-through Proxy : Enabled

Guards : Enabled

URL Filtering : Enabled

Security Contexts : 0

GTP/GPRS : Disabled

VPN Peers : Unlimited

Running Activation Key: 0×00000000 0×00000000 0×00000000 0×00000000 0×00000000 //激活码

Configuration has not been modified since last system restart. pixfirewall# activation-key 0xd2390d2c 0×9fc4b36d 0×98442d99 0xeef7d8b1 //输入激活码

The following features available in flash activation key are NOT available in new activation key:

Failover is different.

flash activation key: Restricted(R)

new activation key: Unrestricted(UR)

Proceed with update flash activation key? [confirm]

The following features available in running activation key are NOT

available in new activation key:

Failover is different.

running activation key: Restricted(R)

new activation key: Unrestricted(UR)

WARNING: The running activation key was not updated with the requested key.

The flash activation key was updated with the requested key, and will

become active after the next reload.

pixfirewall# write //保存配臵

Building configuration…

Cryptochecksum: 70b1d47e d807251d 47f50cb7 f851d390

1226 bytes copied in 0.800 secs

[OK]

然后在GNS3中停止PIX，重新开始即可，不能选择直接重启。

下面是重新开始后：

pixfirewall> en

Password:

pixfirewall# sh version

System image file is “Unknown, monitor mode tftp booted image”

Config file at boot was “startup-config”

pixfirewall up 17 secs

Flash E28F128J3 @ 0xfff00000, 16MB

BIOS Flash AM29F400B @ 0xfffd8000, 32KB

0: Ext: Ethernet0 : address is 0000.abcd.ef00, irq 9

1: Ext: Ethernet1 : address is 0000.abcd.ef01, irq 11

2: Ext: Ethernet2 : address is 0000.abcd.ef02, irq 11

3: Ext: Ethernet3 : address is 0000.abcd.ef03, irq 11

4: Ext: Ethernet4 : address is 0000.abcd.ef04, irq 11

Licensed features for this platform:

Maximum Physical Interfaces : 10

Maximum VLANs : 100

Inside Hosts : Unlimited

Failover : Active/Active可用

VPN-DES : Enabled（可以使用）

VPN-3DES-AES : Enabled（可以使用）

Cut-through Proxy : Enabled

Guards : Enabled

URL Filtering : Enabled

Security Contexts : 2

GTP/GPRS : Disabled

VPN Peers : Unlimited

Running Activation Key: 0xd2390d2c 0×9fc4b36d 0×98442d99 0xeef7d8b1

Configuration has not been modified since last system restart.

3.修改PIX Serial Number,套用已有激活码激活PIX

通常无法获得与上文中相同的Serial Number,那么也就没办法使用对应的激活码了。但是，我们可以通过修改GNS3中的PIX参数来修改PIX的Serial Number,这样，我们就可以使用已有的激活码了。

具体操作：

方法一：

“编辑”–>“首选项”–>“Qemu”–>“PIX”–>“PIX Specific Settings”—>“Serial”注意：要把上面的serial number中的十进制转成十六进制。

方法二：

进入设臵的Qemu的工作目录，找到FW1目录，修改该目录下的pemu.ini文件中相应的内容。至此，我们就可以完全使用pix防火墙的功能了。

（三）虚拟主机

在GNS3软件中没有用户主机的虚拟，需要用户使用vpcs软件将主机虚拟到GNS3中。Vpcs最多可以模拟9台主机，用数字1-9进行切换。可以使用简单的ping和tracert命令。利用show命令查看主机的IP 和MAC地址。使用如下格式的命令：ip 192.168.1.2 192.168.1.1 24 可以设臵PC的IP地址、默认网关、子网掩码（前缀长度）。

1．利用“Symbol Library”可以将VPCS集成到GNS3中。

在GNS3窗口中选择Edit菜单的Symbol Manager菜单项。点击“Available symbols”下的“Computer”，然后右键单击箭头“>”，将计算图标添加到“Customized nodes”。在Name框中输入“Computer”，利用下拉箭头，将类型更改为Cloud。如下图所示：

图3.11 symbol manager界面

这之后在GNS3的ios文件窗口中就会出现主机的图标了。将主机拖入工作区，并在其配臵对话框中选择nio udp菜单，随后对主机的本

地和远程端口号进行配臵，如图：

图3.12路由和主机互联

注：如有多台主机，本地端口和远程端口依次加1。另外C0中的本地端口对应的是VPCS1里的远程端口，C0中的远程端口对应的是VPCS1里的本地端口，否则不通。

2.运行VPCS，配臵PC1和PC2。

3．测试PC和路由器的连通性。

4．路由器Ping PC1和PC2

四、 GNS3的应用

（一）课程应用

在我们的日常的课程学习当中，许多课程都需要使用网络拓扑，硬件虚拟和网络数据抓包。我们现在大部分使用的是wireshark和paketer triccer等初级软件，而GNS3是一款集抓包功能，虚拟功能，拓扑构建等功能的相对复杂软件，可以同时实现课程上的多种需求。比如在《计算机网络》这门课中，我们需要对网络中数据包进行分析和检测，这是我们通常只能利用wireshark对我们所使用的主机进行单一的实验，而GNS3的出现可以给我们提供更多的实验可能性，我们可以通过在GNS3中建立需要的网络环境或是路由拓扑，再利用GNS3与wireshark的关联对所模拟的网络进行抓包实验。这样的话我们可以使实验更加有针对性，可以更好地完成实验任务。下面我们先利用GNS3和wireshark实现简易的网络数据抓包实验。

实验一

首先建立一个简单的拓扑结构，如图：

图4.1 路由拓扑

接着，右键点击路由器的连接线，选择capture选项，在右键单击连接线，选择启动wireshark选项。如图：