GNS3模擬軟件的信息網(wǎng)絡分析論文

　　0引言

　　隨著企業(yè)信息化建設的深入，信息網(wǎng)絡起著越來越重要的作用，企業(yè)對信息網(wǎng)絡的依賴程度越來越高，與此同時，信息網(wǎng)絡需要隨著企業(yè)規(guī)模、應用需求的變化做出適應性調(diào)整。在進行信息網(wǎng)絡優(yōu)化設計、系統(tǒng)擴容及設備配置變更時，網(wǎng)絡維護人員面臨的棘手問題是如何確保網(wǎng)絡設計的可行性、設備配置的準確性和正確性及網(wǎng)絡的可靠性，以滿足信息網(wǎng)絡穩(wěn)定運行要求。在已投入運行的環(huán)境中，通常僅僅依靠網(wǎng)絡維護人員的能力和經(jīng)驗來保證系統(tǒng)正常運行，而這種維護模式具有一定的風險，同時局部網(wǎng)絡調(diào)整時也難以發(fā)現(xiàn)其對全網(wǎng)運行狀態(tài)的影響。在進行重要節(jié)點的網(wǎng)絡優(yōu)化或調(diào)整時，往往需要多部門的配合，這期間僅靠文字報告和PPT往往不能直觀反映網(wǎng)絡的實際情況，而僅靠網(wǎng)管軟件只能查看當前網(wǎng)絡狀態(tài)，卻不能進行預測和演練。因此如何通過一種簡單易行的方式，對網(wǎng)絡優(yōu)化、調(diào)整的運行狀態(tài)進行驗證性測試，對網(wǎng)絡維護人員來說非常重要。

　　1基于模擬軟件的網(wǎng)絡驗證分析

　　隨著計算機軟件的豐富，網(wǎng)絡模擬軟件的出現(xiàn)為信息網(wǎng)絡驗證測試提供了新的工具。模擬軟件需要從可行性和適用性兩方面進行分析，找到最優(yōu)使用方法，才能實現(xiàn)網(wǎng)絡驗證測試的目標。

　　1.1可行性分析

　　模擬軟件的可行性包括軟件功能和軟件模擬網(wǎng)絡規(guī)模2個方面。1.1.1軟件功能模擬軟件的功能是決定模擬軟件是否具有可用性的關(guān)鍵因素，現(xiàn)有的模擬軟件分為兩類：一是系統(tǒng)內(nèi)置網(wǎng)絡功能的模擬軟件；二是模擬軟件作為平臺軟件，通過運行特定的路由器軟件來提供設備功能。第一類模擬軟件可模擬的設備數(shù)量相對較多，但功能受到軟件編寫的限制；第二類模擬軟件可以模擬出真實的設備功能，但由于路由器系統(tǒng)軟件需要一定的計算機硬件資源支持，所以可模擬的設備數(shù)量相對較少。在實際應用中采用的GNS3圖形化網(wǎng)絡模擬軟件屬于第二類軟件，由于采用的是真實的思科路由器系統(tǒng)軟件，所以模擬環(huán)境中的設備功能與真實環(huán)境相當，可滿足驗證測試需求。1.1.2模擬網(wǎng)絡規(guī)模隨著計算機處理能力和操作系統(tǒng)支持內(nèi)存數(shù)量的不斷提高，使模擬軟件運行的設備數(shù)量不斷增加，已具備模擬一定規(guī)模網(wǎng)絡系統(tǒng)的能力，即使桌面計算機系統(tǒng)也具備了模擬小型網(wǎng)絡設備環(huán)境的能力。

　　1.2適用性分析

　　模擬環(huán)境與真實環(huán)境畢竟存在一定的差別，模擬環(huán)境適用性就是模擬環(huán)境能夠滿足哪些驗證測試需求。對模擬環(huán)境的適用性分析包括：（1）模擬軟件系統(tǒng)一般都支持各種路由協(xié)議，具備豐富的路由功能，可針對信息網(wǎng)絡中比較復雜的路由協(xié)議和路由策略部分進行模擬。（2）針對性能和流量方面測試需求，模擬環(huán)境不具備適用性。（3）適于采用模擬環(huán)境進行的驗證測試的情況包括：針對各種路由狀態(tài)進行分析和比較；針對各種路由策略的部署進行驗證測試；針對各種故障狀態(tài)下的路由狀態(tài)變化情況進行驗證測試；針對各種新增網(wǎng)絡功能部署情況進行驗證測試。

　　1.3軟件使用要點

　　模擬環(huán)境與實際環(huán)境的差別決定了模擬環(huán)境的構(gòu)建既有別于實際環(huán)境，又要能體現(xiàn)實際環(huán)境的重要網(wǎng)絡狀態(tài)，以達到驗證測試的目標。可將模擬環(huán)境的使用要點歸納為如下幾個方面：（1）根據(jù)實際環(huán)境中難于確定的網(wǎng)絡狀態(tài)，找到驗證測試的重點。（2）基于驗證測試的重點，構(gòu)建模擬環(huán)境網(wǎng)絡拓撲。考慮到模擬軟件系統(tǒng)對性能和網(wǎng)絡規(guī)模的限制，模擬環(huán)境拓撲結(jié)構(gòu)既是真實環(huán)境的簡化，同時又需要體現(xiàn)真實環(huán)境的運行情況，可以通過典型化和模塊化的方法來簡化模擬網(wǎng)絡拓撲。（3）根據(jù)實際環(huán)境和模擬環(huán)境的差別，對網(wǎng)絡設備配置進行修改。

　　2基于模擬軟件的可靠性測試實例

　　基于模擬軟件實現(xiàn)信息網(wǎng)絡驗證測試包括運行環(huán)境分析、模擬環(huán)境構(gòu)建、網(wǎng)絡配置提取和修改、驗證測試4個步驟，下面以某次采用GNS3圖形化網(wǎng)絡模擬軟件進行網(wǎng)絡可靠性驗證測試為例進行說明。

　　2.1運行環(huán)境分析

　　基于模擬軟件的驗證測試環(huán)境是某城域網(wǎng)實際環(huán)境，該城域網(wǎng)采用層次化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡設置了核心層、匯聚層和接入層，同時還設置了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。核心層網(wǎng)由2臺Cisco7606構(gòu)成，匯聚層由3個城區(qū)匯聚節(jié)點的6臺Cisco7604路由器和4個縣級匯聚節(jié)點的8臺Cisco7604路由器組成，接入層由連接匯聚層的近200個節(jié)點的交換機組成，數(shù)據(jù)中心由4臺Cisco7609組成，全網(wǎng)路由協(xié)議采用eigrp協(xié)議。核心匯聚層拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)實際業(yè)務需求，本次驗證測試的目標是完成全網(wǎng)可靠性分析。

　　2.2模擬環(huán)境構(gòu)建

　　通過對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析可以看出，全網(wǎng)由核心網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、城區(qū)網(wǎng)絡和廣域網(wǎng)絡四部分組成。為更好體現(xiàn)模擬拓撲結(jié)構(gòu)簡化方法，可將實際網(wǎng)絡劃分為核心和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、城區(qū)網(wǎng)絡、廣域網(wǎng)絡3個模塊，分別構(gòu)建基于實際環(huán)境和實際配置的模擬測試環(huán)境。（1）核心和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡模擬環(huán)境。核心網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡模擬驗證環(huán)境通過9臺路由器構(gòu)建，其中6臺路由器模擬信息網(wǎng)絡（R1-R6），2臺路由器模擬業(yè)務系統(tǒng)（R7，R8），1臺路由器模擬城域網(wǎng)網(wǎng)絡和接入網(wǎng)絡（R9）。具體模擬驗證環(huán)境如圖2所示。（2）城區(qū)網(wǎng)絡模擬環(huán)境。城區(qū)網(wǎng)絡模擬驗證環(huán)境通過11臺路由器構(gòu)建，其中8臺路由器模擬信息網(wǎng)絡（R1-R8），2臺路由器模擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡（R9，R10），1臺路由器模擬城區(qū)接入節(jié)點（R11）。具體模擬驗證環(huán)境如圖3所示。（3）廣域網(wǎng)絡模擬環(huán)境。廣域網(wǎng)絡模擬驗證環(huán)境通過14臺路由器構(gòu)建，其中11臺路由器模擬信息網(wǎng)絡（R1-R11），2臺路由器模擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡（R12，R13），1臺路由器模擬廣域網(wǎng)接入節(jié)點（R14）。具體模擬驗證環(huán)境如圖4所示。

　　2.3設備配置提取和修改

　　模擬環(huán)境的設備配置是基于實際設備配置并需要進行適當修改的，具體操作如下：（1）從現(xiàn)有網(wǎng)絡系統(tǒng)中提取每臺設備配置。（2）保留全部IP地址、路由協(xié)議和路由策略配置。（3）根據(jù)模擬網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，修改網(wǎng)絡連接端口的類型、端口號以及與端口硬件相關(guān)的配置命令。（4）刪除snmp，ntp等不需要進行測試的配置命令。

　　2.4系統(tǒng)驗證測試

　　在模擬測試環(huán)境成功加載了測試配置后，可進行預期的網(wǎng)絡可靠性驗證測試，測試內(nèi)容包括：（1）核心網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡模擬測試。核心網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡驗證測試中深入分析了核心網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的路由狀態(tài)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，同時分別模擬了以下7種故障情況下的網(wǎng)絡運行狀態(tài)：核心網(wǎng)絡CORE1a和CORE2a間連接故障；核心網(wǎng)絡CORE1a設備故障；核心網(wǎng)絡CORE2a設備故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡DC1a與DC2a間網(wǎng)絡連接故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡DC1a設備故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡DC2a設備故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡DC1a外部連接故障。（2）城區(qū)網(wǎng)絡模擬測試。城區(qū)網(wǎng)絡模擬驗證測試中深入分析了城區(qū)網(wǎng)絡路由狀態(tài)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并以MAN1節(jié)點為例模擬了以下5種故障情況下的網(wǎng)絡運行狀態(tài)：核心網(wǎng)絡CORE1a和CORE2a間連接故障；核心網(wǎng)絡CORE1a設備故障；核心網(wǎng)絡CORE2a設備故障；城區(qū)網(wǎng)絡MAN1a主用連接故障；城區(qū)網(wǎng)絡MAN1a設備故障。（3）廣域網(wǎng)絡模擬測試。廣域網(wǎng)絡模擬驗證測試分析廣域網(wǎng)絡路由狀態(tài)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，以WAN2節(jié)點為例模擬了6種故障情況下的網(wǎng)絡運行狀態(tài)：核心網(wǎng)絡CORE1a和CORE2a間連接故障；核心網(wǎng)絡CORE1a設備故障；核心網(wǎng)絡CORE2a設備故障；廣域網(wǎng)絡WAN2a主用連接故障；廣域網(wǎng)絡WAN2a主用環(huán)網(wǎng)故障；廣域網(wǎng)絡WAN2a設備故障。在上述故障模擬中，測試了故障發(fā)生后的網(wǎng)絡連通性，并對故障發(fā)生后的網(wǎng)絡運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)進行了評估。

　　2.5信息網(wǎng)絡可靠性測試實例

　　利用GNS3圖形化網(wǎng)絡模擬軟件成功完成了對網(wǎng)絡主干的可靠性分析，且為確保測試結(jié)果的嚴謹，對包括鏈路中斷、設備故障、防火墻故障在內(nèi)的各類故障都進行了模擬。（1）設備故障模擬測試。模擬核心網(wǎng)絡主用設備CORE1a設備故障時，全網(wǎng)通過動態(tài)路由協(xié)議全部切換至備用設備CORE2a，見圖5。（2）鏈路中斷模擬測試。模擬廣域網(wǎng)絡與核心網(wǎng)絡主用連接故障時，動態(tài)路由協(xié)議自動計算出與核心網(wǎng)絡連接的冗余轉(zhuǎn)發(fā)路徑，如WAN2a主用連接故障時，經(jīng)WAN3a，WAN4a，CORE2a和CORE1a實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心業(yè)務的訪問，見圖6。（3）防火墻故障模擬測試。模擬數(shù)據(jù)中心DC1a與核心網(wǎng)絡連接或防火墻故障時，動態(tài)路由協(xié)議自動計算出數(shù)據(jù)中心經(jīng)DC2a與核心網(wǎng)絡連接的冗余轉(zhuǎn)發(fā)路徑，數(shù)據(jù)中心出口切換至DC2節(jié)點，見圖7。

　　2.6測試結(jié)果分析

　　經(jīng)測試，GNS3模擬器軟件能夠勝任復雜網(wǎng)絡的環(huán)境模擬，非常適合動態(tài)的故障模擬和可靠性分析，可以完美地模擬出網(wǎng)絡常見的多種故障。這種可靠性分析方法既能滿足對實際環(huán)境的真實再現(xiàn)，又不會對現(xiàn)實網(wǎng)絡造成影響，操作性強，圖文界面也非常直觀。

　　3結(jié)語

　　采用GNS3模擬器軟件對網(wǎng)絡可靠性進行測試分析是一種簡單易行的方式，但模擬環(huán)境受到運行模擬軟件的計算機性能和軟件功能的限制，無法模擬全部網(wǎng)絡環(huán)境，因此在實施模擬測試的過程中，需要對實際網(wǎng)絡環(huán)境的需求進行分析，找到重點和難點，以便通過模擬環(huán)境的驗證測試達到最優(yōu)結(jié)果，為信息網(wǎng)絡維護提供有益的幫助。這是對現(xiàn)有網(wǎng)管軟件等分析方法的有力補充，對于信息網(wǎng)絡維護管理工作而言，既提供了新的有力工具，也為今后的網(wǎng)絡運維和管理提供了全新的思路和視角。

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