GNS3模擬軟件的信息網(wǎng)絡(luò)分析論文

　　0引言

　　隨著企業(yè)信息化建設(shè)的深入，信息網(wǎng)絡(luò)起著越來(lái)越重要的作用，企業(yè)對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)程度越來(lái)越高，與此同時(shí)，信息網(wǎng)絡(luò)需要隨著企業(yè)規(guī)模、應(yīng)用需求的變化做出適應(yīng)性調(diào)整。在進(jìn)行信息網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)擴(kuò)容及設(shè)備配置變更時(shí)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員面臨的棘手問(wèn)題是如何確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的可行性、設(shè)備配置的準(zhǔn)確性和正確性及網(wǎng)絡(luò)的可靠性，以滿足信息網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行要求。在已投入運(yùn)行的環(huán)境中，通常僅僅依靠網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的能力和經(jīng)驗(yàn)來(lái)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，而這種維護(hù)模式具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)局部網(wǎng)絡(luò)調(diào)整時(shí)也難以發(fā)現(xiàn)其對(duì)全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響。在進(jìn)行重要節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化或調(diào)整時(shí)，往往需要多部門(mén)的配合，這期間僅靠文字報(bào)告和PPT往往不能直觀反映網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，而僅靠網(wǎng)管軟件只能查看當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，卻不能進(jìn)行預(yù)測(cè)和演練。因此如何通過(guò)一種簡(jiǎn)單易行的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、調(diào)整的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證性測(cè)試，對(duì)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)非常重要。

　　1基于模擬軟件的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證分析

　　隨著計(jì)算機(jī)軟件的豐富，網(wǎng)絡(luò)模擬軟件的出現(xiàn)為信息網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證測(cè)試提供了新的工具。模擬軟件需要從可行性和適用性?xún)煞矫孢M(jìn)行分析，找到最優(yōu)使用方法，才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證測(cè)試的目標(biāo)。

　　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(luò)規(guī)模2個(gè)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(lèi)：一是系統(tǒng)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)功能的模擬軟件；二是模擬軟件作為平臺(tái)軟件，通過(guò)運(yùn)行特定的路由器軟件來(lái)提供設(shè)備功能。第一類(lèi)模擬軟件可模擬的設(shè)備數(shù)量相對(duì)較多，但功能受到軟件編寫(xiě)的限制；第二類(lèi)模擬軟件可以模擬出真實(shí)的設(shè)備功能，但由于路由器系統(tǒng)軟件需要一定的計(jì)算機(jī)硬件資源支持，所以可模擬的設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少。在實(shí)際應(yīng)用中采用的GNS3圖形化網(wǎng)絡(luò)模擬軟件屬于第二類(lèi)軟件，由于采用的是真實(shí)的思科路由器系統(tǒng)軟件，所以模擬環(huán)境中的設(shè)備功能與真實(shí)環(huán)境相當(dāng)，可滿足驗(yàn)證測(cè)試需求。1.1.2模擬網(wǎng)絡(luò)規(guī)模隨著計(jì)算機(jī)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(yùn)行的設(shè)備數(shù)量不斷增加，已具備模擬一定規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力，即使桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也具備了模擬小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備環(huán)境的能力。

　　1.2適用性分析

　　模擬環(huán)境與真實(shí)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(yàn)證測(cè)試需求。對(duì)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(duì)信息網(wǎng)絡(luò)中比較復(fù)雜的路由協(xié)議和路由策略部分進(jìn)行模擬。（2）針對(duì)性能和流量方面測(cè)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(jìn)行的驗(yàn)證測(cè)試的情況包括：針對(duì)各種路由狀態(tài)進(jìn)行分析和比較；針對(duì)各種路由策略的部署進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試；針對(duì)各種故障狀態(tài)下的路由狀態(tài)變化情況進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試；針對(duì)各種新增網(wǎng)絡(luò)功能部署情況進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。

　　1.3軟件使用要點(diǎn)

　　模擬環(huán)境與實(shí)際環(huán)境的差別決定了模擬環(huán)境的構(gòu)建既有別于實(shí)際環(huán)境，又要能體現(xiàn)實(shí)際環(huán)境的重要網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，以達(dá)到驗(yàn)證測(cè)試的目標(biāo)�？蓪⒛�擬環(huán)境的使用要點(diǎn)歸納為如下幾個(gè)方面：（1）根據(jù)實(shí)際環(huán)境中難于確定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，找到驗(yàn)證測(cè)試的重點(diǎn)。（2）基于驗(yàn)證測(cè)試的重點(diǎn)，構(gòu)建模擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹？紤]到模擬軟件系統(tǒng)對(duì)性能和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制，模擬環(huán)境拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)既是真實(shí)環(huán)境的簡(jiǎn)化，同時(shí)又需要體現(xiàn)真實(shí)環(huán)境的運(yùn)行情況，可以通過(guò)典型化和模塊化的方法來(lái)簡(jiǎn)化模擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�。�?）根據(jù)實(shí)際環(huán)境和模擬環(huán)境的差別，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置進(jìn)行修改。

　　2基于模擬軟件的可靠性測(cè)試實(shí)例

　　基于模擬軟件實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證測(cè)試包括運(yùn)行環(huán)境分析、模擬環(huán)境構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)配置提取和修改、驗(yàn)證測(cè)試4個(gè)步驟，下面以某次采用GNS3圖形化網(wǎng)絡(luò)模擬軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可靠性驗(yàn)證測(cè)試為例進(jìn)行說(shuō)明。

　　2.1運(yùn)行環(huán)境分析

　　基于模擬軟件的驗(yàn)證測(cè)試環(huán)境是某城域網(wǎng)實(shí)際環(huán)境，該城域網(wǎng)采用層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置了核心層、匯聚層和接入層，同時(shí)還設(shè)置了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。核心層網(wǎng)由2臺(tái)Cisco7606構(gòu)成，匯聚層由3個(gè)城區(qū)匯聚節(jié)點(diǎn)的6臺(tái)Cisco7604路由器和4個(gè)縣級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)的8臺(tái)Cisco7604路由器組成，接入層由連接匯聚層的近200個(gè)節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)組成，數(shù)據(jù)中心由4臺(tái)Cisco7609組成，全網(wǎng)路由協(xié)議采用eigrp協(xié)議。核心匯聚層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，本次驗(yàn)證測(cè)試的目標(biāo)是完成全網(wǎng)可靠性分析。

　　2.2模擬環(huán)境構(gòu)建

　　通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析可以看出，全網(wǎng)由核心網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、城區(qū)網(wǎng)絡(luò)和廣域網(wǎng)絡(luò)四部分組成。為更好體現(xiàn)模擬拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方法，可將實(shí)際網(wǎng)絡(luò)劃分為核心和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、城區(qū)網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)3個(gè)模塊，分別構(gòu)建基于實(shí)際環(huán)境和實(shí)際配置的模擬測(cè)試環(huán)境。（1）核心和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。核心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)模擬驗(yàn)證環(huán)境通過(guò)9臺(tái)路由器構(gòu)建，其中6臺(tái)路由器模擬信息網(wǎng)絡(luò)（R1-R6），2臺(tái)路由器模擬業(yè)務(wù)系統(tǒng)（R7，R8），1臺(tái)路由器模擬城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)（R9）。具體模擬驗(yàn)證環(huán)境如圖2所示。（2）城區(qū)網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。城區(qū)網(wǎng)絡(luò)模擬驗(yàn)證環(huán)境通過(guò)11臺(tái)路由器構(gòu)建，其中8臺(tái)路由器模擬信息網(wǎng)絡(luò)（R1-R8），2臺(tái)路由器模擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（R9，R10），1臺(tái)路由器模擬城區(qū)接入節(jié)點(diǎn)（R11）。具體模擬驗(yàn)證環(huán)境如圖3所示。（3）廣域網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境。廣域網(wǎng)絡(luò)模擬驗(yàn)證環(huán)境通過(guò)14臺(tái)路由器構(gòu)建，其中11臺(tái)路由器模擬信息網(wǎng)絡(luò)（R1-R11），2臺(tái)路由器模擬數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（R12，R13），1臺(tái)路由器模擬廣域網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)（R14）。具體模擬驗(yàn)證環(huán)境如圖4所示。

　　2.3設(shè)備配置提取和修改

　　模擬環(huán)境的設(shè)備配置是基于實(shí)際設(shè)備配置并需要進(jìn)行適當(dāng)修改的，具體操作如下：（1）從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中提取每臺(tái)設(shè)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，修改網(wǎng)絡(luò)連接端口的類(lèi)型、端口號(hào)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(jìn)行測(cè)試的配置命令。

　　2.4系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試

　　在模擬測(cè)試環(huán)境成功加載了測(cè)試配置后，可進(jìn)行預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)可靠性驗(yàn)證測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括：（1）核心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)模擬測(cè)試。核心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證測(cè)試中深入分析了核心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的路由狀態(tài)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，同時(shí)分別模擬了以下7種故障情況下的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)：核心網(wǎng)絡(luò)CORE1a和CORE2a間連接故障；核心網(wǎng)絡(luò)CORE1a設(shè)備故障；核心網(wǎng)絡(luò)CORE2a設(shè)備故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)DC1a與DC2a間網(wǎng)絡(luò)連接故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)DC1a設(shè)備故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)DC2a設(shè)備故障；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)DC1a外部連接故障。（2）城區(qū)網(wǎng)絡(luò)模擬測(cè)試。城區(qū)網(wǎng)絡(luò)模擬驗(yàn)證測(cè)試中深入分析了城區(qū)網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并以MAN1節(jié)點(diǎn)為例模擬了以下5種故障情況下的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)：核心網(wǎng)絡(luò)CORE1a和CORE2a間連接故障；核心網(wǎng)絡(luò)CORE1a設(shè)備故障；核心網(wǎng)絡(luò)CORE2a設(shè)備故障；城區(qū)網(wǎng)絡(luò)MAN1a主用連接故障；城區(qū)網(wǎng)絡(luò)MAN1a設(shè)備故障。（3）廣域網(wǎng)絡(luò)模擬測(cè)試。廣域網(wǎng)絡(luò)模擬驗(yàn)證測(cè)試分析廣域網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，以WAN2節(jié)點(diǎn)為例模擬了6種故障情況下的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)：核心網(wǎng)絡(luò)CORE1a和CORE2a間連接故障；核心網(wǎng)絡(luò)CORE1a設(shè)備故障；核心網(wǎng)絡(luò)CORE2a設(shè)備故障；廣域網(wǎng)絡(luò)WAN2a主用連接故障；廣域網(wǎng)絡(luò)WAN2a主用環(huán)網(wǎng)故障；廣域網(wǎng)絡(luò)WAN2a設(shè)備故障。在上述故障模擬中，測(cè)試了故障發(fā)生后的網(wǎng)絡(luò)連通性，并對(duì)故障發(fā)生后的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行了評(píng)估。

　　2.5信息網(wǎng)絡(luò)可靠性測(cè)試實(shí)例

　　利用GNS3圖形化網(wǎng)絡(luò)模擬軟件成功完成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)主干的可靠性分析，且為確保測(cè)試結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)包括鏈路中斷、設(shè)備故障、防火墻故障在內(nèi)的各類(lèi)故障都進(jìn)行了模擬。（1）設(shè)備故障模擬測(cè)試。模擬核心網(wǎng)絡(luò)主用設(shè)備CORE1a設(shè)備故障時(shí)，全網(wǎng)通過(guò)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議全部切換至備用設(shè)備CORE2a，見(jiàn)圖5。（2）鏈路中斷模擬測(cè)試。模擬廣域網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)主用連接故障時(shí)，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議自動(dòng)計(jì)算出與核心網(wǎng)絡(luò)連接的冗余轉(zhuǎn)發(fā)路徑，如WAN2a主用連接故障時(shí)，經(jīng)WAN3a，WAN4a，CORE2a和CORE1a實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的訪問(wèn)，見(jiàn)圖6。（3）防火墻故障模擬測(cè)試。模擬數(shù)據(jù)中心DC1a與核心網(wǎng)絡(luò)連接或防火墻故障時(shí)，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議自動(dòng)計(jì)算出數(shù)據(jù)中心經(jīng)DC2a與核心網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，見(jiàn)圖7。

　　2.6測(cè)試結(jié)果分析

　　經(jīng)測(cè)試，GNS3模擬器軟件能夠勝任復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境模擬，非常適合動(dòng)態(tài)的故障模擬和可靠性分析，可以完美地模擬出網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的多種故障。這種可靠性分析方法既能滿足對(duì)實(shí)際環(huán)境的真實(shí)再現(xiàn)，又不會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)造成影響，操作性強(qiáng)，圖文界面也非常直觀。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　采用GNS3模擬器軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行測(cè)試分析是一種簡(jiǎn)單易行的方式，但模擬環(huán)境受到運(yùn)行模擬軟件的計(jì)算機(jī)性能和軟件功能的限制，無(wú)法模擬全部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此在實(shí)施模擬測(cè)試的過(guò)程中，需要對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求進(jìn)行分析，找到重點(diǎn)和難點(diǎn)，以便通過(guò)模擬環(huán)境的驗(yàn)證測(cè)試達(dá)到最優(yōu)結(jié)果，為信息網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提供有益的幫助。這是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)管軟件等分析方法的有力補(bǔ)充，對(duì)于信息網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理工作而言，既提供了新的有力工具，也為今后的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和管理提供了全新的思路和視角。

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