The article describes the main aspects of virtualization features of the methods based on software Dynamips/Dynagen/GNS3, obtained during the practical research as modeling approaches and options for building a complex converged enterprise networks based on equipment of Cisco / Juniper.В статье рассмотрены основные аспекты особенностей методов виртуализации на базе программного обеспечения Dynamips/Dynagen/GNS3, полученные в ходе практических исследований, как подходов моделирования, так и вариантов построения сложных конвергентных корпоративных сетей на базе оборудования Cisco/Juniper

Демчинский, В. В.

Дорогой, Я. Ю.

Дорошенко, Е. С.

Electronic Archive of Kyiv Polytechnic Institute

  УДК 004.94  ДЕМЧИНСКИЙ В.В., ДОРОГОЙ Я.Ю., ДОРОШЕНКО Е.С.  ВИРТУАЛИЗАЦИЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В DYNAMIPS  В статье рассмотрены основные аспекты особенностей методов виртуализации на базе программ-ного обеспечения Dynamips/Dynagen/GNS3, полученные в ходе практических исследований, как под-ходов моделирования, так и вариантов построения сложных конвергентных корпоративных сетей на базе оборудования Cisco/Juniper.  The article describes the main aspects of virtualization features of the methods based on software Dyna-mips/Dynagen/GNS3, obtained during the practical research as modeling approaches and options for build-ing a complex converged enterprise networks based on equipment of Cisco / Juniper.  Введение в проблему Виртуализация отдельного сетевого обо-рудования и целых сетевых топологий  на-ходит свое применение не только в учебных целях, но и в задачах проектирования круп-номасштабных сетей, например в случае ка-питального строительства современных биз-нес центров или расчета затрат для провай-дера услуг связи. При этом не требуется фи-зического наличия весьма дорогостоящего оборудования, а виртуальная природа сис-темы позволяет легко менять топологию связей и выбирать оборудование с необхо-димой функциональностью.  С развитием технологий виртуализации, в последние годы появилась программная эмуляция сетевого оборудования Сisco (ма-ршрутизаторы 1700, 2600, 3600, 3700, 7200 серий, PIX, ASA, IDS и тд.) и Juniper (серия J).   Анализ существующих решений Сейчас существуют такие пакеты для про-ектирования виртуальных корпоративных сетей:  Opnet – мощный пакет моделирования, позволяющий промоделировать основные аспекты поведения сети при использовании широкого круга технологий.  Boson NetSim – еще один пакет модели-рования, позволяющий моделировать сети, построенные на оборудовании Cisco. Дан-ный пакет имеет достаточно широкий диапа-зон поддерживаемых технологий и является достаточно удобным для изучения оборудо-вания на базовом уровне. Cisco Packet Tracer – бурно развиваю-щийся современный пакет моделирования сетей на базе оборудования Cisco. Позволяет моделировать виртуальные сети средней сложности, изучать аспекты проходящих в сети процессов обмена трафика.  Общими недостатками для всех рассмот-ренных пакетов, является: • невозможность совмещения реальной сети с виртуализированной; • медленное пополнение набора доступных технологий для изучения; • полное отсутствие возможности распре-делить смоделированную сеть на несколь-ко ПК с целью увеличения ее масштаба и уменьшения ресурсной нагрузки на один ПК. Все эти проблемы решены в пакете Dy-namips в связке с Dynagen и GNS3.  Скрытые проблемы виртуализации  Как известно, за счет виртуализации мо-жно существенно уменьшить количество оборудования и необходимую площадь дата-центра, а также существенно снизить стои-мость необходимого оборудования. Однако при всех известных преимуществах виртуа-лизации после ее реализации возникает це-лый ряд специфичных проблем, о которых поначалу иной раз просто не задумываются.  Проблема 1. На невиртуализованной платформе усредненный серверный про-цессор работает с нагрузкой 10–15%. В случае виртуализации этот показатель во-зрастает примерно до 70–80%.  Проблема 2. При виртуализации падает скорость обмена информацией между уст-ройствами. 148                                                                                   Виртуализация сетей передачи данных в dynamips  Проблема 3. Не все можно виртуализиро-вать.  Цель работы В данной статье будут рассмотрены ас-пекты применения Dynamips [1] в задачах моделирования, наряду с возникающими в процессе моделирования проблемами и воз-можными их решениями.   Виртуализация при помощи Dynamips Поскольку продукт написан на Python, это позволяет переносить его на любую плат-форму, для которой существует интерпрета-тор языка. Естественно, что сетевая производитель-ность виртуализированного в Dynamips обо-рудования отстает от реального в сотни раз, что ограничивает его применение. Та же причина затрудняет использование эмуля-тора для исследования механизмов, требую-щих realtime-производительности при высо-кой нагрузке (например, QoS и VoIP). Однако, можно констатировать, что к 2008 году продукты Dynamips достигли зре-лого состояния, достаточного для примене-ния в практических целях. Наряду с ранее перечисленными сериями устройств, Dynamips эмулирует около 20 ра-знообразных сетевых модулей (NM) и WIC – карт. Следует сказать, что эмуляция коммута-ционного оборудования (коммутаторы Ethernet, Frame Relay, ATM) в моделирую-щей среде почти отсутствует. Это объясня-ется закрытым характером архитектур спе-циальных плат коммутации (ASIC) фирмы Cisco. Исключением является базовая ком-мутация второго уровня. Больший набор фу-нкций коммутаторов LAN обеспечивает эмулируемый Dynamips сетевой модуль NM-16 ESW. Остальные виды коммутации потоков па-кетов между маршрутизаторами обеспечи-ваются самой средой (фактически, без эму-ляции коммутаторов). Поэтому Dynamips обеспечивает основные возможности комму-таторов Ethernet (с VLAN), Frame Relay, ATM. Возможность захвата потока пакетов с одного или нескольких каналов топологии будет полезна при подробном исследовании сетевых протоколов. Второй продукт из связки (Dynagen) [2] позволяет экспортировать / импортиро-вать как настройки одного виртуального устройства, так и всей топологии в целом (настройки топологии плюс настройки маршрутизаторов в виде одного файла).  При перегрузке физического процес-сора моделирующего компьютера могут наблюдаться эффекты, аналогичные пере-грузкам физического оборудования или аппаратным проблемам (эмуляция аппа-ратных ошибок) – interface flapping (пер-манентный переход интерфейса между включенным и выключенным состоянием, приводящий к сбросу логических соеди-нений между соседними маршрутиза-торами и повторному установлению сое-динения протоколом маршрутизации и последующему пересчету маршрутной ин-формации, т.е. к нестабильности канала и усугублению перегрузки эмулируемого процессора). Другое следствие перегрузки физического процессора – нарушение па-кетов, принимаемых виртуальными уст-ройствами (не совпадение контрольной суммы). При использовании Dynamips/Dynagen полезным будет придерживаться несколь-ких рекомендаций: • образы IOS обязательно нужно распа-ковать перед использованием – это уменьшит нагрузку на физический процессор; • использовать idlepc – параметр, обеспе-чивающий оптимальную загрузку про-цессора путем вычисления среднего времени простоя и функционирования; • использовать ghostios – параметр, ис-пользование которого заставит эмуля-тор хранить в оперативной памяти то-лько одну копию IOS (для каждого ис-пользуемого feature set ); • использовать sparsemem – параметр, по-зволяющий оптимизировать использова-ние физической памяти путем выделения количества памяти только в размере, ко-торый используется операционной систе-мой устройства. В случае, когда данный параметр отключен для каждого устройс-тва выделяется столько памяти, сколько указано в настройках. Зачастую такого рода распределение  является не оптима-льным. Вісник НТУУ «КПІ» Інформатика, управління та обчислювальна техніка №50        149    Количество оперативной памяти физиче-ского компьютера должно позволять полно-стью разместить данные памяти всех вирту-альных устройств, поскольку использование подкачки критически замедляет производи-тельность моделирующей системы. Таким образом, требуется не допустить вытеснения страниц памяти, содержащей данные вирту-альных устройств. Использование библиотек libcap (Linux) и winpcap (Windows) позволяет связать модель сети в Dynamips с другими хостами физиче-ской (или аналогичной виртуальной) сети т.е. "подключать" один из ethernet-портов виртуальных устройств к физической сети. Это свойство необходимо при использова-нии распределенных топологий моделируе-мых сетей (части одной топологии выпол-няются на нескольких Dynamips-серверах), а также при подключении к виртуальным ма-ршрутизаторам других физических или вир-туальных (VMWare, Virtual PC, Virtual Box) компьютеров или внешнего ПО (в частности, SDM – Security Device Manager – web - ути-лита администрирования маршрутизаторов), а также реального оборудования CISCO. Однако только один из портов эмулируе-мых маршрутизаторов может быть подклю-чен к физическому сетевому порту компью-тера. Это ограничивает построение распре-деленных сетевых топологий на нескольких Dynamips-серверах. Естественно, можно за-действовать несколько сетевых карт на фи-зическом компьютере. Однако существует более простое решение – подключить все порты, которые необходимо вывести во внешнюю сеть, к одному виртуальному ком-мутатору, а затем еще один  порт данного коммутатора подключить во внешнюю сеть. Аналогично подключаются порты в других частях распределенной топологии.   Третий пакет из связки (GNS3) [3] пред-ставляет собой средство для построения то-пологии виртуальной сети при помощи ин-туитивно-понятного дружелюбного графиче-ского интерфейса. Работа связки этих про-граммных пакетов выглядит приблизительно так: • при помощи пакета GNS3 создается то-пология виртуализированной сети; • GNS3 создает по топологии специальную подпрограмму «скрипт», который автома-тически выполняется в Dynagen с исполь-зованием Dynamips-сервера. Для полноценной работы набора также необходимы образы операционных систем используемого оборудования.  Эксперименты и результаты С целью исследования работы данного набора была собрана следующая топология сети (рис. 1).  Рис. 1. Топология виртуализированной  сети Устройства R1 и R2 представляют собой два маршрутизатора Cisco 3640, причем эму-ляция каждого из них запущена на разных ПК. Сервер FreeBSD является реальным фи-зическим устройством.  В результате эксперимента была по-строена сеть с использованием виртуальных и физических устройств. Поведение смоде-лированной сети полностью соответствует ожидаемому (т.е, можно передавать трафик между устройствами, настраивать политики доступа и тд).    Выводы Таким образом, средства Dynamips / Dynagen / GNS3 обеспечивают широчайший набор возможностей для изучения сетевого оборудования и технологий в учебных целях и при моделировании реальных систем, на-пример, на производственных площадках, где для проверки поведения сети в опреде-ленных ситуациях необходимо иметь воз-можность собрать недорогой макет.   Список литературы 1. http://www.ipflow.utc.fr/index.php/Cisco_7200_Simulator 2. http://dynagen.org 3. http://gns3.org  Поступила в редакцию 16.12.2009

Виртуализация сетей передачи данных в Dynamips

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Archive of Kyiv Polytechnic Institute