基于gns3的ipv4與ipv6互通實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于GNS3的IPv4與IPv6互通實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要 簡(jiǎn)要分析模擬軟件在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，結(jié)合目前幾種典型的IPv4向IPv6過(guò)渡技術(shù)，以NAT-PT技術(shù)為例，設(shè)計(jì)IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)互相通信的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，介紹在GNS3實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的具體步驟。 </p><p>　　關(guān)鍵詞 GNS3；IPv4；IPv6；NAT-PT；實(shí)驗(yàn)

2、教學(xué) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-489X（2013）09-0128-03 </p><p>　　Experimental Teaching Design of Communication between IPv4 and IPv6 based on GNS3//Zhou Guojun， Liu Aimin </p>&l

3、t;p>　　Abstract This article briefly analyzes that simulation software can be applied to experimental teaching of computer network course. According to several transition technologies of IPv4 to IPv6， and taking NAT-PT

4、 for example， this article introduces an experimental teaching case that simulates the communication between IPv4 and IPv6 network under the environment of GNS3. </p><p>　　Key words GNS3； IPv4； IPv6； NAT-PT；

5、 experimental teaching </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，IPv4已經(jīng)面臨地址空間不足、網(wǎng)絡(luò)安全性不高、QoS無(wú)法保證等問(wèn)題。為了從根本上解決這些問(wèn)題，IETF提出了IPv6，經(jīng)過(guò)十幾年的研究和實(shí)驗(yàn)，目前IPv6已經(jīng)進(jìn)入商用部署階段[1]。由于Internet上的大量

6、設(shè)備使用IPv4，IPv6不可能在短時(shí)期內(nèi)取代IPv4，為了實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6平穩(wěn)過(guò)渡，保證IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)之間的互相通信是必須解決的問(wèn)題[2]。目前解決IPv4向IPv6過(guò)渡問(wèn)題的基本技術(shù)有雙協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)和協(xié)議翻譯技術(shù)[3]。NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）是一種典型的協(xié)議翻譯技術(shù)，NAT-PT設(shè)備完成IPv4/IPv6地址的轉(zhuǎn)換，并對(duì)協(xié)

7、議進(jìn)行翻譯，從而實(shí)現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)的互相通信。 </p><p>　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，結(jié)合理論教學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)是該課程教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié)。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格昂貴，很多高校沒(méi)有足夠的硬件設(shè)備用于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在硬件設(shè)備缺乏的情況下，采用網(wǎng)絡(luò)模擬軟件搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不但可以解決實(shí)驗(yàn)室設(shè)備投入和需求之間矛盾，而且能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量[4]。GNS3是一款常見(jiàn)的圖形化網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，可以在

8、Windows、Linux等系統(tǒng)下運(yùn)行，能夠模擬路由器、防火墻、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。由于GNS3使用真實(shí)的Cisco IOS操作系統(tǒng)，使用該軟件可以模擬復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓學(xué)生體驗(yàn)與真實(shí)硬件平臺(tái)相同的學(xué)習(xí)環(huán)境[5]。本文以NAT-PT技術(shù)為例，介紹如何在Windows系統(tǒng)下基于GNS3搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)MIPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)互相通信。 </p><p>　　2 NAT-PT技術(shù)簡(jiǎn)介 </p>&

9、lt;p>　　NAT-PT是一種IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)之間直接通信的過(guò)渡方式[6]，IPv4/IPv6地址轉(zhuǎn)換和協(xié)議翻譯由NAT-PT設(shè)備完成。其技術(shù)要點(diǎn)包括兩個(gè)方面：一方面是NAT-PT設(shè)備向IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)布一個(gè)長(zhǎng)度為96比特的IPv6前綴，該前綴與IPv4地址相拼接就是IPv4地址轉(zhuǎn)換后的IPv6地址，IPv6主機(jī)使用轉(zhuǎn)換后的IPv6地址訪問(wèn)IPv4網(wǎng)絡(luò)；另一方面，NAT-PT設(shè)備為IPv6網(wǎng)絡(luò)分配IPv4地址池，并維護(hù)I

10、Pv4和IPv6地址的映射關(guān)系，IPv4主機(jī)使用IPv4地址池中的地址訪問(wèn)IPv6網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)IPv4節(jié)點(diǎn)和IPv6節(jié)點(diǎn)之間的透明通信。 </p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建 </b></p><p>　　本文的實(shí)驗(yàn)在Windows系統(tǒng)下進(jìn)行，下面介紹搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基本步驟。 </p><p>　　1）下載、安裝GNS3。在GNS3

11、的官方網(wǎng)站（http：//www. </p><p>　　gns3.net）下載最新版本的安裝程序，采用默認(rèn)的安裝方式，把WinPcap、Wireshark、Dynamips、Pemu、VPCS、GNS3等組件安裝到計(jì)算機(jī)中。 </p><p>　　2）配置IOS。GNS3沒(méi)有提供Cisco IOS映像文件，需要從其他途徑獲取。啟動(dòng)GNS3后，選擇“Edit”菜單下的“IOS images

12、 and hypervisors”，在打開(kāi)的對(duì)話框中單擊“Image files”右邊的按鈕，選擇已準(zhǔn)備好的IOS映像文件，單擊“打開(kāi)”按鈕返回對(duì)話框，再單擊“save”按鈕保存配置。本文的實(shí)驗(yàn)使用的IOS映像文件為c3745-advipservicesk9-mz.124-3c.bin。 </p><p>　　3）為路由器選擇一個(gè)合適的IDLE PC值。一個(gè)合適的IDLE PC值可以有效地降低IOS消耗的CPU資

13、源。以路由器R1為例，操作過(guò)程：從GNS3圖形窗口的Node Types區(qū)拖動(dòng)1臺(tái)Router c3700（命名為R1）到工作區(qū)，單擊工具欄上的“Start/Resume”按鈕啟動(dòng)路由器；右鍵單擊R1圖標(biāo)，選擇“Idle PC”菜單項(xiàng)，GNS3將自動(dòng)計(jì)算IDLE PC值并列出多個(gè)選項(xiàng)，選擇帶“*”標(biāo)注的選項(xiàng)，單擊“OK”按鈕保存IDLE PC值。 </p><p>　　4）為主機(jī)配置NIO_udp接口。本文的實(shí)驗(yàn)

14、采用VPCS軟件模擬主機(jī)，VPCS軟件中的虛擬PC機(jī)使用UDP端口號(hào)與GNS3的主機(jī)進(jìn)行通信。其中，第1臺(tái)虛擬PC機(jī)（VPCS[1]）默認(rèn)的UDP本地端口號(hào)、遠(yuǎn)程端口號(hào)分別為20000、30000，第2臺(tái)虛擬PC機(jī)（VPCS[2]）默認(rèn)的UDP本地端口號(hào)、遠(yuǎn)程端口號(hào)分別為20001、30001，依此類推。以PC1為例，為PC1配置NIO_udp接口的過(guò)程：拖動(dòng)1臺(tái)Host（命名為PC1）到工作區(qū)，右鍵單擊PC1圖標(biāo)，選擇“Configu

15、re”菜單項(xiàng)，在打開(kāi)的對(duì)話框中單擊“PC1”結(jié)點(diǎn)，再單擊“NIO UDP”選項(xiàng)卡，在Local port欄輸入30000，在Remote port欄輸入20000，分別單擊“Add”“OK”按鈕為PC1上添加一個(gè)NIO_udp接口。 　　4 實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及IP地址規(guī)劃 </p><p>　　根據(jù)NAT-PT技術(shù)的基本要點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使用的設(shè)備包括：1臺(tái)型號(hào)為c3700的路由器（命名為R1）用于模擬NAT-

16、PT設(shè)備，2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)（命名為S1、S2）用于模擬IPv4、IPv6網(wǎng)絡(luò)，2臺(tái)主機(jī)（命名為PC1、PC2）用于模擬IPv4、IPv6主機(jī)。其中，R1的f0/0接口與S1相連，R1的f0/1接口與S2相連。2臺(tái)主機(jī)使用NIO_udp接口分別與S1、S2相連。實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D如圖1所示。給路由器和主機(jī)分配的IP地址如表1所示。 </p><p>　　5 實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)試 </p><p>　　5.

17、1 實(shí)驗(yàn)操作步驟 </p><p>　　1）按照?qǐng)D1在GNS3圖形窗口中建立實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D。 </p><p>　　2）對(duì)路由器R1進(jìn)行配置，包括三個(gè)方面的配置內(nèi)容： </p><p>　?、俳o接口f0/0、f0/1分配IP地址，并啟用接口的NAT-PT功能： </p><p>　　R1（config）#ipv6 unicast-routing

18、</p><p>　　R1（config）#interface f0/0 </p><p>　　R1（config-if）#ip address 192.168.11.1 255.255.255.0 </p><p>　　R1（config-if）#ipv6 nat </p><p>　　R1（config-if）#no shutdown &

19、lt;/p><p>　　R1（config-if）#exit </p><p>　　R1（config）#interface f0/1 </p><p>　　R1（config-if）#ipv6 address 2013：1212：：1/64 </p><p>　　R1（config-if）#ipv6 nat </p><p&

20、gt;　　R1（config-if）#no shutdown </p><p>　　R1（config-if）#exit </p><p>　?、谂渲梅峙浣oIPv6網(wǎng)絡(luò)使用的IPv4地址池： </p><p>　　R1（config）#ipv6 access-list v6List </p><p>　　R1（config-ipv6-acl）

21、#permit ipv6 2013：1212：：/64 any </p><p>　　R1（config-ipv6-acl）#exit </p><p>　　R1（config）#ipv6 nat v6v4 pool v4Pool 192.168.12.1 192.168.12.10 prefix-length 24 </p><p>　　R1（config）#ip

22、v6 nat v6v4 source list v6List pool v4Pool </p><p>　?、叟渲脤Pv4地址轉(zhuǎn)換為IPv6地址的IPv6前綴： </p><p>　　R1（config）#ipv6 access-list v4Map </p><p>　　R1（config-ipv6-acl）#permit ipv6 2013：1111：：/64

23、 any </p><p>　　R1（config-ipv6-acl）#exit </p><p>　　R1（config）#ipv6 nat prefix 2013：1111：：/96 v4-mapped v4Map </p><p>　　3）打開(kāi)“開(kāi)始”菜單，依次指向“程序”“GNS3”，單擊“GNS3”菜單項(xiàng)下的“VPCS”，運(yùn)行VPCS軟件，按照表1給2臺(tái)主

24、機(jī)分配IP地址，配置過(guò)程如下： </p><p>　　VPCS[1]> ip 192.168.11.2 192.168.11.1 24 //配置PC1的IPv4地址、網(wǎng)關(guān)、掩碼位數(shù) </p><p>　　VPCS[1]> 2 </p><p>　　VPCS[2]> ip 2013：1212：：2/64 //配置PC2的IPv6地址 </p&g

25、t;<p>　　5.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析 </p><p>　　1）執(zhí)行命令R1# show ipv6 nat translation，結(jié)果表明路由器R1的NAT-PT表中還沒(méi)有IPv4與IPv6的轉(zhuǎn)換條目。因此，此時(shí)IPv4主機(jī)無(wú)法訪問(wèn)IPv6主機(jī)，但是IPv6主機(jī)可以訪問(wèn)IPv4主機(jī)，把IPv4主機(jī)的32位IPv4地址與96位IPv6前綴相拼接，就得到了轉(zhuǎn)換后的IPv6地址。例如，PC1的地址為1

26、92.168.11.2，IPv6前綴為2013：1111：：/96，則轉(zhuǎn)換后的IPv6地址為2013：1111：：c0a8：b02?？梢?jiàn)，采用動(dòng)態(tài)NAT-PT，通信只能由IPv6主機(jī)發(fā)起。 </p><p>　　2）PC2上ping PC1，即：VPCS[2]>ping 2013：1111：： </p><p>　　c0a8：b02。然后執(zhí)行命令R1# show ipv6 nat t

27、ranslation，結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，ping命令創(chuàng)建了一條轉(zhuǎn)換條目，該條目列出了PC2的IPv6地址轉(zhuǎn)換后的IPv4地址（即為192.168.12.1），該地址是路由器R1按照IPv4地址池的地址范圍給PC2動(dòng)態(tài)分配的。 </p><p>　　3）PC1使用PC2轉(zhuǎn)換后的IPv4地址去訪問(wèn)PC2，在PC1上ping PC2，即：VPCS[1]> ping 192.168.12.1。結(jié)果如圖3所示

28、，表明PC1與PC2能夠互相通信。 </p><p>　　4）執(zhí)行命令R1# show ipv6 nat translation，查看R1的NAT-PT表，結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，路由器R1已經(jīng)為PC1、PC2建立IPv4/IPv6的映射關(guān)系。路由器按照NAT-PT表轉(zhuǎn)發(fā)IP分組，從而實(shí)現(xiàn)IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)的互相通信。 </p><p><b>　　6 結(jié)語(yǔ) </b&

29、gt;</p><p>　　隨著IPv6網(wǎng)絡(luò)的逐步部署，掌握IPv4向IPv6過(guò)渡技術(shù)是很重要的。本文使用GNS3模擬軟件搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，解決了因缺乏網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而無(wú)法開(kāi)展IPv6實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題。設(shè)計(jì)一個(gè)IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)互相通信的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，通過(guò)對(duì)NAT-PT設(shè)備（路由器）進(jìn)行配置和對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，使學(xué)生理解NAT-PT技術(shù)的基本要點(diǎn)和IPv4/IPv6互相通信的基本原理。在玉林師范學(xué)院信計(jì)、信管專業(yè)的計(jì)算

30、機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)學(xué)生能夠在2課時(shí)內(nèi)完成該實(shí)驗(yàn)，取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]仝亞鵬，李振強(qiáng)，魏冰.IPv6過(guò)渡技術(shù)分析[J].電信科學(xué)，2011（1）：52-59. </p><p>　　[2]王曉峰，吳建平，崔勇.互聯(lián)網(wǎng)IPv6過(guò)渡技術(shù)綜述[J].小型微型計(jì)算機(jī)系

31、統(tǒng)，2006，27（3）：385-394. </p><p>　　[3]畢軍，王優(yōu)，冷曉翔.IPv6過(guò)渡研究綜述[J].電信科學(xué)，2008（10）：12-21. </p><p>　　[4]續(xù)志學(xué).關(guān)于高等院校建立虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的探討[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2011（18）：124-126. </p><p>　　[5]彭春燕，劉兵.GNS3在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課