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摘 要 简要分析模拟软件在计算机网络实验教学中的应用，结合目前几种典型的IPv4向IPv6过渡技术，以NAT-PT技术为例，设计IPv4与IPv6网络互相通信的实验教学案例，介绍在GNS3实验环境下进行该实验的具体步骤。
关键词 GNS3；IPv4；IPv6；NAT-PT；实验教学
1671-489X（2013）09-0128-03
Experimental Teaching Design of Communication between IPv4 and IPv6 based on GNS3//Zhou Guojun， Liu Aimin
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 for example， this article introduces an experimental teaching case that simulates the communication between IPv4 and IPv6 network under the environment of GNS3.
Key words GNS3； IPv4； IPv6； NAT-PT； experimental teaching
1 引言
随着互联网技术的发展和互联网规模的不断扩大，IPv4已经面临地址空间不足、网络安全性不高、QoS无法保证等问题。为了从根本上解决这些问题，IETF提出了IPv6，经过十几年的研究和实验，目前IPv6已经进入商用部署阶段。由于Internet上的大量设备使用IPv4，IPv6不可能在短时期内取代IPv4，为了实现IPv4向IPv6平稳过渡，保证IPv4和IPv6网络之间的互相通信是必须解决的问题。目前解决IPv4向IPv6过渡问题的基本技术有双协议栈技术、隧道技术和协议翻译技术[3]。NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）是一种典型的协议翻译技术，NAT-PT设备完成IPv4/IPv6地址的转换，并对协议进行翻译，从而实现IPv4网络与IPv6网络的互相通信。
计算机网络是一门实践性很强的课程，结合理论教学开展实验是该课程教学中不可缺少的环节。由于网络设备昂贵，很多高校没有足够的硬件设备用于网络实验教学。在硬件设备缺乏的情况下，采用网络模拟软件搭建网络实验平台，不但可以解决实验室设备投入和需求之间矛盾，而且能提高实验教学的效率和质量[4]。GNS3是一款常见的图形化网络模拟软件，可以在Windows、Linux等系统下运行，能够模拟路由器、防火墙、交换机等网络设备。由于GNS3使用真实的Cisco IOS操作系统，使用该软件可以模拟复杂的网络环境，让学生体验与真实硬件平台相同的学习环境[5]。本文以NAT-PT技术为例，介绍如何在Windows系统下基于GNS3搭建实验环境，通过实验模拟IPv4与IPv6网络互相通信。
1）下载、安装GNS3。在GNS3的网站（http：//）下载最新版本的安装程序，采用默认的安装方式，把WinPcap、Wireshark、Dynamips、Pemu、VPCS、GNS3等组件安装到计算机中。
2）配置IOS。GNS3没有提供Cisco IOS映像文件，需要从其他途径获取。启动GNS3后，选择“Edit”菜单下的“IOS images and hypervisors”，在打开的对话框中单击“Image files”右边的按钮，选择已准备好的IOS映像文件，单击“打开”按钮返回对话框，再单击“se”按钮保存配置。本文的实验使用的IOS映像文件为c3745-advipservicesk9-mz.124-3c.bin。
3）为路由器选择一个合适的IDLE PC值。一个合适的IDLE PC值可以有效地降低IOS消
4）为主机配置NIO_udp接口。本文的实验采用VPCS软件模拟主机，VPCS软件中的虚拟PC机使用UDP端口号与GNS3的主机进行通信。其中，第1台虚拟PC机（VPCS）默认的UDP本地端口号、远程端口号分别为20000、30000，第2台虚拟PC机（VPCS）默认的UDP本地端口号、远程端口号分别为20001、30001，依此类推。以PC1为例，为PC1配置NIO_udp接口的过程：拖动1台Host（命名为PC1）到工作区，右键单击PC1图标，选择“Configure”菜单项，在打开的对话框中单击“PC1”结点，再单击“NIO UDP”选项卡，在Local port栏输入30000，在Remote port栏输入20000，分别单击“Add”“OK”按钮为PC1上添加一个NIO_udp接口。
关键词 GNS3；IPv4；IPv6；NAT-PT；实验教学
1671-489X（2013）09-0128-03
Experimental Teaching Design of Communication between IPv4 and IPv6 based on GNS3//Zhou Guojun， Liu Aimin
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 for example， this article introduces an experimental teaching case that simulates the communication between IPv4 and IPv6 network under the environment of GNS3.
Key words GNS3； IPv4； IPv6； NAT-PT； experimental teaching
1 引言
随着互联网技术的发展和互联网规模的不断扩大，IPv4已经面临地址空间不足、网络安全性不高、QoS无法保证等问题。为了从根本上解决这些问题，IETF提出了IPv6，经过十几年的研究和实验，目前IPv6已经进入商用部署阶段。由于Internet上的大量设备使用IPv4，IPv6不可能在短时期内取代IPv4，为了实现IPv4向IPv6平稳过渡，保证IPv4和IPv6网络之间的互相通信是必须解决的问题。目前解决IPv4向IPv6过渡问题的基本技术有双协议栈技术、隧道技术和协议翻译技术[3]。NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）是一种典型的协议翻译技术，NAT-PT设备完成IPv4/IPv6地址的转换，并对协议进行翻译，从而实现IPv4网络与IPv6网络的互相通信。
计算机网络是一门实践性很强的课程，结合理论教学开展实验是该课程教学中不可缺少的环节。由于网络设备昂贵，很多高校没有足够的硬件设备用于网络实验教学。在硬件设备缺乏的情况下，采用网络模拟软件搭建网络实验平台，不但可以解决实验室设备投入和需求之间矛盾，而且能提高实验教学的效率和质量[4]。GNS3是一款常见的图形化网络模拟软件，可以在Windows、Linux等系统下运行，能够模拟路由器、防火墙、交换机等网络设备。由于GNS3使用真实的Cisco IOS操作系统，使用该软件可以模拟复杂的网络环境，让学生体验与真实硬件平台相同的学习环境[5]。本文以NAT-PT技术为例，介绍如何在Windows系统下基于GNS3搭建实验环境，通过实验模拟IPv4与IPv6网络互相通信。
2 NAT-PT技术简介
NAT-PT是一种IPv4网络和IPv6网络之间直接通信的过渡方式[6]，IPv4/IPv6地址转换和协议翻译由NAT-PT设备完成。其技术要点包括两个方面：一方面是NAT-PT设备向IPv6网络发布一个长度为96比特的IPv6前缀，该前缀与IPv4地址相拼接就是IPv4地址转换后的IPv6地址，IPv6主机使用转换后的IPv6地址访问IPv4网络；另一方面，NAT-PT设备为IPv6网络分配IPv4地址池，并维护IPv4和IPv6地址的映射关系，IPv4主机使用IPv4地址池中的地址访问IPv6网络，从而实现IPv4节点和IPv6节点之间的透明通信。3 实验环境搭建
本文的实验在Windows系统下进行，下面介绍搭建实验环境的基本步骤。1）下载、安装GNS3。在GNS3的网站（http：//）下载最新版本的安装程序，采用默认的安装方式，把WinPcap、Wireshark、Dynamips、Pemu、VPCS、GNS3等组件安装到计算机中。
2）配置IOS。GNS3没有提供Cisco IOS映像文件，需要从其他途径获取。启动GNS3后，选择“Edit”菜单下的“IOS images and hypervisors”，在打开的对话框中单击“Image files”右边的按钮，选择已准备好的IOS映像文件，单击“打开”按钮返回对话框，再单击“se”按钮保存配置。本文的实验使用的IOS映像文件为c3745-advipservicesk9-mz.124-3c.bin。
3）为路由器选择一个合适的IDLE PC值。一个合适的IDLE PC值可以有效地降低IOS消
摘自：学生论文www.udooo.com
耗的CPU资源。以路由器R1为例，操作过程：从GNS3图形窗口的Node Types区拖动1台Router c3700（命名为R1）到工作区，单击工具栏上的“Start/Resume”按钮启动路由器；右键单击R1图标，选择“Idle PC”菜单项，GNS3将自动计算IDLE PC值并列出多个选项，选择带“*”标注的选项，单击“OK”按钮保存IDLE PC值。4）为主机配置NIO_udp接口。本文的实验采用VPCS软件模拟主机，VPCS软件中的虚拟PC机使用UDP端口号与GNS3的主机进行通信。其中，第1台虚拟PC机（VPCS）默认的UDP本地端口号、远程端口号分别为20000、30000，第2台虚拟PC机（VPCS）默认的UDP本地端口号、远程端口号分别为20001、30001，依此类推。以PC1为例，为PC1配置NIO_udp接口的过程：拖动1台Host（命名为PC1）到工作区，右键单击PC1图标，选择“Configure”菜单项，在打开的对话框中单击“PC1”结点，再单击“NIO UDP”选项卡，在Local port栏输入30000，在Remote port栏输入20000，分别单击“Add”“OK”按钮为PC1上添加一个NIO_udp接口。
原创论文www.udooo.com