Dynamips在ATCA刀片服務器中的構建與應用研究

◆李偉東 姜浩宇 王敏 郭磊

（中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇 210007）

ATCA 刀片服務器相比傳統PC 機，具有計算處理能力強、內存空間大、接口類型豐富、擴展性好等優點，是高性能、高可用性的服務器系統。通過在ATCA 刀片服務器上運行Dynamips 軟件模擬Cisco路由器可以實現真實路由器的所有功能，而且在絕大多數情況下，模擬路由器的測試結果與真實設備的結果相同。本文以在ATCA 刀片服務器上利用Dynamips 軟件模擬Cisco 路由器的優勢，詳細描述了通過Dynamips 軟件模擬路由器的構建步驟及如何生成網絡拓撲文件，并以ATCA 刀片服務器上模擬兩個路由器之間建立GRE 隧道為例驗證了應用的可行性。

1 ATCA 刀片服務器上運行Dynamips 的優勢

1.1 ATCA 刀片服務器

ATCA 標準是電信領域廣泛應用的技術，它基于模塊化、兼容性、可擴展的平臺構架設計，具有開放性和互操作等良好特性，為刀片服務器提供了最基礎的設計標準[1-2]。主要體現在如下方面：

（1）背板結構。按照 ATCA 標準，背板結構設計支持星狀、網狀等多種拓撲結構。為解決多板卡間數據傳輸速率受限的問題，背板結構采用全網狀結構提高傳輸速率。

（2）開放性、標準化。基于開放性、標準化及全網統一的設計理念。開放性降低部署成本，標準化最大程度增強了兼容性，從而使設備更具靈活性，可通過更換或者新增板卡快速完成新業務的部署。

（3）可擴展性。刀片式服務器遵循 ATCA 標準，從根本上克服了普通服務器集群擴展性差的缺點。在高性能計算集群中，將所有刀片式服務器主板連接起來提供高速運行環境，并且實現資源共享。

1.2 Dynamips

在互聯網上有很多模擬Cisco 路由器的工具，通過Dynamips 模擬Cisco 網絡設備是網絡通信技術比較經濟并且實用的方法[3]。Dynamips 可以模擬Cisco 3600 和7200 等多種型號的路由器平臺，在模擬器中直接加載并運行Cisco 路由器的操作系統IOS 鏡像文件，實現真實路由器的所有功能，而且在絕大多數情況下模擬路由器的測試結果與真實設備的結果相同[4]。

Dynamips 是一個命令性程序，為簡化Dynamips 的虛擬網絡拓撲創建工作，許多第三方團體或個人開發了各種Dynamips 前端程序，其中最著名的是基于文本的Dynagen 開源軟件[5-6]。Dynagen 工具利用一個擴展名為.net 的文件生成網絡拓撲結構，通過修改.net 配置文件，可以改變路由器的數量、型號，分配端口時配置、生成和匹配NIO 描述符，指定橋、幀中繼、ATM 交換機等。

1.3 ATCA 刀片服務器上運行Dynamips 的優勢

Dynamips 模擬Cisco 路由器存在一個瓶頸，即網絡規模較大時，需要消耗大量CPU 和內存資源。采用普通PC 機模擬路由器一般無法滿足性能的要求，往往還需要有豐富的接口和帶寬需求。比如通過光纖對接10GE 的光口，顯然在普通PC 機上模擬Cisco 路由器無法滿足要求。在ATCA 刀片服務器上運行Dynamips 存在如下優點：

（1）CPU 處理能力強。ATCA 刀片服務器的CPU 采用X86_64多核處理器（比如SBCR 刀片有32 個核）），即使模擬再復雜的網絡，CPU 的處理速度和效率也不是問題。筆者驗證過模擬Cisco 設備性能最高可以達到10 萬fps 的轉發流量。

（2）內存空間大。ATCA 刀片服務器的內存一般比較大（比如SBCR 刀片最低配備了32GB 的內存），可以在一塊刀片服務器上模擬多臺路由器。

（3）接口類型豐富。ATCA 刀片服務器依托后插卡，支持電口、千兆光口、萬兆光口等多種接口類型。

2 Dynamips 虛擬網絡構建

在ATCA 刀片服務器中構建Dynamips 虛擬平臺，需要準備的軟硬件環境為：一塊64 位ATCA 刀片服務器；Dynamips 及Dynagen軟件安裝包。下面以Dynamips 模擬Cisco7200 路由器名稱RT1 為例，介紹虛擬網絡的構建步驟：

（1）運行Dynamips。

從http://www.gns3.net/dynamips/下載Linux 版本的Dynamips（文件名Dynamips 0.2.8-RC3-community binary for Linux（64-bit））[7]，下載可執行程序到ATCA刀片服務器的硬盤，并在Linux環境下啟動。

說明：運行參數-H 7200 是指定Dynamips 運行實例的端口號，指定不同的端口號，可以實現同一個刀片服務器模擬多個網絡。

（2）創建網絡拓撲配置文件，運行Dynagen。

從 http://dynagen.org/changelog/changelog.html 下載并運行Dynagen，在該命令后加上網絡拓撲的配置文件名，配置文件以.net為后綴。

RT1.net 配置文件的網絡拓撲配置信息如下：

autostart = true #true 表示所有的網絡設備在Dyangen 啟動后自動運行；否則需要通過start 命令手動運行。

[localhost]

workingdir = /james/tmp #指定工作目錄，模擬設備運行產生一些文件存放到指定的工作目錄下，比如bootflash、nvram 等。

[[7200]]#路由器型號

image = /james/unzip-c7200-advsecurityk9-mz.124-11.T.bin #指定模擬設備加載的IOS 路徑

modle = 7200 #路由器型號

npe = npe-400 #此模擬設備配置的板卡類型

ram = 160 #指定模擬設備的內存為160M

idlepc = 0x61274230 #該值的作用是降低模擬器對CPU 的消耗。在第一次運行的時候，需要獲取該值（在“=>”提示符下執行idlepc get 命令）。否則CPU 會始終保持100%，這是因為 Dynamips 不知道虛擬路由器什么時候處于空閑或使用狀態。通過設置 idlepc 值可以減輕 CPU 壓力[8]，建議獲取并設置完成后執行idlepc save 命令，將理想的idlepc 值保存在.net 拓撲文件中，這樣避免下次設備啟動需要重新獲取和設置idlepc 值。

[[ROUTER RT1]]#路由器RT1

console = 2001 #每個設備需要定義不同的Console 端口，通過telnet 到此端口完成設備的配置和管理。

confreg = 0x2102 #配置為0x2102，網絡設備配置信息存盤（通過write memeory 命令），重啟設備后配置信息自動加載，否則重啟后配置信息丟失。

slot1 = PA-2FE-TX #1 槽子卡類型配置

f1/0 = NIO_Linux_eth：eth0

f1/1 = NIO_Linux_eth：eth1 #以太網端口的連接配置關系，如圖1所示。

圖1 ATCA 與RT1 的端口連接關系

說明：f1/1 = NIO_Linux_eth：eth1 表明RT1 的f1/1 端口直接與linux 機器的eth1 網卡相連。如果另外一個網元直接連接到eth1 網卡上，則等同于直接連接到Cisco7200 路由器上。更進一步地，通過編寫更復雜的網絡配置文件，可以不需要任何Cisco 設備，將網元連接到一個更加復雜的虛擬化網絡中，這個虛擬網絡跟真實網絡具有一樣的外部特性。

[root@ATCA dynagen-0.11.0]# ./dynagen ./RT1.net

Reading configuration file...

Network successfully loaded

在“=>”提示符下可以使用list命令查看當前拓撲文件中網絡設備的狀態。

（3）登錄到該設備進行數據配置。

在Dynagen 中運行list 命令查看設備的console 端口號，使用SecureCRT 工具telnet 127.0.0.1 2001，可以登錄到該網絡設備進行命令配置，跟真實Cisco 路由器的CLI 具有完全相同的界面。

（4）報文抓包分析。

使用capture 命令對模擬路由器的以太網端口進行報文抓包，截獲的報文可以通過Wireshark 工具進行網絡協議分析。以圖1 為例，對路由器RT1 的f1/1 端口報文抓包的命令為：

capture RT1 f1/1 1.cap #截獲路由器RT1 的f1/1 端口收發流量，保存在1.cap 文件中。

no capture RT1 f1/1 #停止對路由器RT1 的f1/1 端口抓包。

3 Dynamips 虛擬網絡應用

本文通過在ATCA 刀片服務器上運行Dynamips 軟件模擬Cisco7200 系列路由器RT1 和RT3 為例，驗證在RT1 和RT3 之間建立GRE 隧道的應用可行性。虛擬網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 Dynamips 虛擬網絡拓撲結構

主要配置信息如下：

（1）模擬路由器RT1

RT1（config）#interface tunnel1 #隧道接口地址

RT1（config-if）#ip address 1.1.1.1 255.255.255.0

RT1（config-if）#tunnel mode gre ip

RT1（config-if）#tunnel source 10.1.1.1 #隧道源地址

RT1（config-if）#tunnel destination 20.1.1.1 #隧道目的地址

RT1（config）#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.1.2

RT1（config）#ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 tunnel1

（2）模擬路由器RT3

RT3（config）#interface tunnel1

RT3（config-if）#ip address 1.1.1.2 255.255.255.0

RT3（config-if）#tunnel mode gre ip

RT3（config-if）#tunnel source 20.1.1.1

RT3（config-if）#tunnel destination 10.1.1.1

RT3（config）#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 20.1.1.2

RT3（config）#ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 tunnel1

在PC1 上使用ping 命令驗證了與PC2 可以互聯互通，通過在路由器RT1 上使用Wireshark 工具對ICMP 報文進行抓包分析，發現報文內層的源和目的IP 地址為PC1 和PC2，路由器RT1 經過查找路由使用GRE 隧道封裝并傳輸報文。

4 結束語

本文提出了在ATCA 刀片服務器上利用Dynamips 軟件模擬Cisco 路由器的優勢，詳細描述了使用Dynamips 軟件如何生成和配置網絡拓撲文件，并以ATCA 刀片服務器上模擬兩個路由器之間建立GRE 隧道為例驗證其有效性。