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Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininetals Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre
Christoph Seifert, Sven Reißmann, Sebastian Rieger, Christian PapeHochschule Fulda
Fachbereich Angewandte Informatik
11. DFN-Forum Kommunikationstechnologien, 2018, Günzburg
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• Problemstellung im Netzwerk-Labor der HS-Fulda („NetLab“)
• Lösungen für reproduzierbare Netzexperimente
• Eignung Virtueller Network Testbeds für die Lehre im „NetLab“
• VIRL / CML
• Mininet
• GNS3
• Evaluation
• Fazit und Ausblick
Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininet als Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre
Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininet als Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre
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Netzwerk-Labor “NetLab” an der Hochschule Fulda
Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininet als Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre
Foto: Reißmann
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Simulatoren Testbeds Emulatoren
Shared Custom
Realitätsnahe Funktionen
Realistisches Timing (einge‐schränkt)
Realistischer Traffic
Flexibilität der Topologien (einge‐schränkt)
Einfache Nachvollziehbarkeit
Geringe Kosten
• Physische „Custom“ Testbeds: vgl. Cisco Certified Network Associate (CCNA) Rack
• Physische „Shared“ Testbeds: z.B. im Serverraum
• Software Testbeds: z.B. VMs im Labor
• Simulatoren: z.B. PacketTracer
• Emulatoren:• Virtual Internet Routing
Lab (VIRL)• Mininet• Graphical Network
Simulator 3 (GNS3)
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Lösungen für reproduzierbare Netzexperimente im „NetLab“
Quelle: Handigol et al.: Reproducible Network Experiments Using Container‐Based Emulation
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Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininet als Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre
Eignung verschiedener Lösungen für die Lehre im „NetLab“
Praktischer Einsatz/Realität
Praxis Theorie
Realistische Funktionen
Realistisches Timing
Realistischer Traffic
Einfache Nachvollziehbarkeit
Flexibilität der Topologien
Geringe Kosten
Charakteristika:
PhysischesTestbed
VirtuellesTestbed
Emulation Simulation Theoretische Modelle
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• Bewertung: Summe je Spalte aus + (+1), - (-1) und o (0) Punkten
• Fazit: Emulation kurze Rüst-/Nachbereitungszeiten, ubiquitäre/einfache Nutzung, hohe Realitätsnähe
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Eignung verschiedener Lösungen für die Lehre im „NetLab“ (2)
Praxis Theorie
Praktischer Einsatz/Realität
Didaktische Eignung:
Didaktische Reduktion
Präsenzlehre
Blended Learning
E‐Learning
Bewertung (Punkte):
PhysischesTestbed
VirtuellesTestbed
Emulation Simulation Theoretische Modelle
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• Direkte Unterstützung von Cisco Images (IOS, XE/XR, NX-OS, ISR, ASA, …) inkl. Lizenz
• Third-party Images: Ubuntu, Kali, … (LXC und KVM), Arista, HP, Juniper, …
• Realitätsnahes Setup inkl. Im- und Export von Configs (z.B. realer Router/Catalysts)
• VM Maestro (Eclipse-basiert) GUI, einfaches Setup (AutoNetKit) und Nutzung von Topologien (inkl. SSH Zugriff auf virtuelle Nodes, QoS Emulation, Wireshark, …)
• Topologien/Experimente als XML-File, reproduzierbares Setup, Git Integration
• Basiert auf Ubuntu/OpenStack: Clustering, Multi-User (inkl. Quota etc.), REST-API
• Bis 2017 im NetLab primär eingesetzt
• Seit Mitte 2017 VIRL nur noch als Personal Edition (PE) verfügbar• Einzelplatz $199 p.a. für max. 20 parallel genutzte Cisco Images, kein Cluster etc.• Mehrplatz-Version (Code-Basis: VIRL) CML: ~2500€ p.a.: ~20 parallel genutzte Cisco Images
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Cisco Virtual Internet Routing Lab (VIRL) und Cisco Modelling Lab (CML)
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Beispiel: VIRL
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• Netzemulator, entwickelt an Stanford University, Forschungsgruppe: Nick McKeown• Open Source, GitHub Repository• U.a. für „reproducible network experiments“ realer Paper im Netzbereich nutzbar• Ubuntu-basiert, nutzt Container-basierte Emulation + Open vSwitch• Python API für eigene Topologien, Experimente etc.• Linux-typische Befehle direkt und realitätsnah in Containern nutzbar, aber keine
eigenen Images (reale OS von Netz-Equipment)• Sehr guter Support für Software-defined Networking (SDN) Experimente, in Master-
Veranstaltungen und mehreren Master- und Bachelor-Arbeiten in Verwendung (z.B. für BGP Blackholing mit DE-CIX (iSDX))
• Teilweise Anbindung an reales Netz möglich (z.B. NAT-Zugriff Internet)
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Mininet
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Beispiel: Mininet
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• Graphical Network Simulator 3• Open Source (GPL), GitHub Repository• Unterstützt zahlreiche Images verschiedenster Netzwerk-Hersteller (Cisco, HP,
Juniper, Arista, …), allerdings bzgl. Cisco: Lizenzen und workaround erforderlich• Topologien können kopiert/vorbereitet werden, REST-API verfügbar• Appliance für zentrale Server (Ubuntu-basiert), vernetzbar, aber leider nicht als
Cluster, kein übergreifendes Management für Server (Scheduling etc.)• GUI für einfache Anlage und Verwendung von Topologien (inkl. SSH-Zugriff auf
virtuelle Nodes, QoS Emulation, Wireshark, …)• Nur Single-(Admin)-User Betrieb, aber mehrere Sitzungen möglich• Seit 2017 primär im NetLab in Verwendung
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GNS3
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Beispiel: GNS3
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Gewichtung
• Höchstes Gewicht auf (Lizenz-)Kosten
• Mehrere Benutzer/Sitzungen
• Realitätsnähe (Anbindung reales Netz, reale Images existierender Hardware)
• Zentrales Management
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Bewertung
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• Kompatibilität, Zugänglichkeit (Tool, Konsolenverbindungen)
• Load Balancing (für große Anzahl laufender virtueller Nodes)
• QoS Emulation, VPN-Zugang zu virtuellem Netz
• Erforderliche Ressourcen (Hardware)
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Bewertung
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• VIRL und CML aufgrund Lizenzmodell derzeit schwer im NetLab nutzbar
• GNS3 hat Nachteile bzgl. fehlendem Clustering und Mehrbenutzer-Support, teils auch noch „kleinere“ Fehler im Betrieb, aktuell aber trotzdem „beste“ Lösung im NetLab• Seit GNS3 2.1.x alle benötigten Features für durchgeführte Lehrveranstaltungen (QoS, …)• Dank Open-Source-Lizenz (GPL) Erweiterung von GNS3 möglich:
• Cluster/Load Balancing Support: derzeit manuell über mehrere zentrale VMs im NetLab• Fehlender Mehrbenutzer-Support: aktuell Backup, ggf. Code-Erweiterung oder REST-API-Proxy
• Mininet bleibt für SDN Veranstaltungen im Master im NetLab erste Wahl
• Tools (Benchmark, Scheduler), Topologien: https://gogs.informatik.hs-fulda.de/srieger
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Gibt es Fragen?
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Fazit und Ausblick
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Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininet als Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre
Benchmark VIRL vs GNS3
85,2
253,8
315,2
11,6 11,7
173,5
050100150200250300350
Start Active Usable
Second
s
VIRL GNS3
16,7
85,3
149,9
2,0 2,0
137,1
050100150200250300350
Start Active Usable
Second
s
VIRL GNS3
1 gestartete Topologie 5 parallel gestartete Topologien