Phòng thực hành mạng mới chỉ cần trang bị các thiết bị cơ bản phục vụ giảng dạy và học tập như máy tính, máy chiếu,... không cần phải trang bị các thiết bị mạng như tủ rack, router,...như mô hình phòng thực hành truyền thống. Điều này làm giảm một lượng lớn kinh phí đầu tư mua sắm trang thiết bị. Thay vì sử dụng thiết bị mạng thật và mất nhiều thời gian để thực hiện kết nối các thiết bị theo mô hình của các bài thực hành hoặc bài thi, mô hình phòng thực hành mạng mới sử dụng các thiết bị mạng ảo thông qua phần mềm mô phỏng mạng GNS3 kết hợp với công nghệ ảo hóa máy chủ Citrix XenServer (xem Hình 3.2). Mô hình phòng thực hành mạng mới có hai thành phần là Server Center và
Clients, Server Center gồm có hai thành phần đó là Servers và Labs Database. Servers chính là các máy chủ ảo, Labs Database là cơ sở dữ liệu hay tập hợp các bài thực hành, bài thi được sử dụng trong quá trình đào tạo (xem Hình 3.3).
Hình 3.2. Đề xuất mô hình phòng thực hành mạng mới
Sinh viên, học viên từ các máy tính Client khi thực hiện cấu hình theo yêu cầu của các bài thực hành hoặc bài thi chỉ cần telnet tới các thiết bị mạng trong mô hình mạng được kích hoạt trên các máy chủ ảo để cấu hình, các thiết bị mạng ảo sử dụng tài nguyên do máy chủ ảo cung cấp.
Hình 3.3. Các thành phần của mô hình phòng thực hành mạng mới 3.2.2. Cách thức vận hành phòng thực hành mạng mới
Các máy chủ vật lý được thực hiện ảo hóa thông qua công nghệ ảo hóa máy chủ Citrix XenServer để tạo thành một hạ tầng ảo hóa. Trên hạ tầng ảo hóa máy chủ XenServer, thực hiện tạo các máy chủ ảo khác nhau. Các máy chủ ảo này sẽ được cài đặt phần mềm mô phỏng mạng GNS3 (GNS3 Server), các máy chủ vật lý được kết nối với các máy tính của phòng thực hành tạo thành một hệ thống mạng nội bộ theo mô hình Client – Server. Các máy chủ ảo được cài đặt địa chỉ IP cùng mạng với máy chủ vật lý và các máy tính trong phòng thực hành. Các máy chủ vật lý cùng với các máy chủ ảo và cơ sở dữ liệu các bài thực hành, bài thi tạo thành một Server Center (xem Hình 3.3), còn các máy tính trong
phòng thực hành đóng vai tra là Client. Giáo viên sẽ tạo ra các bài thực hành mẫu hoặc các bài thi theo các chủ đề kiến thức khác nhau. Trên các bài thực hành mẫu, bài thi ghi các thông tin cần thiết như địa chỉ IP của GNS3 Server, port console của các thiết bị mạng như router, pc,... và các yêu cầu cần thực hiện, kết quả cần đạt được của mỗi bài thực hành. Song song với quá trình xây dựng các bài thực hành mẫu, bài thi giáo viên sẽ tạo ra các mô hình mạng tương ứng bằng phần mềm mô phỏng mạng GNS3 và lưu các bài thực hành này trong một thư mục chia sẻ để các GNS3 Server có thể truy cập vào. Trước khi sinh viên, học viên tiến hành cấu hình mô hình mạng theo yêu cầu của bài thực hành, bài thi, giáo viên sẽ kích hoạt các mô hình mạng tương ứng bài thực hành, bài thi đó trên các GNS3 Server. Sau khi các mô hình mạng được kích hoạt, sinh viên và học viên sẽ căn cứ vào thông tin trên bài thực hành, bài thi như địa chỉ IP của GNS3 Server, các Console port của thiết bị mạng để tiến hành telnet vào các thiết bị đó và cấu hình theo yêu cầu của bài thực hành, bài thi. Console port là một tham số được tạo ra tự động trên mỗi thiết bị trong quá trình xây dựng mô hình mạng. Trong lớp học có nhiều sinh viên, học viên thì giáo viên sẽ thực hiện kích hoạt các mô hình mạng của bài thực hành, bài thi trên nhiều GNS3 Server khác nhau. Các sinh viên, học viên trong cùng nhóm sẽ thực hiện telnet vào các thiết bị trên cùng một mô hình mạng trên một GNS3 Server.
Với giao diện mô phỏng mạng dưới dạng đồ họa của GNS3, giáo viên có thể dễ dàng xây dựng các mô hình mạng chỉ bằng cách kéo thả các thiết bị mạng mà không mất nhiều thời gian và không quá phức tạp.
3.2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu các bài thực hành
Các bài thực hành, bài thi là thành phần không thể thiếu của giải pháp phòng thực hành kỹ năng mạng mới. Để có thể xây dựng được một cơ sở dữ liệu các bài thực hành, bài thi chúng ta phải thực hiện hai công việc. Thứ nhất, tạo các bài thực hành, bài thi với mô hình mạng, các thông tin mô tả về địa chỉ IP của GNS3 Server, Console port của các thiết bị mạng tương ứng, các yêu cầu cần thực hiện và kết quả cần đạt được của bài thực hành, bài thi. Thứ hai, xây dựng mô hình mạng như trong bài thực hành đó dựa trên phần mềm mô phỏng GNS3 và lưu bài thực hành, bài thi trong thư mục chia sẻ để các GNS3 Server truy cập vào.
Mẫu bài thực hành
Luận văn xin giới thiệu một bài thực hành mẫu như sau: Bài thực hành số 1: Cấu hình giao thức định tuyến OSPF GNS3 Server có địa chỉ IP: 192.168.10.10
Yêu cầu thực hiện
1. Chia địa chỉ mạng con theo mô hình mạng trên và điền thông tin theo yêu cầu vào bảng bên dưới.
Device Console port Interface IP address Subnet Mask Default Gateway R1 2001 S0/0 S0/1 S0/2 R2 2002 S0/0 S0/1 R3 2003 S0/0 S0/1 R4 2004 S0/0 F0/0 R5 2005 S0/0 F0/0 R6 2006 S0/0 F0/0 C1 2007 C2 2008 C3 2008
2. Cấu hình địa chỉ IP cho các interface theo mô hình và địa chỉ đã chia. 3. Cấu hình giao thức định tuyến OSPF theo yêu cầu.
5. Yêu cầu: Sau khi hoàn tất việc cấu hình, các các thiết bị trong mô hình mạng phải ping được cho nhau.
3.3. Triển khai thử nghiệm giải pháp 3.3.1. Mô hình thử nghiệm 3.3.1. Mô hình thử nghiệm
Hình 3.4. Mô hình triển khai thử nghiệm giải pháp phòng thực hành kỹ năng mạng mới
Trong luận văn này, tác giả đưa ra mô hình triển khai thử nghiệm giải pháp xây dựng mô hình phòng thực hành mạng mới như Hình 3.4. Các thành phần chính của mô hình thử nghiệm gồm bốn máy tính được kết nối với nhau tạo thành mạng nội bộ thông qua cáp mạng. Hai máy chủ vật lý là XenServer 1 và XenServer 2 được ảo hóa thông qua sử dụng Citrix XenServer. Máy tính PC1 sử dụng hệ điều hành Windows XP SP2, được cài đặt công cụ quản lý tập trung XenCenter của XenServer, việc quản lý toàn bộ hệ thống ảo hóa này được thực hiện thông qua XenCenter. Trên máy tính PC1, thông qua công cụ XenCenter kết nối các máy tính sau khi cài đặt ảo hóa là XenServer 1 và XenServer 2. Trên XenServer 1 và XenServer 2 lần lượt tạo ra các máy chủ ảo tương ứng là GNS3 Server 1, GNS3 Server 2, GNS3 Server 3 và GNS3 Server 4. Các máy chủ ảo này được cài đặt hệ điều hành Windows XP SP2 và phần mềm mô phỏng mạng GNS3. Từ máy tính PC2 sử dụng Windows XP SP2, thực hiện telnet vào các thiết bị mạng để cấu hình dựa trên thông tin địa chỉ IP của GNS3 Server và
Console port của thiết bị mạng. Các máy tính XenServer 1, XenServer 2 và PC1 tạo thành một GNS3 Server Center.
Các thiết bị, phần mềm được sử dụng để cài đặt và triển khai thử nghiệm mô hình phòng thực hành mạng mới:
Bảng 3.1. Thiết bị sử dụng để triển khai thử nghiệm
TT Loại Thông tin Số
lượng Ghi chú 1 Desktop Dell Insprision 3647 Intel® Core™ i3 4150 CPU @ 3.5GHz (4CPUs), 4GB RAM, 500GB HDD 2 XenServer 1, XenServer 2 2 Desktop
Intel(R) Pentium(R) Dual CPU E2180 @ 2.00GHz, 1GB RAM, 80GB HDD
1 XenCenter
3 Desktop
Intel(R) Pentium(R) Dual CPU E2180 @ 2.00GHz, 1GB RAM, 80GB HDD
1 Client
Phần mềm và Cisco IOS router
Phần mềm Citrix XenServer 6.5, Citrix XenCenter 6.5, GNS3-1.3.0-all- in-one giành cho Windows, bộ cài đặt Windows XP SP2, Cisco IOS router c7200-jk9o3s-mz.123-18.image, c3660-a3jk9s-mz.124-3b.image, Framework 3.5, Windows Installer 3.1.
3.3.2. Cài đặt và cấu hình
Bước 1. Kết nối các máy tính XenServer 1, XenServer 2, PC1 và PC2 thông qua cáp mạng (xem Hình 3.4).
Bước 2. Cài đặt ảo hóa các máy chủ vật lý XenServer 1, XenServer 2 và cài đặt XenCenter 6.5, kết nối XenServer 1 và XenServer 2 vào XenCenter.
Các thông tin cần thiết lập khi cài đặt ảo hóa trên các máy chủ vật lý XenServer 1, XenServer 2 như sau:
Bảng 3.2. Thông tin cấu hình trên các XenServer
Yêu cầu XenServer 1 XenServer 2
IP address 10.0.0.85 10.0.0.86
Subnet mask 255.0.0.0 255.0.0.0
Gateway 10.0.0.2 10.0.0.2
Bước 3. Trên XenServer 1 và XenServer 2, lần lượt tạo các máy chủ ảo GNS3 Server 1, GNS3 Server 2, GNS3 Server 3, GNS3 Server 4, cài đặt hệ điều hành và cấu hình telnet trên hệ điều hành ở các máy chủ ảo (xem Phụ lục 1).
Bước 4. Cài đặt GNS3 và thực hiện cấu hình GNS3 trên các máy chủ ảo (xem Phụ lục 2).
Hình 3.5. Mô hình kết nối các máy tính
3.3.3. Thử nghiệm sự hoạt động của mô hình phòng thực hành mạng mới Để thử nghiệm sự hoạt động của mô hình phòng thực hành mạng mới, tác Để thử nghiệm sự hoạt động của mô hình phòng thực hành mạng mới, tác giả đã sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống mạng GNS3 tạo ra một mô hình mạng gồm bốn Cisco Router 7200 Series R1, R2, R3, R4, ba máy tính PC1, PC2, PC3 và một Ethernet switch kết nối với nhau thông qua cáp mạng (xem Hình 3.6) và lưu trong thư mục chia sẻ Database Labs trên ổ đĩa E của máy tính XenCenter (E:\Database Labs), thông tin về Console port của các router tương ứng được mô tả trong Bảng 3.3. Trên các GNS3 Server, lần lượt truy cập vào thư mục chia sẻ rồi thực hiện copy mô hình mạng vừa tạo sau đó kích hoạt mô hình mạng. Từ máy tính PC2 với vai trò là máy tính Client, tiến hành telnet vào các router trên tất cả các GNS3 Server và thực hiện cấu hình địa chỉ IP trên các Interface kết nối của một số router, sau đó thực hiện cấu hình giao thức định tuyến RIPv2 trên các router R1, R2, R3 trong mô hình mạng. Sau khi kích hoạt mô hình mạng trên các GNS3 Server, nếu quá trình telnet tới các router thành công và trên các router sau khi được cấu hình địa chỉ IP và giao thức định tuyến RIPv2 mà khi hiển thị thông tin bảng định tuyến của các router, trong bảng định tuyến của các router được cấu hình hiển thị các tuyến trong mô hình mạng và từ
các router có thể ping được cho nhau tức là mô hình mạng hoạt động bình thường theo đúng yêu cầu.
Hình 3.6. Mô hình mạng được sử dụng để thử nghiệm sự hoạt động của mô hình phòng thực hành mạng mới
Bảng 3.3. Thông tin về Console port
Thiết bị Console Port Ghi chú
R1 2001 R2 2002 R3 2003 R4 2004 PC1 2005 PC2 2006 PC3 2007 3.3.4. Kết quả thử nghiệm
Kích hoạt mô hình mạng trên tất cả các GNS3 Server. Địa chỉ IP của các GNS3 Server như mô tả trên Hình 3.4.
Hình 3.7. Kích hoạt mô hình mạng trên GNS3 Server 1
Hình 3.8. Màn hình telnet vào router R1 trên GNS3 Server 1
Từ máy tính PC2, mở cửa sổ Run gõ lệnh cmd. Cửa sổ Command Prompt xuất hiện, gõ vào lệnh telnet 10.0.0.11 2001 để telnet vào router R1 trên GNS3
Server 1. Tiếp tục mở các cửa sổ Command Prompt và gõ vào các lệnh telnet
10.0.0.12 2002, 10.0.0.13 2003, 10.0.0.14 2004 để telnet vào các router R2, R3,
Hình 3.9. Màn hình telnet vào router R2 trên GNS3 Server 2
Hình 3.11. Màn hình telnet vào router R4 trên GNS3 Server 4 Cấu hình định tuyến RIPv2 trên các router R1, R2 và R3
Trên máy tính PC2 lần lượt telnet vào các router R1, R2, R3 và thực hiện cấu hình như sau: Cấu hình router R1
! interface FastEthernet0/0 ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 duplex half ! interface FastEthernet1/0 ip address 192.168.2.1 255.255.255.0 duplex auto speed auto ! router rip version 2 network 192.168.1.0 network 192.168.2.0 no auto-summary Cấu hình router R2 ! interface FastEthernet0/0 ip address 192.168.1.2 255.255.255.0 duplex half ! router rip version 2 network 192.168.1.0 no auto-summary
Cấu hình router R3 ! interface FastEthernet0/0 ip address 192.168.2.2 255.255.255.0 duplex half ! router rip version 2 network 192.168.2.0 no auto-summary
Hiển thị bảng định tuyến trên các router R1, R2, R3 và thực hiện ping thử, kết quả nhận được như hình 3.11, 3.12, 3.13.
Hình 3.12. R2 ping thành công tới R3
Hình 3.14. R1 ping thành công tới R2, R3
Từ kết quả nhận được qua các Hình 3.8 đến Hình 3.13 ta thấy rằng từ PC2 ta có thể kết nối trực tiếp đến được các router R1, R2, R3, R4 trên các GNS3 Server khác nhau. Khi thực hiện cấu hình định tuyến trên các router R1, R2 và R3 thì trên các router này đều có bảng định tuyến giống nhau và đều ping thành công. Với các kết quả nhận được từ kịch bản thử nghiệm ta có thể kết luận mô hình phòng thực hành mới hoạt động tốt và ổn định.
3.4. Đánh giá giải pháp Sử dụng tài nguyên Sử dụng tài nguyên
Hình 3.15. Hiệu suất sử dụng tài nguyên của máy tính sử dụng Windows 7 khi chưa thực hiện mô phỏng mô hình mạng như Hình 3.6.
Hình 3.16. Hiệu suất sử dụng tài nguyên của máy tính sử dụng Windows 7 khi thực hiện mô phỏng mô hình mạng như Hình 3.6.
Trong mục 3.3.1, với mô hình triển khai thử nghiệm giải pháp phòng thực hành kỹ năng mạng mới (xem Hình 3.4) luận văn chỉ tạo ra hai máy chủ ảo trên mỗi máy chủ vật lý. Tuy nhiên để đánh giá tính hiệu quả trong sử dụng tài nguyên của giải pháp phòng thực hành kỹ năng mạng mới, trong phần này luận văn tạo ra ba máy chủ ảo trên máy chủ vật lý XenServer 1 sử dụng hệ điều hành Windows XP SP2.
Nếu sử dụng một máy tính vật lý có cấu hình như XenServer 1 (Bảng 3.1 mục 3.3.1) chỉ có thể mô phỏng được một mô hình mạng như Hình 3.6 tại một thời điểm, vì vậy lãng phí rất nhiều tài nguyên về bộ vi xử lý và bộ nhớ (xem Hình 3.16), hiệu suất sử dụng tài nguyên của máy tính như Hình 3.16 mang tính tương đối, các giá trị này phụ thuộc vào nhiều tố khác nữa như hệ điều hành được cài đặt, các chương trình chạy ngầm định,... Với giải pháp ảo hóa máy chủ, chúng ta có thể tận dụng được tối đa hiệu suất sử dụng của tài nguyên về bộ vi xử lý và bộ nhớ. Nền tảng ảo hóa Xen Hypervisor sử dụng một lượng bộ nhớ tương đối của máy chủ vật lý (khoảng 1GB khi khởi động các máy chủ ảo) do đó, với cấu hình 4GB bộ nhớ có thể tạo được ba máy chủ ảo với dung lượng bộ nhớ khoảng 1GB (xem Hình 3.17).
Khi chưa kích hoạt các mô hình mạng như Hình 3.6 trên các máy chủ ảo, mức độ sử dụng của bộ vi xử lý trên máy chủ XenServer 1 rất thấp (từ 1-4%) là do các máy chủ ảo chưa thực hiện xử lý bất kỳ tác vụ nào. Trong khi đó, mức độ sử dụng tài nguyên bộ nhớ của XenServer 1 là rất cao (giữ ở mức 4GB) do dung lượng bộ nhớ được cấu hình để cấp phát cho ba máy chủ ảo (xem Hình 3.18).
Hình 3.18. Mức độ sử dụng tài nguyên bộ vi xử lý và bộ nhớ của máy chủ XenServer 1 khi chưa kích hoạt mô hình mạng trên máy chủ ảo
Hình 3.19. Mức độ sử dụng tài nguyên bộ vi xử lý và bộ nhớ của máy chủ XenServer 1 sau khi kích hoạt mô hình mạng ở cả ba máy chủ ảo
Sau khi kích hoạt đồng thời mô hình mạng như Hình 3.6 ở cả ba máy chủ ảo trên máy chủ vật lý XenServer 1 và thực hiện tối ưu hóa sử dụng tài nguyên hệ thống trên GNS3 (xem mục 1.2.10), mức độ sử dụng tài nguyên bộ vi xử lý cũng tương đối thấp, không vượt quá 10%. Mức độ sử dụng tài nguyên bộ nhớ vẫn giữ ở mức rất cao, do được cấu hình phân bổ tài nguyên cho các máy chủ ảo và cho hạ tầng ảo hóa Xen Hypervisor (xem Hình 3.19).