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

• 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

Netzwerk-Labor “NetLab” an der Hochschule Fulda

Evaluation von VIRL, GNS3 und Mininet als Virtual Network Testbeds in der Hochschullehre

Foto: Reißmann

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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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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o

++niedrig hoch

• 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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+

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‐8 ‐1 8 6 5

niedrig hoch

• 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

• 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

• 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

Gewichtung

• Höchstes Gewicht auf (Lizenz-)Kosten

• Mehrere Benutzer/Sitzungen

• Realitätsnähe (Anbindung reales Netz, reale Images existierender Hardware)

• Zentrales Management

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Bewertung

• 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

• 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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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