主机与 GNS3 中的虚拟网络设备通信

前言

最近为了入门 NetDevOps，买了知乎上弈心大佬写的一本书，叫《网络工程师的 Python 之路》。写的还可以，从网络工程师的视角讲解了 Python 的基本用法。也让我补足了之前碎片化的 Python 语法。

不过，进入到第 4 章后，就需要完成一些虚拟或是真机实验，然而我从来没有成功地在 GNS3 上运行过一次虚拟实验，更别提真机实验了。因此，搭建实验环境成了一个挑战。毕竟，实验的内容是通过 Python 程序来自动化运维路由器和交换机，如果 Python 程序访问不到这些网络设备，何谈运维？

因此，这篇文章的写作目的在于整理一下环境配置的心得。

环境

主机：Windows11
虚拟机：VMWare Workstation
GNS3: v3.0.4

配置虚拟机的方法我就不赘述了，印象中我大概是根据浙大网站上的实验流程配置下来的，只不过 GNS3 的版本和它要求的似乎有些出入。总之，最后配置完成的效果是，虚拟机中运行 GNS3 的后端软件，Windows11 上的 GNS3 前端能够连接到后端服务。

GNS3后端截屏

GNS3前端连接后端服务

需要导入 Cisco 的路由器和交换机镜像，下载地址在这个 Github 链接中。
为了方便，我把具体内容复制过来。L2 交换机需要从 7 ~ 9 中选一个下载，而 L3 交换机在前几个里面选择一个下载吧。

导入的方法是在 GNS3 中选择 File->Image Managment->Upload，之后选择下载的文件。我不知道直接选择压缩包是否可以，我是把压缩包解压，选择其中的 qcow2 格式的文件导入的。

SR	NAME	DOWNLOAD
1	vios-adventerprisek9-m.spa.158-3.m2.tgz	Download here
2	vios-adventerprisek9-m.SPA.159-3.M2.tgz	Download here
3	vios-adventerprisek9-m.SPA.159-3.M3.tgz	Download here
4	vios-adventerprisek9-m.SPA.159-3.M4.tgz	Download here
5	vios-adventerprisek9-m.SPA.159-3.M6.tgz	Download here
6	vios-adventerprisek9-m.vmdk.SPA.157-3.M3.tgz	Download here
7	viosl2-adventerprisek9-m.SSA.high_iron_20180619.tgz	Download here
8	viosl2-adventerprisek9-m.ssa.high_iron_20200929.tgz	Download here
9	viosl2-adventerprisek9-m-v152_6_0_81_e-20190423.tgz	Download here

实验准备

本次实验的拓扑结构如下。拓扑结构的中心是一个二层交换机，它连接了五个路由器和一个 Cloud。Cloud 的作用是让主机和 GNS3 中的虚拟网络能够访问。

比如，GNS3 虚拟网络中有一台路由器的 IP 是 192.168.223.11，那么在 Windows 主机的控制台中输入 ping 192.168.223.11 这一 IP，能够得到响应。

实验拓扑结构

连接准备

一般来说，在 VMware 安装 GNS3 虚拟机的教程里，我们已经配置好了虚拟网卡，分别有三个网卡，负责 NAT 模式、桥接模式和仅主机模式。下面是 AI 对这三种模式的区别总结。

VMware 网络模式	能否让主机访问 GNS3 VM？	说明
桥接 (VMnet0)	✅ 可以	VM 直接在物理网同一网段，Windows 可以 ping 到 VM 内部 IP
NAT (VMnet8)	⚠️ 一般不直接可达	VM 访问外网没问题，但主机访问 VM 需要额外端口转发
Host-only (VMnet1)	✅ 可以（仅主机与 VM）	VM 与主机可互相 ping，但 VM 无法访问外网

当然，桥接的时候注意，选择的外部连接应该和当前主机的网络环境相同。这里引用浙大计网实验网站上的提示。

如果你使用无线网卡上网，你的无线网卡名称可能类似：Intel® Wifi6 xxxx 或 Realtek xxx Wifi6 或 Mediatek Wifi6 xxxx

如果你使用有线网卡上网，你的有线网卡名称可能类似：Realtek PCIe GbE Family Controller 或 Realtek PCIe FE Family Controller

虚拟网络编辑器界面

Cloud 的配置

现在虚拟机的准备工作已经完成，需要处理 GNS3 中 Cloud 的连接。右键一下界面中的 Cloud，点击 Configure，可以看到如下的端口。

Cloud->Configure

如何理解这三个端口？为什么不像有些教程中显示的那样，会出现许多 VMWare 的端口可供选择？

事实上这篇文章说的是正确的，这三个接口就够了，它们就分别对应了 VMware 虚拟网络编辑器中的三个 VMnet。

那么，问题来了，如何知道 eth -> VMnet 的对应关系？换言之，如果我想通过 NAT 模式连接主机，该让 Cloud 的哪个 eth 端口连接虚拟交换机？

这时候只需要回到 VMware 虚拟机中，按下回车进入到下面的控制界面。选择 Shell，输入 ip a | less，就能查看到 eth 和 VMnet 的对应关系。这里在管道运算符后添加 less 是为了方便滚动阅读，如果不加 less，有可能我们需要的配置信息会被顶到屏幕外。

选项卡

输出内容

推测一下，我们之前给仅主机模式配置的 IP 段是 192.168.223.0/24，所以 eth0 多半是仅主机模式；eth2 和我物理 Windows 主机在家中局域网的 IP 段是一样的，多半是桥接模式；剩下的 eth1 多半是 NAT 模式了。

这篇文章说的很不错，这里引用一下：

根据实验要求，如果只和物理机进行私网通信，则选择仅主机模式对应的网络接口（即 eth0），如果想共享使用物理机的 IP 对外通信，则选择 NAT 模式对应的网卡接口（即 eth1），需要使用与物理机相同网段的独立 IP 实现对外通信，则选择桥接模式对应的网卡接口（即 eth2）。

一般情况下，使用主机模式即可，此时路由器仅能与物理机上的软件通信，比如不同的虚拟机之间互相访问。如需要访问物理机以外的其他服务器，则可以使用 NAT 模式或者桥接模式。NAT 模式是路由器以物理机的 IP 身份向外访问，
有些功能可能无法实验，比如物理机之外的其他外部设备 Ping 路由器的接口 IP。桥接模式是路由器以独立的 IP 身份向外访问，外部看来是同时存在物理机和路由器两个设备的。

既然我们需要让 Windows 主机上的 Python 程序能够连接到 GNS3 中虚拟的路由器进行配置，主机模式就足够了。因此，在 GNS3 中选择线缆，把 Cloud 的 eth0 接口和另外的网络设备的接口联系起来，完成了线路连接。

路由器配置

这还不够，因为如果想让路由器和 Windows 主机访问，还需要确保路由器的 IP 和主机在同一个子网内。例如我这里显示 VMnet1(eth0) 的子网是 192.168.223.0/24，那么所有的路由器必须以 192.168.223 开头，也就是处在同一子网内。

配置路由器的命令是

conf t
int g0/0
ip address 192.168.223.11 255.255.255.0
no shut
end wr

到此为止，在 Windows 主机上 ping 路由器就通了。

C:\Users\summe>ping 192.168.223.11

正在 Ping 192.168.223.11 具有 32 字节的数据:
来自 192.168.223.11 的回复: 字节=32 时间=5ms TTL=255
来自 192.168.223.11 的回复: 字节=32 时间=10ms TTL=255
来自 192.168.223.11 的回复: 字节=32 时间=10ms TTL=255
来自 192.168.223.11 的回复: 字节=32 时间=7ms TTL=255

192.168.223.11 的 Ping 统计信息:
    数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
    最短 = 5ms，最长 = 10ms，平均 = 8ms

防火墙设置

然而，此时如果从 GNS3 的虚拟路由器尝试 ping Windows 主机，得不到响应，显示

Router#ping 192.168.223.1
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.223.1, timeout is 2 seconds:
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

这里 Windows 主机的 IP 通过 ipconfig 可查，确实就是 192.168.223.1，但是为什么得不到回复呢？因为 Windows 的防火墙屏蔽了 ICMP 流量。我们需要在 Windows 防火墙的界面中添加入站规则。

入站规则界面

规则类型：自定义。程序：所有程序。协议和端口：协议名称 ICMPv4。操作：允许连接。

这样，在 GNS3 内部就可 ping 通 Windows 主机了。

Router#ping 192.168.223.1
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192.168.223.1, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 6/8/10 ms