SEED Emulator: An Internet Emulator for Research and Education CCF-C 雪城项目仿真器

摘要：

该文开发了一个开源的互联网仿真器，它是一个Python库，由互联网每个基本元素的类组成，包括自治系统、网络、主机、路由器、BGP路由器、互联网交换等。它还包括类适用于各种服务，包括 Web、DHCP、DNS、僵尸网络、暗网和区块链。许多其他有趣的网络技术也可以部署在仿真器上。使用这个库，用户可以轻松构建一个微型互联网。虽然它很小，但它具备了真正互联网的所有必备要素。构建后编译成Docker容器文件，由Docker在单机或多台云机上执行仿真。

引言：

Seed仿真器是一个有着12000行代码的Python库，由互联网每个基本元素的类组成，包括自治系统、网络、主机、路由器、BGP 路由器、互联网交换等。它还包括各种服务，包括 Web、DNS、僵尸网络、暗网、区块链等，还有一些正在开发中。

使用这个仿真器中的各个类，用户可以构建一个迷你的互联网来仿真现实世界中的互联网。虽然很小，但是它具备了真正互联网的所有必备要素，构建后可以编译成Docker容器文件，可以在单个主机或者云平台上运行。

Seed仿真器具有以下几个非常实用的功能：

1. 仿真器是可以扩展的，可以轻松添加插件组件。（这里的意思是，本仿真器分为基础层和服务层。基础层由一个个物理节点（容器）构成，服务层组件在构建时，默认独立不绑定物理节点，这使得它就像插件一样，可以实现移植，部署在不同的互联网仿真器中）。（而且支持安装软件或者服务到节点内）
2. 仿真器支持混合仿真，比如用户可以把他的计算机连接到仿真器上，成为仿真器系统中的一个参与者。（作者有演示一个例子，将笔记本的wifi接入点接入仿真系统，让学生连接该wifi，发动仿真系统的dns劫持，能让学生无法访问指定的服务）
3. 可以将多个本地或者远程仿真器连接起来形成更大的仿真。（有合并功能）
4. 该仿真器有设计可视化功能（map），来可视化整个仿真系统，并且该工具还可以显示仿真器内的数据包流。（这里就是暑假时，演示过的网安实验的那个可视化界面，是通过web页面来显示。可以画出整个系统的网络拓扑图，并且能对每个节点进行交互。还拥有数据流显示，就是能看到节点之间的通信，以及通信路径回放，这里就可以看到攻击的路径信息）（调用这个工具的时候会自动对整个仿真系统进行扫描，并自动绘制拓扑图）

相关工作介绍：

作者认为，互联网仿真和网络仿真不同。一个好的互联网仿真应该要具有以下三个要素：1）网络仿真，2）互联网基础设施仿真，3）服务基础设施仿真。

第一，网络仿真。这部分大多数的仿真器或者仿真器都能做好，本仿真器也涵盖了网络仿真的基本和通用功能，但是跟现有的网络仿真相比较少。比如，对控制网络带宽和速度非常有限（但是实现是可行的，只是并未实现），作者认为这个东西可以有但不是重点。

第二，互联网基础设施仿真。这部分包括自治系统（存根和传输）、互联网交换、BGP路由和对等互联。

第三，服务基础设施仿真。对于研究和教育而言，在系统上运行的应用程序或者说服务才是让互联网变得有趣的地方。Seed仿真器能够仿真这些服务，特别是一些基础的，比如DNS、区块链、暗网、僵尸网络、CDN等。本仿真器降低了仿真这些的复杂性，这也是这个项目的出彩部分。

实现的方法：
该仿真器由三部分组成：编写仿真、运行仿真以及与仿真器进行交互。该仿真器为第一部分和第三部分提供了SDK，同时依靠docker容器技术来运行仿真。

仿真的互联网由主机、路由器、网络、互联网交换机以及自治系统构成，自治系统使用BGP相互对等。这些模块的构建都可以通过提供的类来实现。