虛實結合學習路由協議

摘要:路由協議作為TCP/IP協議族中重要成員之一，是目前互聯網的基石，該文首先介紹了目前互聯網應用的幾個主流的路由協議，分析了RIP，OSPF，BGP三個最重要的路由協議的特點。然后結合網絡教學和網絡培訓，介紹了幾種虛擬或仿真方法，學習、配置、分析相關的路由協議。在較低的教學、培訓成本下實現了對路由協議的學習、配置及對協議的抓包分析。

關鍵詞:RIP;OSPF;BGP;Netsim;Dynamips;zebra

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)15-3878-03

Actual Situation Combining Studying Routing Protocol

LI Wan-gao， HU Yao-dong

(Network Management Center， Henan Institute of Engineering， Zhengzhou 451191，China)

Abstract: Routing protocols is a important member of the TCP/IP protocol family， Is the cornerstone of the current Internet， First， this paper introduce several going routing protocols for the current Internet applications，analyzes the characteristics of the three most important routing protocols( RIP，OSPF，BGP). Then combine the network teaching and network training， Introduce several virtual or simulation methods， Study， configure， analysis the related routing protocols.We realize to study ，configure， analysis routing protocol and to capture， analysis the protocols at the lower of teaching， training costs.

Key words: RIP; OSPF; BGP; netsim; dynamips; zebra

1 引言

由于當前社會信息化的不斷推進，人們對數據通信的需求日益增加。自TCP/IP協議簇于七十年代中期推出以來，現已發展成為網絡層通信協議的事實標準，基于TCP/IP的互聯網絡也成為了最大、最重要的網絡。路由器作為IP網絡的核心設備已經得到空前廣泛的應用。

2 路由器的概念及工作原理

路由器是工作在OSI參考模型第三層--網絡層的數據包轉發設備，它通過路由表決定數據的轉發，轉發策略稱為路由選擇(routing)，這就是路由器名稱的由來(router，轉發者)。路由器通過轉發數據包來實現網絡互連，所以路由器是Internet網絡的主要節點設備。

雖然路由器可以支持多種協議(如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等協議)，但大多數路由器運行TCP/IP協議。路由器通常連接兩個或多個由IP子網或點到點協議標識的邏輯端口，至少擁有1個物理端口。路由器根據收到數據包中的網絡層地址以及路由器內部維護的路由表決定輸出端口以及下一跳地址，并且重寫鏈路層數據包頭實現轉發數據包。路由器通過路由表來反映當前的網絡拓撲，并通過與網絡上其他路由器交換路由和鏈路信息來維護路由表。

3 主流路由協議及特點

決定路由器轉發數據的方法可以是人為指定，即采用靜態路由，但人為指定工作量大，而且不能采取靈活的策略，于是動態路由協議應運而生，動態路由協議通過傳播、分析、計算、挑選路由，來實現路由發現、路由選擇、路由切換和負載分擔等功能。

Internet上現在大量運行的路由協議有RIP、OSPF和BGP。RIP、OSPF是內部網關協議(Interior Gateway Protocol，簡稱IGP)，適用于單個ISP的網絡。由一個ISP運營和管

理的網絡稱為一個自治系統(AS)，BGP是自治系統間的路由協議，是一種外部網關協議。

RIP協議(Routing Information Protocol)是推出時間最長的路由協議，也是最簡單的路由協議。它是“路由信息協議”的縮寫，主要傳遞路由信息(路由表)來廣播路由:每隔30秒，廣播一次路由表，維護相鄰路由器的關系，同時根據收到的路由表計算自己的路由表。RIP運行簡單，適用于小型網絡，Internet上還在部分使用著RIP。

OSPF(Open Shortest Path First)協議是“開放最短路由優先”的縮寫。“開放”是針對當時某些廠家的“私有”路由協議而言，而正是因為協議開放性，才造成OSPF今天強大的生命力和廣泛的用途。它通過傳遞鏈路狀態(連接信息)來得到網絡信息，維護一張網絡有向拓撲圖，利用最小生成樹算法(SPF算法)得到路由表。OSPF是一種相對復雜的路由協議。

總的來說，OSPF、RIP都是自治系統內部的路由協議，適合于單一的ISP使用。一般說來，整個Internet并不適合使用單一的路由協議，因為各ISP有自己的利益，不愿意提供自身網絡詳細的路由信息。為了保證各ISP利益，標準化組織制定了ISP間的路由協議BGP。

BGP(Border Gateway Protocol)是“邊界網關協議”的縮寫，處理各ISP之間的路由傳遞。其特點是有豐富的路由策略，這是RIP、OSPF等協議無法做到的，因為它們需要全局的信息計算路由表。BGP通過ISP邊界的路由器加上一定的策略，選擇過濾路由，把RIP、OSPF、BGP等的路由發送到對方。BGP的出現，引起了Internet的重大變革，它把多個ISP有機的連接起來，真正成為全球范圍內的網絡。

4 學習路由協議的方法

動態、健壯的路由對于 Internet 網絡來說極其重要，因此任何一個初涉此領域的網絡工程師不僅需要理解路由的概念，而且要有能力在復雜的的網絡環境下正確使用各種路由協議。但是，對于大多數人來說，只有在學校或者網絡實驗室環境中才有條件學習路由，而且還要一直受到實踐時間和實踐條件的困擾。如何克服這些不利的條件快速、高效地學習并掌握路由器的配置?掌握動態路由的交互過程?下面結合作者的體會，給出了三種虛實結合的學習路由協議的方法。

4.1 使用模擬軟件

這種方法被網絡培訓機構廣泛的使用，通常培訓機構的做法是購買一到兩臺低端的路由器，讓學員熟悉硬件基本結構及軟件的配置管理后，大量使用模擬軟件來代替真實的實驗。例如，思科的認證大量使用Boson Netsim for CCNA(CCNP)等軟件，華為的認證采用HW-RouteSim等軟件。

這些軟件共同的特征是通過經典的實驗，讓學員快速掌握設備配置的能力，但這些實驗的共同特征是受到設備數量的限制，通常不會多于3臺，很難進行對動態路由的配置及檢驗，即使使用自定義實驗，也很難有改觀，基本無法使用抓包工具進行協議分析。這樣的實驗基本是以單個設備為出發點的，對深入了解路由協議的交互作用不大。

4.2 使用Dynamips加真實的IOS

Dynamips是Christophe Fillot編寫的一個Cisco7200模擬器。它模擬了Cisco7206的硬件平臺，而且運行了標準的7200 IOS文件，目前的版本(0.2.8RC2，20071014)已經可以模擬出Cisco 7200 (NPE-100 to NPE-400)，Cisco 3600 (3620， 3640 and 3660)，Cisco 2691，Cisco 3725， Cisco 3745，Cisco 2600 (2610 to 2650XM)，Cisco 1700 (1710 to 1760)等路由器。在Web站點，這種模擬器作用如下:

1) 作為一個培訓平臺，使用真實環境中的軟件。Cisco作為網絡技術的全球領頭人，這款模擬器會讓大家更熟悉Cisco的設備。

2) 測試和試驗Cisco IOS的特性。

3) 快速檢驗即將在真實環境中部署的配置

當然，這個模擬器不能替代真實的路由器，對于Cisco網絡管理員或者想通過CCNA/CCNP/CCIE考試的人來說，是一個簡單補充真實實驗室的工具。可以在http://www.ipflow.utc.fr/blog/ 網站下載原版的Dynamips，提供的有windows和Linux版本，如果不想深入了解Dynamips的機制，僅僅想用其做試驗，推薦使用工大普瑞集成好的軟件試驗包，可以在http://www.edurainbow.com/ 下載。

Dynamips的優點是它是開放源代碼的系統，并運行了真實的IOS系統，拉近了我們到高端路由的距離。使我們的計算機變成了一臺路由器，在目前的主流配置計算機上，運行5個路由器是沒什么問題的，可以很方便的熟悉Cisco路由器，檢驗即將工作的路由器的配置，可以分析路由的交互。Dynamips的不足是對計算機的CPU占用率有點高(通過對參數的修改，可以改變)，另外抓取路由間交互的路由信息的不太方便。

4.3 使用Zebra路由軟件

Zebra 是一個開源的 TCP/IP 路由軟件，同 Cisco Internet 網絡操作系統(IOS)類似。它靈活而且具有強大的功能，可以處理路由信息協議(RIP)、開放式最短路徑優先協議(OSPF)和邊界網關協議(BGP)以及這些協議的所有變體。它的發行遵循 GNU 通用公共許可協議，可以運行于 Linux 以及一些其他的 Unix 變體操作系統上。最新版本的 zebra-0.95a (20050908) 以及文檔可以從 GNU Zebra 網站上http://www.zebra.org下載。

Zebra 的設計獨特，它采用模塊的方法來管理協議。可以根據網絡需要啟用或者禁用協議。Zebra 最為實用的一點是它的配置形式和 Cisco IOS 極其類似。盡管它的配置與 IOS 相比還是有一些不同，但是對于那些已經熟悉 IOS 的網絡工程師來說在這種環境下工作將相當自如。

我們以Fedora Core 4 Linux為例，安裝測試zebra-0.95a的功能，可以采用普通的PC機或Vmware虛擬出的客戶機，安裝兩塊以上能被系統識別的網卡。首先從http://www.zebra.org下載zebra-0.95a.tar.gz，解壓縮后直接按Install文件的過程安裝，./configure，make，make check，make install完成安裝，安裝完成后配置文件位于/usr/local/etc/下，包括bgpd.conf.sample，bgpd.conf.sample2，ospf6d.conf.sample，ospfd.conf.sample，ripd.conf.sample，ripngd.conf.sample，zebra.conf.sample等文件。

基本配置和使用:zebra 守護進程是實際的路由管理者，控制著其他模塊;而且用戶主要通過它進行交互。最先需要配置Zebra 守護進程，將zebra.conf.sample拷貝為zebra.conf，Zebra.conf 配置文件的內容很簡單，除了注釋外有效的為以下三行。

hostname Router

password zebra

enable password zebra

hostname 指定了當您進入交互式配置方式時的路由器名。它可以是任何一個標識，不一定要和機器的主機名相同，password 指定了登錄進入交互式 Zebra 終端時需要的密碼。enable password 指定了當您想要改變配置時以較高級別身份訪問 Zebra 所需要的密碼。

創建了 /etc/zebra/zebra.conf 文件以后，我們現在可以執行下面的命令來啟動 zebra 守護進程:

# zebra –d

然后通過 telnet 到的機器的 2601 端口，就可以進入 Zebra 交互式會話。

在交互式終端中操作很簡單。要獲得可用命令的提示，您可以在任何時刻按?鍵，然后命令的選項就會出現在屏幕上。如果您正在構建您自己的 Zebra 路由器，而且您有配置 Cisco 路由器的經驗的話，您會覺得這個配置過程非常熟悉。

到這里為止，只有 Zebra 被配置好并且運行起來了，但是還沒有任何其他的協議。接下來將進入配置的實質內容，下面介紹這一過程。

使用 Zebra 安裝配置 RIP 路由，我們已經在Linux上安裝配置了網絡接口，接下來我們再對它進行配置，使之可以與 RIP更新協同工作。正如已經提到過的，Zebra 使用單獨的守護進程來實現路由協議，所以必須首先為 RIP 守護進程在/usr/local/etc/目錄下創建一個簡單的配置文件ripd.conf，可以直接將ripd.conf.sample拷貝而得到。一個基本的 /usr/local/etc/ripd.conf 文件內容如下:

hostname ripd

password zebra

然后我們啟動 ripd 守護進程 :

# ripd -d

完成后，我們可以 telnet 到Zebra 路由器的 2602 端口來配置 RIP 守護進程。

OSPF路由，BGP路由也和RIP路由的配置類似。

Zebra是這三種軟件中最為強大的一個軟件，它可以將一個普通的PC機，變為一個功能強大的路由器，通過和相關的網卡連接，可以和真實的路由器交換路由信息，可以通過Sniffer等工具抓取相應的路由會話，了解動態路由的交互。

5 結束語

Boson Netsim for CCNA(CCNP)，HW-RouteSim等軟件，給我們提供了一些經典的網絡配置案例;Dynamips讓我們運行了真實Cisco的IOS;Zebra將普通的PC變為了路由器。通過對真實路由器的了解，結合模擬或仿真的路由環境，可以讓即將步入崗位的網絡工程師快速地了解、掌握動態路由的配置，同時也能給網絡知識的教學或培訓提供一種很好的幫助。

參考文獻:

[1] Christophe Fillot， Help for Cisco router simulator.[R] http://www.ipflow.utc.fr/blog/.

[2] Steve6309. Dynamips使用指南.[R] http://www.edurainbow.com/.

[3] Kunihiro Ishiguro，Toshiaki Takada. Zebra Documentation.[Z] http://www.zebra.org/ .

[4] Douglas E.Comer.用TCP/IP進行網際互聯第一卷:原理、協議與結構[M].4版.林瑤，蔣慧，杜蔚軒，等，譯.北京:電子工業出版社，2003.