兩種動態(tài)路由協(xié)議分析及其實驗設計與仿真

付承彪, 田安紅

(曲靖師范學院 信息工程學院, 云南 曲靖　655011)

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兩種動態(tài)路由協(xié)議分析及其實驗設計與仿真

付承彪, 田安紅

(曲靖師范學院 信息工程學院, 云南 曲靖655011)

分別闡述了RIP和OSPF兩種動態(tài)路由協(xié)議的工作原理和報文格式,并利用模擬軟件設計了兩種動態(tài)路由協(xié)議實驗方案,即RIP動態(tài)路由實驗和OSPF動態(tài)路由實驗。分析了路由器和PC機的端口IP配置,以及RIP和OSPF路由協(xié)議配置命令。實驗結果表明,所組建的RIP動態(tài)路由實驗和OSPF動態(tài)路由實驗方案可行,這種實驗教學方式加深了學生對于動態(tài)路由協(xié)議的理解。

動態(tài)路由協(xié)議； 虛擬仿真；RIP；OSPF

路由是指通過相互連接的網(wǎng)絡尋找最佳路徑,把信息從源節(jié)點傳輸?shù)侥繕斯?jié)點的過程[1]。路由選擇的關鍵在于路由協(xié)議,協(xié)議分為靜態(tài)路由協(xié)議和動態(tài)路由協(xié)議[2]。靜態(tài)路由安全可靠,由管理員手動配置網(wǎng)絡,但不會因網(wǎng)絡拓撲結構的改變而更新已有的路由表信息[3-4],因而常用于小規(guī)模網(wǎng)絡環(huán)境；動態(tài)路由可以實時適應網(wǎng)絡拓撲結構的變化[5-6],自動刷新路由表信息,常用在大規(guī)模和復雜的網(wǎng)絡中。

路由協(xié)議被廣泛應用在實際的組網(wǎng)中,在計算機網(wǎng)絡的互聯(lián)中起著至關重要的作用。在傳統(tǒng)的路由協(xié)議實踐教學中,由于組網(wǎng)技術涉及的終端設備數(shù)量多,需要進行大量的網(wǎng)線連接操作,而實驗室缺乏足夠的設備,因而實驗效果并不理想[7]。筆者嘗試在路由協(xié)議的教學中引入CiscoPacketTracer虛擬網(wǎng)絡技術,模擬真實設備環(huán)境,讓學生按照所設計的網(wǎng)絡拓撲結構進行網(wǎng)絡配置和故障排除實驗。該軟件沒有終端設備數(shù)量限制,能夠很好地輔助計算機網(wǎng)絡課程的教學。

1　RIP路由協(xié)議原理

依據(jù)自治系統(tǒng)(autonomoussystem,AS)的定義,因特網(wǎng)中路由協(xié)議分為內部網(wǎng)關協(xié)議(interiorgatewayprotocol,IGP)和外部網(wǎng)關協(xié)議(externalgatewayprotocol,EGP)。目前廣泛使用的外部網(wǎng)關協(xié)議為BGP-4協(xié)議,內部網(wǎng)關協(xié)議為RIP和OSPF協(xié)議。

1.1RIP距離向量算法

路由信息協(xié)議(routinginformationprotocols,RIP)是距離向量協(xié)議。RIP允許一條路徑最多只能包含15個路由器,即“距離”等于16時相當于不可達,因此,RIP適用于小型網(wǎng)絡中。RIP的距離向量算法基礎是Bellman-Ford算法。RIP協(xié)議工作過程為[8]:啟動RIP時,通過廣播形式向相鄰路由器發(fā)送請求報文信息；路由器收到響應報文后更新路由表,并把更新的路由表發(fā)送給相鄰路由器；RIP每隔30s向相鄰路由器廣播本地路由表。對每一個相鄰路由器發(fā)送過來的RIP報文[9],RIP距離向量算法的具體步驟如下。

(1) 對地址為X的相鄰路由器發(fā)來的RIP報文,先修改此RIP報文中的所有項目:把“下一跳”字段中的地址都改為X,并把所有的“距離”字段的值加1。每一個項目都有3個關鍵數(shù)據(jù),即:到目的網(wǎng)絡N,距離是d,下一跳路由器是X。

(2) 對修改后的RIP報文中的每一個項目,重復以下步驟。①若原來的路由表中沒有目的網(wǎng)絡N,則把該項目加到路由表中；②否則(即在路由表中有目的網(wǎng)絡N,這時就再查看下一跳路由器地址)，若下一跳路由器地址是X,則把收到的項目替換原路由表中的項目，否則(即這個項目是:到目的網(wǎng)絡N,但下一跳路由器不是X)，若收到項目中的距離d小于路由表中的距離,則進行更新，否則什么也不做。

(3) 若3min還沒有收到相鄰路由器的更新路由表,則把此相鄰路由器記為不可達路由器,即將距離置為16(距離為16表示不可達)。

(4) 返回。

1.2RIP協(xié)議的報文格式

RIP有RIP1和RIP2版本,RIP2支持變長子網(wǎng)掩碼和無分類域間路由(CIDR),提供簡單的鑒別過程和支持多播。圖1為RIP2的報文格式。

圖1　RIP2的報文格式

從圖1可以看出,RIP報文由首部和路由部分組成,RIP協(xié)議使用UDP進行傳送,首部占4個字節(jié),命令字段指出報文的意義,如“1”表示請求路由信息,“2”表示對請求路由信息的響應或未被請求而發(fā)出的路由更新報文。RIP2報文中的路由部分由若干個路由信息組成,每個路由信息需要用20個字節(jié),地址族標識符字段用來標識所使用的地址協(xié)議,路由標記填入自治系統(tǒng)號,一個RIP報文最多可包括25個路由。

RIP協(xié)議具有“好消息”傳播得快,而“壞消息”傳播得慢的特點,RIP協(xié)議最大優(yōu)點是實現(xiàn)簡單,開銷小,但它的最大使用距離為15,限制了網(wǎng)絡的規(guī)模。

2　OSPF路由協(xié)議原理

開放式最短路徑優(yōu)先(openshortestpathfirst,OSPF)協(xié)議使用Dijkstra提出的最短路徑算法SPF,具有安全性高、收斂快[10-11]、支持可變長子網(wǎng)掩碼、可擴展性好等優(yōu)點。OSPF協(xié)議是基于鏈路狀態(tài)協(xié)議,主要特點是利用洪泛法向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息,發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)；只有鏈路狀態(tài)變化時,路由器才向所有的路由器用洪泛法發(fā)送此信息。OSPF的主要優(yōu)點是更新過程收斂快,它將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的區(qū)域范圍[12-13],其好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個區(qū)域而不是整個的自治系統(tǒng),這就減少了整個網(wǎng)絡上的通信量。OSPF劃分為兩種不同的區(qū)域如圖2所示,OSPF的報文格式如圖3所示,OSPF的基本操作如圖4所示。

圖2　OSPF劃分為兩種不同的區(qū)域

圖3　OSPF的報文格式

圖4　OSPF的基本操作

3　實驗設計——RIP動態(tài)路由實驗

RIP協(xié)議和OSPF協(xié)議都是被廣泛應用的動態(tài)路由協(xié)議,要求學生重點掌握。RIP實驗目的是:(1)學生通過設計并配置實驗拓撲結構圖來理解RIP路由協(xié)議的工作原理；(2)掌握RIPV2在路由器上的配置過程。

實驗拓撲結構如圖5所示,實驗設備IP地址信息如表1所示。實驗設備包含3臺型號為Router-PT的路由器、3臺主機、交叉線和串口線。在本實驗中,子網(wǎng)掩碼均為255.255.255.0,共有6個不同網(wǎng)段。

圖5　實驗拓撲結構圖

設備端口/主機IP地址網(wǎng)絡號Router0fa0/0200.200.40.1200.200.40.0se2/0200.200.10.1200.200.10.0se3/0200.200.30.1200.200.30.0Router1fa0/0200.200.50.1200.200.50.0se2/0200.200.10.2200.200.10.0se3/0200.200.20.1200.200.20.0Router2fa0/0200.200.60.1200.200.60.0se2/0200.200.20.2200.200.20.0se3/0200.200.30.2200.200.30.0PC0PC0200.200.40.11200.200.40.0Laptop0Laptop0200.200.50.11200.200.50.0Laptop1Laptop1200.200.60.11200.200.60.0

本實驗首先依據(jù)圖5配置3臺主機的IP地址信息,然后配置3個路由器的IP信息,最后在路由器上配置RIP進行實驗。實驗步驟如下:

3.1路由器IP地址配置

由圖5和表1可知,3個路由器均有3個接口,以Router0路由器為例,關鍵的配置過程如下。

Router0>enable

Router0#configureterminal

Router0 (config)#hostnameR0

R0(config)#interfacefastEthernet0/0

R0(config-if)#ipaddress200.200.40.1 255.255.255.0

R0(config-if)#noshutdown

R0 (config)#interfaceserial2/0

R0(config-if)#ipaddress200.200.10.1 255.255.255.0

R0 (config-if)#noshutdown

R0 (config)#interfaceserial3/0

R0(config-if)#ipaddress200.200.30.1 255.255.255.0

R0 (config-if)#noshutdown

3.2RIP配置

RIP協(xié)議的配置過程為:開啟RIP路由協(xié)議進程、申請本路由器參與RIP協(xié)議的直連網(wǎng)段信息、指定RIP協(xié)議的版本2、關閉自動匯總。本實驗的關鍵配置過程如下:

Router0上配置RIP動態(tài)路由

Router0(config)#routerrip

Router0(config-router)#version2

Router0(config-router)#noauto-summary

Router0(config-router)#network200.200.40.0

Router0(config-router)#network200.200.10.0

Router0(config-router)#network200.200.30.0

Router1上配置RIP動態(tài)路由

Router1 (config)#routerrip

Router1(config-router)#version2

Router1(config-router)#noauto-summary

Router1 (config-router)#network200.200.10.0

Router1(config-router)#network200.200.50.0

R2(config-router)#network200.200.20.0

Router2配置RIP動態(tài)路由

Router2(config)#routerrip

Router2(config-router)#version2

Router2(config-router)#noauto-summary

Router2(config-router)#network200.200.30.0

Router2(config-router)#network200.200.20.0

Router2(config-router)#network200.200.60.0

RIP協(xié)議配置成功后,以Router0路由為例,showiproute信息如圖6所示。

圖6 　RIP配置顯示的show ip route信息

從圖6中Router0的路由信息看出,R表示RIP協(xié)議,代表RIP協(xié)議配置成功。與Router0相連的3個網(wǎng)段200.200.10.0/24,200.200.30.0/24,200.200.40.0/24為connected連接,與Router0非相連的3個網(wǎng)絡200.200.20.0/24,200.200.50.0/24,200.200.60.0/24為RIP連接。

3.3結果驗證

本實驗按照拓撲結構圖完成RIP配置后,能實現(xiàn)不同網(wǎng)段的互聯(lián)互通。以筆記本Laptop0為例,IP地址為200.200.50.11,驗證它與3個非直連網(wǎng)絡的連通性,即利用Laptop0筆記本ping200.200.60.11,ping200.200.30.2,ping200.200.40.11,結果均能得到正確的應答信息,表明所有網(wǎng)絡互聯(lián)互通。如果沒有ping通,則從主機配置和連接線等方面進行查找。

4　實驗設計——OSPF動態(tài)路由實驗

OSPF實驗目的為:(1)通過設計并配置實驗拓撲結構圖來理解OSPF路由協(xié)議的工作原理；(2)掌握OSPF在路由器上的配置過程。

實驗拓撲結構如圖7所示,實驗設備包括2臺路由器、2臺主機、交叉線和串口線。實驗步驟如下。

圖7　OSPF實驗拓撲

4.1路由器IP地址配置

由圖7可知,2個路由器均有2個接口,以Router0為例,關鍵的配置過程如下:

Router0>enable

Router0#configureterminal

Router0 (config)#hostnameR0

R0(config)#interfacefastEthernet0/0

R0(config-if)#ipaddress192.168.1.1 255.255.255.0

R0(config-if)#noshutdown

R0 (config)#interfaceserial2/0

R0(config-if)#ipaddress192.168.2.1 255.255.255.0

R0 (config-if)#noshutdown

Router1的IP地址配置為:

Router1>enable

Router1#configureterminal

Router1 (config)#hostnameR1

R1(config)#interfacefastEthernet0/0

R1(config-if)#ipaddress192.168.3.1 255.255.255.0

R1(config-if)#noshutdown

R1 (config)#interfaceserial2/0

R1(config-if)#ipaddress192.168.2.2 255.255.255.0

R1 (config-if)#noshutdown

4.2OSPF配置

OSPF協(xié)議的配置過程為:開啟OSPF路由協(xié)議進程,申請直連網(wǎng)絡信息,分配區(qū)域號。本實驗的關鍵配置過程如下所示。

Router0上配置OSPF動態(tài)路由:

R0(config)#routerospf1

R0(config-ospf)#net192.168.3.0 0.0.0.255area1

Router1上配置OSPF動態(tài)路由:

R1(config)#routerospf1

R1(config-ospf)#net192.168.1.0 0.0.0.255area1

OSPF協(xié)議配置成功后,以Router0路由為例,showiproute信息如圖8所示。

圖8　OSPF配置顯示的show ip route信息

從showiproute的路由信息看出,O表示OSPF協(xié)議,代表OSPF協(xié)議配置成功,與Router0相連的兩個網(wǎng)段192.168.1.0/24,192.168.2.0/24為connected連接,與Router0非相連的一個網(wǎng)絡192.168.3.0/24為OSPF連接。

4.3結果驗證

本實驗按照拓撲結構圖完成OSPF配置后,能實現(xiàn)不同網(wǎng)段的互聯(lián)互通。以臺式機PC0為例,IP地址為192.168.1.10,驗證它與非直連網(wǎng)絡的連通性,即利用PC0來ping192.168.3.30,結果能得到正確的應答信息,表明網(wǎng)絡互聯(lián)互通。

5　結語

基于仿真軟件組建了RIP路由協(xié)議和OSPF路由協(xié)議實驗,要求學生自行設計網(wǎng)絡拓撲圖,并分析路由器的端口地址和配置命令,驗證實驗目標。測試結果表明組建的路由協(xié)議實驗可行,同時通過引入該模擬仿真器,提供與真實網(wǎng)絡設備一樣的實體環(huán)境配置,平衡了教學與實踐的矛盾,鞏固了學生的理論知識,培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力,為學生將來進入實際工作崗位工作奠定了基礎。

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Analysisoftwokindsofdynamicroutingprotocolsandexperimentaldesignandsimulation

FuChengbiao,TianAnhong

(DepartmentofInformationEngineering,QujingNormalCollege,Qujing655011,China)

Inviewofthecharacteristicsofself-learningofdynamicroutingprotocol,itiswidelyusedinthecomplexnetworkenvironment,therearecommonlyRIPandOSPFprotocols.Thispaperillustratestheworkingprincipleandmessageformatoftwokindsofprotocols,anddesignstwoexperimentalschemesbysimulationsoftware,thereareRIPdynamicroutingexperimentandOSPFdynamicroutingexperiment,therouterandPCportIPconfigurationaresetup,andRIPandOSPFroutingprotocolconfigurationcommandsaredistributed.TheexperimentalresultshowsthatexperimentalschemeofRIPdynamicroutingandOSPFdynamicroutingisfeasible.Thiswayofexperimentalteachingcandeepenthestudents’understandingofthedynamicroutingprotocol.

routingprotocol;virtualsimulation;routinginformationprotocol(RIP);openshortestpathfirst(OSPF)

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.034

2016-01-26修改日期：2016- 06- 17

云南省科技廳青年項目(2014FD048)

付承彪(1982—),男,云南宣威,碩士,講師,主要研究方向為計算機網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng).

E-mail：tahfu841023@163.com

TP393.03

A

1002-4956(2016)7-0140-05