RIP 協議實驗教學設計

張春玉

（1.西藏民族大學信息工程學院，咸陽712082；2.西藏光信息處理與可視化技術重點實驗室，咸陽712082）

0 引言

實驗課程作為高校專業課程實踐教學的重要方式之一，對培養學生的工程實踐和技術創新能力至關重要。組網技術作為計算機科學與技術、網絡工程、通信工程、網絡安全等專業的重要實踐課程，其實驗教學方案設計的好壞，關系能否幫助學生更好的理解掌握計算機網絡基本原理，能否牢固地掌握網絡開發實踐和規劃設計的基本方法，甚至關系是否能激發學生積極思考、主動探究專業知識并培養專業自豪感等情感目標培養的問題。

路由技術是當前網絡工程中應用最普遍的技術之一[1]，是計網絡技術的重點內容。RIP（Routing Information Protocols，路由信息協議，也稱為路由選擇協議）是應用較早、使用較普遍的內部網管協議，適用于小型同類網絡，是典型的距離矢量協議[2]。實驗教學中發現，學生對RIP 協議中路由匯總技術的理解和實踐存在較大瓶頸。本文針對這一問題改進了傳統的RIP 協議實驗方案，包括RIPv1、RIPv2 的基本配置方法、子網劃分、路由匯總等技術要點，通過設置故障配置點，促使學生發現問題、解決問題、總結知識點。該教學設計在實際教學應用中使用多年，極大地激發了學生學習興趣，收到了較好的教學效果。

1 RIP協議傳統實驗方案

在大多數網絡實踐教程中，RIP 協議實驗拓撲如圖1 所示。要求按拓撲結構配置PC 的IP 地址、掩碼、網關，并在兩臺路由器上配置RIPv1 或RIPv2 協議實現三個網絡的互通及PC 的互通。完成以上要求，學生可以掌握RIPv1、RIPv2 的基本配置方法，驗證RIP 協議的簡單、有效性。

圖1 RIP路由傳統實驗拓撲

但是，實驗至此，學生并未掌握RIP 協議中路由匯總這一知識難點。RIPv1 是有類別路由協議總是使用自動匯總，而RIPv2 默認啟用自動匯總功能，可以禁用自動匯總。這些理論大多數教材都會講到，教師僅僅理論講解遠遠不夠，學生很難扎實掌握，靈活運用。為了使學生深刻認識到自動匯總時的網絡配置要點，從而全面扎實掌握RIP 協議，本文將實驗做如下改進。

2 RIP實驗改進設計方案

步驟一：如圖2 所示，增加兩臺路由器R3、R4（或兩臺三層交換機當作路由器使用），把192.168.1.0/24劃分成四個子網（子網1～子網4），并和192.168.2.0/24、192.168.3.0/24 一起配置成七個網絡（連續子網）。然后在四臺路由器上配置RIPv2 協議使網絡互通。要求192.168.1.0/24 劃分成的四個子網是連續的。實驗報告設計時，在圖2 中，把192.168.1.0/24 劃分成的四個子網及地址分配留白，如圖3 所示。要求學生自己劃分子網并分配地址，然后標注在實驗報告的圖3 空白處（下劃線上）。

圖2 連續子網的RIP實驗拓撲

圖3 連續子網的RIP實驗拓撲（子網劃分留白）

步驟二：如圖4 所示，調整配置為下圖的非連續子網，路由器保持默認設置的自動匯總。要求學生測試PC 之間的連通情況，其中，PC1 依次ping 到PC3 的路徑上的IP 地址，查看其連通情況。如果不通，找到出問題的位置，查看路由器的路由表并分析原因。

圖4 非連續子網拓撲

步驟三：接上一步，在相關路由器上取消自動匯總，查看各個路由器的路由表，并測試網絡連通性。

3 改進實驗結果與分析

在第2 節的改進實驗步驟一中，實現了RIPv2 協議在連續子網中的配置。首先，該步驟的實驗設計促使學生回顧IP 子網劃分知識點，并能在組網工程中靈活運用。其次，由于RIPv2 默認開啟自動匯總，所以配置完成后，學生通過查看四臺路由器的路由表，能明確的看到R2 的路由表中出現了經主類邊界路由器R1的端口F0/0（192.168.2.2）轉發來的路由匯總（聚合）結果，即出現了192.168.1.0/24 的路由表項，如圖5 所示。此時，自動匯總能使路由器中的路由表項更簡潔，從而縮短了查找路由的時間，提高查找路由的效率[3]。

圖5 R2的路由表

改進實驗步驟二實現了非連續子網中RIPv2 協議的配置，學生在PC1 上依次ping IP 地址192.168.1.1、192.168.1.66、192.168.1.65、192.168.3.2 是通的，但是ping192.168.3.1 和192.168.2.2 時出現異常，此時ping命令發出的四個分組中兩個到達，另外兩個丟失，也就是說出現兩通兩不通的現象。再ping192.168.2.1 時則完全不通。其他兩臺PC ping192.168.3.1 和192.168.2.2 時也出現同樣的兩通兩不通現象。

顯然，問題出在路由器R1 上，查看R1 的路由表如圖6 所示，出現了兩條關于192.168.1.0/24 的路由信息，跳數都為1，稱為等價路由[4]。這兩條等價路由一條是R4 發布的，另一條是R2 發布的。深入分析其原因如下：RIPv2 默認開啟路由自動匯總，并且自動匯總協議只在主類網絡邊界進行。主類網絡邊界中的主類指A、B、C 類，邊界指的網絡地址不同的邊界路由器。圖4 中R4 和R2 為邊界路由器，它們會對外發布匯總路由。 其 中，R4 將192.168.1.0/26、192.168.1.64/26、192.168.1.192/26 這三個子網匯聚為192.168.1.0/24 后發布給R1，R2 將子網192.168.1.128/26 也匯聚為192.168.1.0/24 后發布給R1，所以R1 的路由表中關于目標網絡192.168.1.0/24 的路由信息有兩條，且跳數都為1。

圖6 R1的路由表

三臺PC ping192.168.3.1 和192.168.2.2 時為什么出現兩通兩不通現象呢？因為，RIP 協議中出現等價路由時會自動進行負載均衡[5]。于是，兩個分組經R4轉發出去，另兩個分組經R1 轉發出去。具體來說原因如下：ping 命令是測試網絡雙向連通性的，發出的每個分組包括一個ICMP 回送請求報文和一個ICMP 回送應答報文[6]。以PC1ping192.168.3.1 為例，PC1 發出的所有請求報文均能到達，但是R1 的端口F0/1（ip 地址192.168.3.1）在發出應答報文時目標地址為PC1 的IP地址192.168.1.2，此時查找R1 的路由表，出現了兩條到達192.168.1.0/24 的等價路由，于是一半經192.168.3.2（R4 的F0/0 端口）轉發的報文順利到達PC1，而另外一半經192.168.2.1（R2 的F0/1 端口）轉發的報文則無法到達PC1。

PC1 和PC2 ping192.168.2.1 不通的原因在于R2的路由表里沒有到達子網 192.168.1.0/26 和192.168.1.192/26（PC1 和PC2 所在網絡）的路由信息，如圖7 所示，故所有應答報文無法到達。R2 的路由表中沒有到達網絡192.168.1.0/26 和192.168.1.192/26 的路由表項的原因是路由器默認設置水平分割，其自己發布給R1 的匯總路由192.168.1.0/24 不會再被R1 交換回來。PC3ping192.168.3.2 不通的原因同樣的道理，因為R4 里沒有到子網192.168.1.128/26（P3 所在網絡）的路由信息，ICMP 應答報文無法到達PC3，同樣是由于水平分割原則下，R4 將子網路由表項匯總為192.168.1.0/24 后發布給R1，R1 不會再把該路由表項交換回去給R4。

圖7 R2的路由表

通過步驟二中故障點的原因分析，學生應該能深刻認識到自動匯總路由在子網不連續時帶來的麻煩。并意識到問題出在兩個主類邊界路由器自動匯總路由上。

在改進步驟三中，啟發學生關閉主類邊界路由器R4 和R2 上的自動匯總。當關閉自動匯總后，按照RIP 協議的基本原理，相鄰路由器之間交換路由表，于是四臺路由器的路由表里都有了所有七個網絡的路由信息。此時，所有PC 可以相互ping 通，網絡連通。

4 結語

學生通過RIP 協議傳統實驗方案可以學習到RIPv1、RIPv2 的基本配置方法，體會RIP 協議的簡單有效性。但是，要深層次理解并掌握RIPv2 協議在包含子網劃分的網絡中的高效應用，傳統方案遠遠不夠。本文設計的改進實驗方案，首先可以回顧IP 子網劃分方法在實際組網中的應用。其次，以提出問題、解決問題的探究式學習方法，使學生深刻感受RIPv2 在連續子網和不連續子網中配置時其默認自動匯總（聚合）路由帶來的利弊，從而在工程應用中熟練高效地應用路由匯總功能。最后，通過改進實驗教學方案，啟發學生提煉總結出RIPv2 能否進行有效的路由匯總、匯總效率如何，都跟網絡結構中IP 地址網段的分配部署有密切聯系。IP 地址的部署越連續而有條理，路由匯總越容易亦越有效，故而應重視體系化編址。本實驗方案應用在實驗教學中，學生學習積極性大幅度提高，普遍反映學習效果明顯，并在相關實驗課程教學中被多位教師借鑒推廣，教學效果良好。