两种动态路由协议分析及其实验设计与仿真

付承彪, 田安红

(曲靖师范学院 信息工程学院, 云南 曲靖　655011)



两种动态路由协议分析及其实验设计与仿真

付承彪, 田安红

(曲靖师范学院 信息工程学院, 云南 曲靖655011)

分别阐述了RIP和OSPF两种动态路由协议的工作原理和报文格式,并利用模拟软件设计了两种动态路由协议实验方案,即RIP动态路由实验和OSPF动态路由实验。分析了路由器和PC机的端口IP配置,以及RIP和OSPF路由协议配置命令。实验结果表明,所组建的RIP动态路由实验和OSPF动态路由实验方案可行,这种实验教学方式加深了学生对于动态路由协议的理解。

动态路由协议； 虚拟仿真；RIP；OSPF

路由是指通过相互连接的网络寻找最佳路径,把信息从源节点传输到目标节点的过程[1]。路由选择的关键在于路由协议,协议分为静态路由协议和动态路由协议[2]。静态路由安全可靠,由管理员手动配置网络,但不会因网络拓扑结构的改变而更新已有的路由表信息[3-4],因而常用于小规模网络环境；动态路由可以实时适应网络拓扑结构的变化[5-6],自动刷新路由表信息,常用在大规模和复杂的网络中。

路由协议被广泛应用在实际的组网中,在计算机网络的互联中起着至关重要的作用。在传统的路由协议实践教学中,由于组网技术涉及的终端设备数量多,需要进行大量的网线连接操作,而实验室缺乏足够的设备,因而实验效果并不理想[7]。笔者尝试在路由协议的教学中引入CiscoPacketTracer虚拟网络技术,模拟真实设备环境,让学生按照所设计的网络拓扑结构进行网络配置和故障排除实验。该软件没有终端设备数量限制,能够很好地辅助计算机网络课程的教学。

1　RIP路由协议原理

依据自治系统(autonomoussystem,AS)的定义,因特网中路由协议分为内部网关协议(interiorgatewayprotocol,IGP)和外部网关协议(externalgatewayprotocol,EGP)。目前广泛使用的外部网关协议为BGP-4协议,内部网关协议为RIP和OSPF协议。

1.1RIP距离向量算法

路由信息协议(routinginformationprotocols,RIP)是距离向量协议。RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器,即“距离”等于16时相当于不可达,因此,RIP适用于小型网络中。RIP的距离向量算法基础是Bellman-Ford算法。RIP协议工作过程为[8]:启动RIP时,通过广播形式向相邻路由器发送请求报文信息；路由器收到响应报文后更新路由表,并把更新的路由表发送给相邻路由器；RIP每隔30s向相邻路由器广播本地路由表。对每一个相邻路由器发送过来的RIP报文[9],RIP距离向量算法的具体步骤如下。

(1) 对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文,先修改此RIP报文中的所有项目:把“下一跳”字段中的地址都改为X,并把所有的“距离”字段的值加1。每一个项目都有3个关键数据,即:到目的网络N,距离是d,下一跳路由器是X。

(2) 对修改后的RIP报文中的每一个项目,重复以下步骤。①若原来的路由表中没有目的网络N,则把该项目加到路由表中；②否则(即在路由表中有目的网络N,这时就再查看下一跳路由器地址)，若下一跳路由器地址是X,则把收到的项目替换原路由表中的项目，否则(即这个项目是:到目的网络N,但下一跳路由器不是X)，若收到项目中的距离d小于路由表中的距离,则进行更新，否则什么也不做。

(3) 若3min还没有收到相邻路由器的更新路由表,则把此相邻路由器记为不可达路由器,即将距离置为16(距离为16表示不可达)。

(4) 返回。

1.2RIP协议的报文格式

RIP有RIP1和RIP2版本,RIP2支持变长子网掩码和无分类域间路由(CIDR),提供简单的鉴别过程和支持多播。图1为RIP2的报文格式。

图1　RIP2的报文格式

从图1可以看出,RIP报文由首部和路由部分组成,RIP协议使用UDP进行传送,首部占4个字节,命令字段指出报文的意义,如“1”表示请求路由信息,“2”表示对请求路由信息的响应或未被请求而发出的路由更新报文。RIP2报文中的路由部分由若干个路由信息组成,每个路由信息需要用20个字节,地址族标识符字段用来标识所使用的地址协议,路由标记填入自治系统号,一个RIP报文最多可包括25个路由。

RIP协议具有“好消息”传播得快,而“坏消息”传播得慢的特点,RIP协议最大优点是实现简单,开销小,但它的最大使用距离为15,限制了网络的规模。

2　OSPF路由协议原理

开放式最短路径优先(openshortestpathfirst,OSPF)协议使用Dijkstra提出的最短路径算法SPF,具有安全性高、收敛快[10-11]、支持可变长子网掩码、可扩展性好等优点。OSPF协议是基于链路状态协议,主要特点是利用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息,发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态；只有链路状态变化时,路由器才向所有的路由器用洪泛法发送此信息。OSPF的主要优点是更新过程收敛快,它将一个自治系统再划分为若干个更小的区域范围[12-13],其好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统,这就减少了整个网络上的通信量。OSPF划分为两种不同的区域如图2所示,OSPF的报文格式如图3所示,OSPF的基本操作如图4所示。

图2　OSPF划分为两种不同的区域

图3　OSPF的报文格式

图4　OSPF的基本操作

3　实验设计——RIP动态路由实验

RIP协议和OSPF协议都是被广泛应用的动态路由协议,要求学生重点掌握。RIP实验目的是:(1)学生通过设计并配置实验拓扑结构图来理解RIP路由协议的工作原理；(2)掌握RIPV2在路由器上的配置过程。

实验拓扑结构如图5所示,实验设备IP地址信息如表1所示。实验设备包含3台型号为Router-PT的路由器、3台主机、交叉线和串口线。在本实验中,子网掩码均为255.255.255.0,共有6个不同网段。

图5　实验拓扑结构图

设备端口/主机IP地址网络号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

本实验首先依据图5配置3台主机的IP地址信息,然后配置3个路由器的IP信息,最后在路由器上配置RIP进行实验。实验步骤如下:

3.1路由器IP地址配置

由图5和表1可知,3个路由器均有3个接口,以Router0路由器为例,关键的配置过程如下。

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协议的配置过程为:开启RIP路由协议进程、申请本路由器参与RIP协议的直连网段信息、指定RIP协议的版本2、关闭自动汇总。本实验的关键配置过程如下:

Router0上配置RIP动态路由

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动态路由

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动态路由

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协议配置成功后,以Router0路由为例,showiproute信息如图6所示。

图6 　RIP配置显示的show ip route信息

从图6中Router0的路由信息看出,R表示RIP协议,代表RIP协议配置成功。与Router0相连的3个网段200.200.10.0/24,200.200.30.0/24,200.200.40.0/24为connected连接,与Router0非相连的3个网络200.200.20.0/24,200.200.50.0/24,200.200.60.0/24为RIP连接。

3.3结果验证

本实验按照拓扑结构图完成RIP配置后,能实现不同网段的互联互通。以笔记本Laptop0为例,IP地址为200.200.50.11,验证它与3个非直连网络的连通性,即利用Laptop0笔记本ping200.200.60.11,ping200.200.30.2,ping200.200.40.11,结果均能得到正确的应答信息,表明所有网络互联互通。如果没有ping通,则从主机配置和连接线等方面进行查找。

4　实验设计——OSPF动态路由实验

OSPF实验目的为:(1)通过设计并配置实验拓扑结构图来理解OSPF路由协议的工作原理；(2)掌握OSPF在路由器上的配置过程。

实验拓扑结构如图7所示,实验设备包括2台路由器、2台主机、交叉线和串口线。实验步骤如下。

图7　OSPF实验拓扑

4.1路由器IP地址配置

由图7可知,2个路由器均有2个接口,以Router0为例,关键的配置过程如下:

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地址配置为:

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协议的配置过程为:开启OSPF路由协议进程,申请直连网络信息,分配区域号。本实验的关键配置过程如下所示。

Router0上配置OSPF动态路由:

R0(config)#routerospf1

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

Router1上配置OSPF动态路由:

R1(config)#routerospf1

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

OSPF协议配置成功后,以Router0路由为例,showiproute信息如图8所示。

图8　OSPF配置显示的show ip route信息

从showiproute的路由信息看出,O表示OSPF协议,代表OSPF协议配置成功,与Router0相连的两个网段192.168.1.0/24,192.168.2.0/24为connected连接,与Router0非相连的一个网络192.168.3.0/24为OSPF连接。

4.3结果验证

本实验按照拓扑结构图完成OSPF配置后,能实现不同网段的互联互通。以台式机PC0为例,IP地址为192.168.1.10,验证它与非直连网络的连通性,即利用PC0来ping192.168.3.30,结果能得到正确的应答信息,表明网络互联互通。

5　结语

基于仿真软件组建了RIP路由协议和OSPF路由协议实验,要求学生自行设计网络拓扑图,并分析路由器的端口地址和配置命令,验证实验目标。测试结果表明组建的路由协议实验可行,同时通过引入该模拟仿真器,提供与真实网络设备一样的实体环境配置,平衡了教学与实践的矛盾,巩固了学生的理论知识,培养了学生分析问题和解决问题的能力,为学生将来进入实际工作岗位工作奠定了基础。

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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

云南省科技厅青年项目(2014FD048)

付承彪(1982—),男,云南宣威,硕士,讲师,主要研究方向为计算机网络、物联网和嵌入式系统.

E-mail：tahfu841023@163.com

TP393.03

A

1002-4956(2016)7-0140-05