RIP 协议实验教学设计

张春玉

（1.西藏民族大学信息工程学院，咸阳712082；2.西藏光信息处理与可视化技术重点实验室，咸阳712082）

0 引言

实验课程作为高校专业课程实践教学的重要方式之一，对培养学生的工程实践和技术创新能力至关重要。组网技术作为计算机科学与技术、网络工程、通信工程、网络安全等专业的重要实践课程，其实验教学方案设计的好坏，关系能否帮助学生更好的理解掌握计算机网络基本原理，能否牢固地掌握网络开发实践和规划设计的基本方法，甚至关系是否能激发学生积极思考、主动探究专业知识并培养专业自豪感等情感目标培养的问题。

路由技术是当前网络工程中应用最普遍的技术之一[1]，是计网络技术的重点内容。RIP（Routing Information Protocols，路由信息协议，也称为路由选择协议）是应用较早、使用较普遍的内部网管协议，适用于小型同类网络，是典型的距离矢量协议[2]。实验教学中发现，学生对RIP 协议中路由汇总技术的理解和实践存在较大瓶颈。本文针对这一问题改进了传统的RIP 协议实验方案，包括RIPv1、RIPv2 的基本配置方法、子网划分、路由汇总等技术要点，通过设置故障配置点，促使学生发现问题、解决问题、总结知识点。该教学设计在实际教学应用中使用多年，极大地激发了学生学习兴趣，收到了较好的教学效果。

1 RIP协议传统实验方案

在大多数网络实践教程中，RIP 协议实验拓扑如图1 所示。要求按拓扑结构配置PC 的IP 地址、掩码、网关，并在两台路由器上配置RIPv1 或RIPv2 协议实现三个网络的互通及PC 的互通。完成以上要求，学生可以掌握RIPv1、RIPv2 的基本配置方法，验证RIP 协议的简单、有效性。

图1 RIP路由传统实验拓扑

但是，实验至此，学生并未掌握RIP 协议中路由汇总这一知识难点。RIPv1 是有类别路由协议总是使用自动汇总，而RIPv2 默认启用自动汇总功能，可以禁用自动汇总。这些理论大多数教材都会讲到，教师仅仅理论讲解远远不够，学生很难扎实掌握，灵活运用。为了使学生深刻认识到自动汇总时的网络配置要点，从而全面扎实掌握RIP 协议，本文将实验做如下改进。

2 RIP实验改进设计方案

步骤一：如图2 所示，增加两台路由器R3、R4（或两台三层交换机当作路由器使用），把192.168.1.0/24划分成四个子网（子网1～子网4），并和192.168.2.0/24、192.168.3.0/24 一起配置成七个网络（连续子网）。然后在四台路由器上配置RIPv2 协议使网络互通。要求192.168.1.0/24 划分成的四个子网是连续的。实验报告设计时，在图2 中，把192.168.1.0/24 划分成的四个子网及地址分配留白，如图3 所示。要求学生自己划分子网并分配地址，然后标注在实验报告的图3 空白处（下划线上）。

图2 连续子网的RIP实验拓扑

图3 连续子网的RIP实验拓扑（子网划分留白）

步骤二：如图4 所示，调整配置为下图的非连续子网，路由器保持默认设置的自动汇总。要求学生测试PC 之间的连通情况，其中，PC1 依次ping 到PC3 的路径上的IP 地址，查看其连通情况。如果不通，找到出问题的位置，查看路由器的路由表并分析原因。

图4 非连续子网拓扑

步骤三：接上一步，在相关路由器上取消自动汇总，查看各个路由器的路由表，并测试网络连通性。

3 改进实验结果与分析

在第2 节的改进实验步骤一中，实现了RIPv2 协议在连续子网中的配置。首先，该步骤的实验设计促使学生回顾IP 子网划分知识点，并能在组网工程中灵活运用。其次，由于RIPv2 默认开启自动汇总，所以配置完成后，学生通过查看四台路由器的路由表，能明确的看到R2 的路由表中出现了经主类边界路由器R1的端口F0/0（192.168.2.2）转发来的路由汇总（聚合）结果，即出现了192.168.1.0/24 的路由表项，如图5 所示。此时，自动汇总能使路由器中的路由表项更简洁，从而缩短了查找路由的时间，提高查找路由的效率[3]。

图5 R2的路由表

改进实验步骤二实现了非连续子网中RIPv2 协议的配置，学生在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 时出现异常，此时ping命令发出的四个分组中两个到达，另外两个丢失，也就是说出现两通两不通的现象。再ping192.168.2.1 时则完全不通。其他两台PC ping192.168.3.1 和192.168.2.2 时也出现同样的两通两不通现象。

显然，问题出在路由器R1 上，查看R1 的路由表如图6 所示，出现了两条关于192.168.1.0/24 的路由信息，跳数都为1，称为等价路由[4]。这两条等价路由一条是R4 发布的，另一条是R2 发布的。深入分析其原因如下：RIPv2 默认开启路由自动汇总，并且自动汇总协议只在主类网络边界进行。主类网络边界中的主类指A、B、C 类，边界指的网络地址不同的边界路由器。图4 中R4 和R2 为边界路由器，它们会对外发布汇总路由。 其 中，R4 将192.168.1.0/26、192.168.1.64/26、192.168.1.192/26 这三个子网汇聚为192.168.1.0/24 后发布给R1，R2 将子网192.168.1.128/26 也汇聚为192.168.1.0/24 后发布给R1，所以R1 的路由表中关于目标网络192.168.1.0/24 的路由信息有两条，且跳数都为1。

图6 R1的路由表

三台PC ping192.168.3.1 和192.168.2.2 时为什么出现两通两不通现象呢？因为，RIP 协议中出现等价路由时会自动进行负载均衡[5]。于是，两个分组经R4转发出去，另两个分组经R1 转发出去。具体来说原因如下：ping 命令是测试网络双向连通性的，发出的每个分组包括一个ICMP 回送请求报文和一个ICMP 回送应答报文[6]。以PC1ping192.168.3.1 为例，PC1 发出的所有请求报文均能到达，但是R1 的端口F0/1（ip 地址192.168.3.1）在发出应答报文时目标地址为PC1 的IP地址192.168.1.2，此时查找R1 的路由表，出现了两条到达192.168.1.0/24 的等价路由，于是一半经192.168.3.2（R4 的F0/0 端口）转发的报文顺利到达PC1，而另外一半经192.168.2.1（R2 的F0/1 端口）转发的报文则无法到达PC1。

PC1 和PC2 ping192.168.2.1 不通的原因在于R2的路由表里没有到达子网 192.168.1.0/26 和192.168.1.192/26（PC1 和PC2 所在网络）的路由信息，如图7 所示，故所有应答报文无法到达。R2 的路由表中没有到达网络192.168.1.0/26 和192.168.1.192/26 的路由表项的原因是路由器默认设置水平分割，其自己发布给R1 的汇总路由192.168.1.0/24 不会再被R1 交换回来。PC3ping192.168.3.2 不通的原因同样的道理，因为R4 里没有到子网192.168.1.128/26（P3 所在网络）的路由信息，ICMP 应答报文无法到达PC3，同样是由于水平分割原则下，R4 将子网路由表项汇总为192.168.1.0/24 后发布给R1，R1 不会再把该路由表项交换回去给R4。

图7 R2的路由表

通过步骤二中故障点的原因分析，学生应该能深刻认识到自动汇总路由在子网不连续时带来的麻烦。并意识到问题出在两个主类边界路由器自动汇总路由上。

在改进步骤三中，启发学生关闭主类边界路由器R4 和R2 上的自动汇总。当关闭自动汇总后，按照RIP 协议的基本原理，相邻路由器之间交换路由表，于是四台路由器的路由表里都有了所有七个网络的路由信息。此时，所有PC 可以相互ping 通，网络连通。

4 结语

学生通过RIP 协议传统实验方案可以学习到RIPv1、RIPv2 的基本配置方法，体会RIP 协议的简单有效性。但是，要深层次理解并掌握RIPv2 协议在包含子网划分的网络中的高效应用，传统方案远远不够。本文设计的改进实验方案，首先可以回顾IP 子网划分方法在实际组网中的应用。其次，以提出问题、解决问题的探究式学习方法，使学生深刻感受RIPv2 在连续子网和不连续子网中配置时其默认自动汇总（聚合）路由带来的利弊，从而在工程应用中熟练高效地应用路由汇总功能。最后，通过改进实验教学方案，启发学生提炼总结出RIPv2 能否进行有效的路由汇总、汇总效率如何，都跟网络结构中IP 地址网段的分配部署有密切联系。IP 地址的部署越连续而有条理，路由汇总越容易亦越有效，故而应重视体系化编址。本实验方案应用在实验教学中，学生学习积极性大幅度提高，普遍反映学习效果明显，并在相关实验课程教学中被多位教师借鉴推广，教学效果良好。