基于GNS3的計算機網絡RIP協議的實驗教學研究

肖 濤,何懷文,程 東

(電子科技大學 中山學院，廣東 中山 528402)

基于GNS3的計算機網絡RIP協議的實驗教學研究

肖 濤,何懷文,程 東

(電子科技大學 中山學院，廣東 中山 528402)

動態路由協議(RIP)是計算機網絡基礎教學的難點和重點，而GNS3是一款優秀的具有圖形化界面可以運行于多平臺的網絡虛擬軟件。通過GNS3在原理與概念抽象以及實踐性很強的計算機網絡教學中的應用，同時結合Wireshark軟件的強大數據包分析功能，對RIP協議的原理和應用進行深入研究分析和試驗，已經收到了良好的教學效果。

動態路由協議；計算機網絡；虛擬軟件；實驗教學

1 GNS3簡介

GNS3是一款可以模擬復雜網絡、具有圖形化界面、可以運行在多平臺的優秀網絡虛擬軟件[1]。Cisco網絡設備管理員或想要通過CCNA、CCNP、CCIE等Cisco認證考試的相關人士可以通過它來完成相關的實驗模擬操作。同時，它也可以用于虛擬體驗Cisco網際操作系統IOS或者是檢驗將要在真實的路由器上部署實施的相關配置。目前，GNS3的最新版本為GNS3.0.8.4。功能上,GNS3可以在普通PC上模仿Cisco的思科路由器(1700/2600/3600/3700/7200系列)、以太網交換機、思科防火墻(PIX)、自適應安全設備(ASA)、入侵檢測與防御 (IDS/IPS)系統、Juniper路由器、ATM交換機、幀中繼交換機、Qemn虛擬主機等[2]。就像真實的路由器、交換機等設備一樣，我們可以在一臺PC機上模擬多臺路由器，可以將它們連接成虛擬網絡，可以可視化地設計實驗網絡拓撲，直接利用GNS3完成相關的模擬實驗，為學生提供一個非常接近真實的實驗環境，解決硬件設備的不足。同時，GNS3軟件還可以和附帶的Wireshark抓包軟件結合使用，在實驗過程中捕捉協議發出的各種數據包，進行解析，不僅可以使學生熟悉網絡設備的實際配置，而且可以通過對數據包的分析，深入了解協議的工作原理。這極大地提高了實驗的效率與學生學習網絡知識的積極性，也培養了學生的創造能力和解決實際問題的能力[2]。

2 動態路由協議介紹

路由信息協議(routing information protocol，RIP)是使用最廣泛和最早的距離矢量路由協議[3]。由Xerox在20世紀70年代開發，最初定義在RFC1058中。RIP用兩種數據包傳輸更新：更新和請求，每個有RIP功能的路由器在默認情況下，每隔30 s利用UDP520端口向與它直連的網絡鄰居廣播(RIPv1)或組播(RIPv2)路由更新。因此，路由器不知道網絡的全局情況，如果路由更新在網絡上傳播慢，將會導致網絡收斂慢，造成路由環路。RIP采用水平分割、毒性逆轉、定義最大跳數、閃式更新和抑制計時等五種機制來避免路由環路[4]。

RIP協議分為版本1和版本2 。不論是版本1還是版本2，都具備下面的特征：是距離向量路由協議；使用跳數(hop count)作為度量值；默認路由更新周期為130 s；管理距離(AD)為120；支持觸發更新；最大跳數為150跳；支持等價路徑，默認4條，最大6條；使用UDP520端口進行路由更新[4]。

RIPv1和RIPv2的消息格式分別見表1和表2。

表1 RIPv1消息的格式

表2 RIPv2消息的格式

3 GNS3在RIP協議實驗教學中的應用

在RIP協議的教學中，學生反映比較困難的知識點主要是RIPv1和v2兩個版本消息格式的區別和消息的具體含義。下面我們就來看看如何通過GNS來設計RIP協議的實驗教學，幫助學生理解RIP協議的困難知識點。

3.1 實驗拓撲

按圖1所示在GNS中搭好拓撲圖，我們假設所有路由器的接口IP地址都已按圖1所示配置好。

圖1 RIP協議實驗拓撲圖

3.2 RIPv1配置和要點

我們開始配置路由器R1,R2,R3上的RIPv1路由協議。

步驟1：配置路由器R1

R1(config)#router rip

R1(config-router)#version 1

R1(config-router)#network1.0.0.0

R1(config-router)#network 172.16.0.0

步驟2：配置路由器R2

R2(config)#router rip

R2(config-router)#version1

R2(config-router)#network 172.16.0.0

步驟3：配置路由器R3

R3(config)#router rip

R3(config-router)#version 1

R3(config-router)#network 172.16.0.0

R3(config-router)#network4.0.0.0

配置完之后，查看路由器R1的路由表,如圖2所示。

R1#sh ip route

圖2 R1的路由表

由圖2可以發現，R1學到了4.0.0.0/8和172.16.23.0/8兩條路由。

然后，我們通過嵌入GNS的Wireshark抓取R1的S0/0接口的RIPv1協議包，可以看到RIP協議的格式如圖3所示。

圖3 RIPv1消息格式

我們通過表3來從左至右逐一介紹圖3中加亮的十六進制字節的含義。

表3 R1中 RIPv1中路由條目的格式解析

從表3可以看到，RIPv1的消息中，網絡地址4.0.0.0和172.16.23.0是不帶掩碼/8和/24的。

3.3 RIPv2配置

我們將路由器R1,R2,R3的RIP協議版本改為version 2。

步驟1：配置路由器R1

R1(config)#router rip

R1(config-router)#version2

步驟2：配置路由器R2

R2(config)#router rip

R2(config-router)#version2

步驟3：配置路由器R3

R3(config)#router rip

R3(config-router)#version2

配置完之后，查看路由器R1的路由表，可以看到與圖2所示的結果。

我們通過嵌入GNS的Wireshark抓取R1的S0/0接口的RIPv2協議包，可以看到RIP協議的格式如圖4所示。

圖4 RIPv2消息格式

我們通過表4來從左至右逐一介紹加亮的十六進制字節的含義。

表4 R1中RIPv2中路由條目的格式解析

從表4可以看到，RIPv2的消息中，網絡地址4.0.0.0和172.16.23.0是帶掩碼/8和/24的。如果下一跳地址此字段被設為全零 (0.0.0.0)，則發送方路由器的接口地址(172.16.12.2)便是最佳的下一跳地址。

4 結束語

綜上所述，利用GNS3構建網絡教學實驗平臺，在資金有限及真實實訓環節存在不足的情況下，為教師的教和學生的學提供了一個很好的平臺。GNS3基于虛擬機仿真網絡設備的先進設計理念，使得學生可以將課堂獲得的網絡實踐技能迅速地轉移到工作中真實的網絡設備中。而附帶的Wireshark強大的協議分析功能使學生能夠深入理解網絡協議的工作原理和具體細節，可以拓展學生網絡知識的深度。我們相信，GNS3必將在未來的網絡虛擬實驗平臺建設中發揮重要作用。

[1]劉明志. 利用GNS3構建IPv6網絡實驗教學平臺[J]. 福建電腦，2012(9)：135-137.

[2]劉超，張品. 基于GNS3與Wireshark虛樅路由交換實驗平臺的搭建[J]. 教育研究，2013(4)：52-53.

[3]謝希仁．計算機網絡[M]．5版.北京：電子工業出版社，2008．

[4]梁廣民，王隆杰．CCNP(路由技術)實驗指南[M]．北京：電子工業出版社，2012．

Experiment Teaching Research Based on GNS3 in RIP Protocol of Computer Network

XIAO Tao,HE Huaiwen,CHENG Dong

(Zhongshan Institute，University Electronic Science and Technology of China，Zhongshan 528402，China)

Dynamic routing protocol is the difficulty and focus in the teaching of computer network infrastructure. The GNS3 is excellent and graphical network virtualization software operating in multi-platform network virtualization software. By GNS3 application in strong conceptual and practical computer network course teaching, and by combining with powerful Wireshark (data package analysis software), RIP protocol was studied in-depth in principle and application. We received a good teaching effect and teaching evaluation.

dynamic routing protocol; computer network;virtualization software; experiment teaching

2014-02-05；修改日期: 2014-03-06

廣東省自然科學基金資助項目(S2012040011 123)；電子科技大學中山學院教改基金資助項目(ZLGC2012 JC02)。

肖 濤(1973-),男,碩士,實驗師,研究方向: 網絡管理、網絡安全、網絡性能優化、云計算及其應用。

G434；TP393；G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.016