肖 濤,何懷文,程 東

(電子科技大學(xué) 中山學(xué)院，廣東 中山 528402)

基于GNS3的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)RIP協(xié)議的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

肖 濤,何懷文,程 東

(電子科技大學(xué) 中山學(xué)院，廣東 中山 528402)

動(dòng)態(tài)路由協(xié)議(RIP)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，而GNS3是一款優(yōu)秀的具有圖形化界面可以運(yùn)行于多平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件。通過(guò)GNS3在原理與概念抽象以及實(shí)踐性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合Wireshark軟件的強(qiáng)大數(shù)據(jù)包分析功能，對(duì)RIP協(xié)議的原理和應(yīng)用進(jìn)行深入研究分析和試驗(yàn)，已經(jīng)收到了良好的教學(xué)效果。

動(dòng)態(tài)路由協(xié)議；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；虛擬軟件；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 GNS3簡(jiǎn)介

GNS3是一款可以模擬復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、具有圖形化界面、可以運(yùn)行在多平臺(tái)的優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)虛擬軟件[1]。Cisco網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理員或想要通過(guò)CCNA、CCNP、CCIE等Cisco認(rèn)證考試的相關(guān)人士可以通過(guò)它來(lái)完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作。同時(shí)，它也可以用于虛擬體驗(yàn)Cisco網(wǎng)際操作系統(tǒng)IOS或者是檢驗(yàn)將要在真實(shí)的路由器上部署實(shí)施的相關(guān)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(wǎng)交換機(jī)、思科防火墻(PIX)、自適應(yīng)安全設(shè)備(ASA)、入侵檢測(cè)與防御 (IDS/IPS)系統(tǒng)、Juniper路由器、ATM交換機(jī)、幀中繼交換機(jī)、Qemn虛擬主機(jī)等[2]。就像真實(shí)的路由器、交換機(jī)等設(shè)備一樣，我們可以在一臺(tái)PC機(jī)上模擬多臺(tái)路由器，可以將它們連接成虛擬網(wǎng)絡(luò)，可以可視化地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，直接利用GNS3完成相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供一個(gè)非常接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，解決硬件設(shè)備的不足。同時(shí)，GNS3軟件還可以和附帶的Wireshark抓包軟件結(jié)合使用，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中捕捉協(xié)議發(fā)出的各種數(shù)據(jù)包，進(jìn)行解析，不僅可以使學(xué)生熟悉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)際配置，而且可以通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)包的分析，深入了解協(xié)議的工作原理。這極大地提高了實(shí)驗(yàn)的效率與學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的積極性，也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力[2]。

2 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議介紹

路由信息協(xié)議(routing information protocol，RIP)是使用最廣泛和最早的距離矢量路由協(xié)議[3]。由Xerox在20世紀(jì)70年代開發(fā)，最初定義在RFC1058中。RIP用兩種數(shù)據(jù)包傳輸更新：更新和請(qǐng)求，每個(gè)有RIP功能的路由器在默認(rèn)情況下，每隔30 s利用UDP520端口向與它直連的網(wǎng)絡(luò)鄰居廣播(RIPv1)或組播(RIPv2)路由更新。因此，路由器不知道網(wǎng)絡(luò)的全局情況，如果路由更新在網(wǎng)絡(luò)上傳播慢，將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)收斂慢，造成路由環(huán)路。RIP采用水平分割、毒性逆轉(zhuǎn)、定義最大跳數(shù)、閃式更新和抑制計(jì)時(shí)等五種機(jī)制來(lái)避免路由環(huán)路[4]。

RIP協(xié)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(xié)議；使用跳數(shù)(hop count)作為度量值；默認(rèn)路由更新周期為130 s；管理距離(AD)為120；支持觸發(fā)更新；最大跳數(shù)為150跳；支持等價(jià)路徑，默認(rèn)4條，最大6條；使用UDP520端口進(jìn)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(xié)議實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在RIP協(xié)議的教學(xué)中，學(xué)生反映比較困難的知識(shí)點(diǎn)主要是RIPv1和v2兩個(gè)版本消息格式的區(qū)別和消息的具體含義。下面我們就來(lái)看看如何通過(guò)GNS來(lái)設(shè)計(jì)RIP協(xié)議的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生理解RIP協(xié)議的困難知識(shí)點(diǎn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)拓?fù)?/p>

按圖1所示在GNS中搭好拓?fù)鋱D，我們假設(shè)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(xié)議實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D

3.2 RIPv1配置和要點(diǎn)

我們開始配置路由器R1,R2,R3上的RIPv1路由協(xié)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(fā)現(xiàn)，R1學(xué)到了4.0.0.0/8和172.16.23.0/8兩條路由。

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

圖3 RIPv1消息格式

我們通過(guò)表3來(lái)從左至右逐一介紹圖3中加亮的十六進(jìn)制字節(jié)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(wǎng)絡(luò)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(xié)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(jié)果。

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

圖4 RIPv2消息格式

我們通過(guò)表4來(lái)從左至右逐一介紹加亮的十六進(jìn)制字節(jié)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(wǎng)絡(luò)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(shè)為全零 (0.0.0.0)，則發(fā)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(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用GNS3構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在資金有限及真實(shí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)存在不足的情況下，為教師的教和學(xué)生的學(xué)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。GNS3基于虛擬機(jī)仿真網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，使得學(xué)生可以將課堂獲得的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐技能迅速地轉(zhuǎn)移到工作中真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。而附帶的Wireshark強(qiáng)大的協(xié)議分析功能使學(xué)生能夠深入理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理和具體細(xì)節(jié)，可以拓展學(xué)生網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的深度。我們相信，GNS3必將在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

[1]劉明志. 利用GNS3構(gòu)建IPv6網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建[J]. 教育研究，2013(4)：52-53.

[3]謝希仁．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]．5版.北京：電子工業(yè)出版社，2008．

[4]梁廣民，王隆杰．CCNP(路由技術(shù))實(shí)驗(yàn)指南[M]．北京：電子工業(yè)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(xué)基金資助項(xiàng)目(S2012040011 123)；電子科技大學(xué)中山學(xué)院教改基金資助項(xiàng)目(ZLGC2012 JC02)。

肖 濤(1973-),男,碩士,實(shí)驗(yàn)師,研究方向: 網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化、云計(jì)算及其應(yīng)用。

G434；TP393；G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.016