RIP協(xié)議的研究與仿真

寧博

（西安郵電大學 國有資產(chǎn)管理處，陜西 西安 710121）

RIP協(xié)議的研究與仿真

寧博

（西安郵電大學 國有資產(chǎn)管理處，陜西 西安 710121）

為了解決小型網(wǎng)絡中自治系統(tǒng)內部路由信息的傳遞，采用了基于距離向量的路由選擇協(xié)議RIP。通過對RIP協(xié)議的特點、工作原理、報文格式等內容進行深入研究，充分對比了RIPv1、RIPv2的異同，提出了一種典型的實驗網(wǎng)絡模型。在GNS3平臺上，搭建了仿真的網(wǎng)絡環(huán)境，配置了路由器和計算機，對設計的網(wǎng)絡模型成功實現(xiàn)了仿真。仿真結果驗證了RIP協(xié)議的實現(xiàn)方法，為RIP協(xié)議在實際網(wǎng)絡中的正確部署提供了參考。

路由信息協(xié)議；內部網(wǎng)關協(xié)議；度量；GNS3；仿真

路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol，RIP）是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。它屬于內部網(wǎng)關協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP），適用于小型自治系統(tǒng)（AS）內的路由信息的傳遞[1]。RIP協(xié)議使用較早，技術較為成熟，所占帶寬開銷小，易于配置、管理和實現(xiàn)，廣泛應用于中小型網(wǎng)絡中。

在對RIP協(xié)議分析研究的基礎上，設計了一種實驗網(wǎng)絡模型，并用GNS3軟件進行了仿真，比較了RIPv1、RIPv2的不同。

1 RIP協(xié)議

1.1 概 述

RIP協(xié)議比較簡單，容易實現(xiàn)，在網(wǎng)絡拓撲比較穩(wěn)定時，其工作特性比較理想。其缺點是，網(wǎng)絡拓撲變化時，收斂較慢，可能出現(xiàn)路由不一致現(xiàn)象，從而引起數(shù)據(jù)包轉發(fā)混亂，另外鏈路度量方式比較簡單，不適宜在大規(guī)模的網(wǎng)絡中運行。

RIP只使用“跳數(shù)”來決定到達遠程網(wǎng)絡的最佳方式，并規(guī)定源站和目的站之間經(jīng)過的路由器最多為15個，如果路由器收到了路由更新信息，且把距離加1后等于16（意為無窮大），就認為該目的網(wǎng)絡不可達。在小型網(wǎng)絡中，RIP會運行良好，但是對于使用慢速WAN鏈接的大型網(wǎng)絡或者對于安裝有大量路由器的網(wǎng)絡來說，它的效率很低。

1.2 分 類

RIP協(xié)議分為RIPv1和RIPv2兩個版本，二者具有很多相同的功能。它們的區(qū)別在于：RIPv1是有類路由協(xié)議，該網(wǎng)絡中的所有設備必須使用相同的子網(wǎng)掩碼，RIPv1不發(fā)送帶有子網(wǎng)掩碼信息的更新數(shù)據(jù)，而RIPv2是無類路由協(xié)議，RIPv2在路由更新時攜帶子網(wǎng)信息；RIPv1不支持VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長子網(wǎng)掩碼）和CIDR（Classless Inter-Domain Routing， 無 類 別 域 間 路 由）[2]，而RIPv2支持VLSM和CIDR；RIPv1采用廣播更新，而RIPv2采用組播更新；RIPv1不提供認證，而RIPv2提供認證。

1.3 工作原理

RIP協(xié)議每30秒向相鄰路由器發(fā)送一次路由更新信息，同時監(jiān)聽來自網(wǎng)絡中的相鄰路由器的路由更新信息，從而實現(xiàn)對本地路由表的動態(tài)維護，以確保IP層發(fā)送數(shù)據(jù)時選擇正確的路由。針對路由表中某一條路由信息，如果180秒內沒有接收到新的關于它的路由更新信息，則將其標記為失效，即跳數(shù)值標記為16；再經(jīng)過120秒后，如果仍然沒有收到更新信息，則將該條失效信息刪除[3]。

RIP協(xié)議中對“距離”的定義為：從一個路由器到直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為1，從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)目加1。因此，這里的“距離”也稱為“跳數(shù)”，因為每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加1。

依據(jù)距離向量算法[4]，當網(wǎng)絡中的路由器收到相鄰路由器的一個RIP報文后，執(zhí)行如下操作：

1）先修改RIP報文中的所有條目，將“下一跳”字段中的地址都改為發(fā)出該RIP報文的路由器的地址，并將所有的“距離”字段的值加1。

2）對修改后的RIP報文中的每一個條目，重復以下步驟：若條目中的目的網(wǎng)絡不在路由表中，則將該條目添加到路由表中。

否則，若“下一跳”字段給出的路由器地址是相同的，則用收到的條目替換原路由表中的條目。

否則，若收到的條目中的距離小于路由表中條目的距離，則進行更新。

否則，什么都不做。

3）若超過3分鐘還沒有收到相鄰路由器更新路由表的信息，則將此相鄰路由器記為不可達的路由器，即將距離置為16（距離16表示不可達）。

1.4 報文格式

RIP協(xié)議運行于應用層，實現(xiàn)時RIP將作為一個系統(tǒng)長駐進程存在于路由器中，通過UDP協(xié)議520端口來進行數(shù)據(jù)包交換。RIPv1和RIPv2都使用相同的報文結構，不同的是RIPv2對其中的保留字段做了新的定義。RIP的報文結構，如圖 1 所示， 包含 Command、Version、Routing Domain、Address Family Identifier、Route Tag、IP Address、SubnetMask、Next Hop、Metric等字段。

1）Command：命令字段，用來指定報文用途，有五種命令，常用的有Request（請求）和Response（響應）兩種。其中，請求信息用來向鄰居請求發(fā)送一個更新；響應信息是對請求信息的回應，也可以是主動發(fā)送的更新。請求報文只包含一個路由表項，響應報文最多可以重復承載25個路由表項。

2）Version：版本字段，表示生成RIP報文時所使用的RIP協(xié)議的版本，即RIPv1或RIPv2。

3）Routing Domain：路由選擇域字段，路由程序依據(jù)該字段來決定路由更新信息歸屬哪個域。管理員利用這個域可以使用簡單的策略來實現(xiàn)多個并行的RIP實例。

4）Address Family Identifier：地址族標識字段，用于指明報文中所攜帶地址的類型。

5）Route Tag：路由標記字段，用來標記外部路由或重分配到RIPv2協(xié)議中的路由。

6）IP Address：IP地址字段，即路由表項中的目的地址，可以是網(wǎng)絡地址或主機地址。

7）Subnet Mask：子網(wǎng)掩碼字段。

8）Next Hop：下一跳字段，標識一個比發(fā)出該報文的路由器端口地址更近的下一跳地址。如果該字段置為全0，說明發(fā)出該報文的路由器端口地址即為最近的下一跳地址。

9）Metric：度量值字段，取值范圍為 1～16。

圖1 RIP報文結構Fig.1 Structure of RIP message

2 GNS3仿真軟件

GNS3（Graphical Network Simulator）是一款可以仿真復雜網(wǎng)絡的圖形化的網(wǎng)絡設備仿真軟件，允許在Windows、Linux和Mac OS X等系統(tǒng)上仿真Cisco的IOS，其支持的路由器平臺（1700/2600/3600/3700/7200）、防火墻平臺（PIX、ASA）、入侵檢測系統(tǒng)（IDS）的類型非常豐富，甚至還可以模擬Juniper公司的JunOS平臺[5]。通過在路由器插槽中配置NM-16ESW模塊后，GNS3還可以模擬出該模塊所支持的交換機命令[6]。

在GNS3中，所運行的是真實的IOS，能夠使用IOS所支持的所有命令和參數(shù)。它提供的虛擬環(huán)境較接近于真實的路由交換設備，不僅可以被網(wǎng)絡技術初學者用于體驗Cisco設備的配置方法，也為網(wǎng)絡技術人員提供一個網(wǎng)絡設計、規(guī)劃、配置、調試的驗證環(huán)境。

GNS3是基于Dynamips的開源免費軟件，完整版（GNS3 v0.8.5 all-in-one）中集成了多個組件：GNS3主程序、Dynamips（0.2.10）、模擬 Cisco 路由器；Qemu（0.11.0）、Pemu、Putty（v1.4.0.4 Beta）、VPCS（0.4b2）、WinPcap（4.1.3）、Wireshark（1.10.1）等。

3 RIP協(xié)議的仿真實現(xiàn)

在仿真軟件GNS3中搭建如圖2所示網(wǎng)絡，其中路由器R1～R3型號均為c3640，加載的IOS文件為C3640-IK.BIN。

圖2 網(wǎng)絡連接圖Fig.2 Network connection diagram

3.1 路由器和PC機的基本配置

1）按照表1，分別配置路由器R1～R3各端口的IP地址、子網(wǎng)掩碼等參數(shù)[7]。

表1 路由器網(wǎng)絡連接參數(shù)Tab.1 Network connection parameters of routers

2）按照表 2，分別配置 PC1～PC5的 IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關等參數(shù)。

表2 PC機網(wǎng)絡連接參數(shù)Tab.2 Network connection parameters of PCs

3.2 RIPv1配置

1）路由器R1配置[8]

4）用ping命令測試PC之間的連通性，結果表明不能保證任意兩臺PC之間的穩(wěn)定連通。

5）可以用“show ip route”查看各路由器的路由表。

3.3 RIPv2配置

1）路由器R1配置

R1（config）#router rip

R1（config-router）#version 2

R1 （config-router）#no auto-summary //禁止自動匯總功能

R1（config-router）#exit

2）按照同樣的方法，分別在路由器R2、R3上啟用RIPv2，同時禁止自動匯總功能。

3）用ping命令測試PC之間的連通性，可以看出任兩臺PC之間可以保持穩(wěn)定的連通。

4 結 論

正確連接網(wǎng)絡并完成路由器（R1～R3）、PC 機（PC1～PC5）的基本配置后，由于路由器上沒有啟用路由協(xié)議，無法實現(xiàn)任意兩臺PC之間的連通。

為路由器（R1～R3）分別配置RIPv1后，測試結果表明，仍然無法實現(xiàn)任意兩臺PC機之間的穩(wěn)定連通。用 “show ip route”命令查看各路由器的路由表，同時利用“debug ip rip”命令調試，可以發(fā)現(xiàn)如下問題：①R1、R3的路由表中均不包含到達網(wǎng)絡“192.168.0.0/16”的表項。因為RIPv1是有類路由協(xié)議，發(fā)送更新時不包含子網(wǎng)掩碼信息，并不將無類地址“192.168.0.0/16”表示的網(wǎng)絡廣播出去。②R2中存在兩條等價的到達“172.18.0.0/16”網(wǎng)絡的路由表項。因為R1發(fā)送更新時已經(jīng)自動將172.18.1.0和172.18.2.0匯總為172.18.0.0；R3發(fā)送更新時已經(jīng)自動將172.18.3.0和172.18.4.0匯總為172.18.0.0。

在路由器（R1～R3）上分別啟用無類路由協(xié)議 RIPv2，同時禁止自動匯總功能，此時能夠保證任意兩臺PC機之間的穩(wěn)定連通。

以上測試過程充分對比了RIPv1、RIPv2兩個版本的異同，加深了對RIP協(xié)議的理解。搭建的網(wǎng)絡拓撲及配置過程比較簡單，但是對于RIP協(xié)議在實際網(wǎng)絡中的部署具有一定的現(xiàn)實指導意義。

[1]Zaheer Aziz，Johnson Liu，Abe Martey， 等.IP路由協(xié)議疑難解析[M].孫余強，譯.北京：人民郵電出版社，2013.

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REN Qi，ZHOU Wen.The simulation of RIP Timer’s principle by software GNS3[J].Computer Knowledge and Technology，2012，8（6）:1336-1338，1343.

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[8]王宣政，趙婧如，劉瑛，等.計算機組網(wǎng)實驗教程[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005.

Research and simulation of RIP protocol

NING Bo
（State-owned Asset Management Department， Xi’an University of Posts and Telecommunications， Xi’an 710121， China）

In order to solve the routing information transmission in autonomous system of small network，we adopt Routing Information Protocol （RIP） based on distance vector Algorithms.In the basis of the research of the characteristics， working principles and the message format of RIP etc.， and full comparison between RIPv1 and RIPv2， a typical experiment network model is raised.On the platform of GNS3， we build a simulation network environment，and configure the routers and computers.The designed network model has been successfully simulated.The result of the simulation suggests how to implement RIP，and provides a reference for the proper RIP deployment in the actual network.

routing information protocol； interior gateway protocol； metric； GNS3； simulation

TN915.81

A

1674-6236（2014）15-0050-03

2014-02-24 稿件編號：201402167

陜西省重大科技創(chuàng)新專項（2010ZKC02-08）

寧 博（1980—），男，陜西咸陽人，碩士，工程師。研究方向：計算機網(wǎng)絡技術。