基于Packet Tracer的RIP路由協(xié)議的虛擬仿真實驗設(shè)計與實現(xiàn)

趙玉娟，王曉松，張浩軍

（河南工業(yè)大學(xué) 人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，河南鄭州 450001)

RIP 協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中較為常見的一種動態(tài)路由協(xié)議，由于該協(xié)議配置簡單、占用系統(tǒng)資源少，被廣泛應(yīng)用于中小型網(wǎng)絡(luò)。為了能夠讓學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、IP 設(shè)置、信息采集、數(shù)據(jù)分析的方法，設(shè)計了基于RIP路由協(xié)議的虛擬仿真實驗方案，促進學(xué)生對RIP 路由協(xié)議運行原理的深入理解，提升學(xué)生解決實際問題的能力。

1 實驗設(shè)計背景

計算機網(wǎng)絡(luò)課程是計算機類專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理以及常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置與使用，是學(xué)生解決計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工程技術(shù)問題的基礎(chǔ)。但在教學(xué)中僅憑簡單的課堂講解或平面多媒體輔助教學(xué)，很難讓學(xué)生對各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有直觀的認識，學(xué)生也無法理解比較抽象的路由協(xié)議工作原理，由于實驗設(shè)備昂貴，往往也不具備在專業(yè)實驗室進行實驗的條件。

基于上述原因，設(shè)計了該虛擬仿真實驗，將路由表之間的信息交換與路由表的更新直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前[1-3]，使學(xué)生能夠身臨其境地體驗網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建配置與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作的全過程，允許學(xué)生試錯并分析結(jié)果，滿足學(xué)生深度參與學(xué)習(xí)的需求，使得實驗與課堂理論教學(xué)相結(jié)合，強化課堂教學(xué)效果，有效提高教學(xué)效率[4-5]。

2 實驗教學(xué)目標設(shè)計

知識目標：使學(xué)生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的基本方法，理解網(wǎng)絡(luò)地址與RIP 路由協(xié)議的基本工作原理，能夠根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析RIP 路由表的生成[6-7]。

能力目標：使學(xué)生能夠借助網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進行計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬仿真，能夠應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)理論知識解決計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的工程技術(shù)問題。

素質(zhì)目標：培養(yǎng)學(xué)生探索、求實和協(xié)作的科學(xué)精神，學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中遇到的問題，能夠迎難而上，開拓創(chuàng)新。

3 實驗教學(xué)過程設(shè)計

3.1 實驗環(huán)境

本文以網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真軟件Cisco Packet Tracer 為例進行介紹，該軟件可以模擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)配置、RIP 路由，允許學(xué)生試錯，學(xué)生能夠采集路由信息，分析RIP 路由協(xié)議的工作原理[8-10]。

3.2 實驗過程設(shè)計

（1） 設(shè)計與構(gòu)建實驗網(wǎng)絡(luò)。

在Packet Tracer 模擬軟件中，組建一個簡單網(wǎng)絡(luò)[11-12]，包括設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、參數(shù)配置、性能測試等。拓撲結(jié)構(gòu)可以自由設(shè)計，根據(jù)需要添加主機、交換機。示例如圖1 所示。

（2） 配置路由器和主機IP 地址。

①要求學(xué)生自行規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)IP 地址并配置網(wǎng)絡(luò)中的主機和路由器的端口IP 地址。示例具體網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址分配詳見圖1 中標識，3 臺路由器各端口IP 地址配置詳情如表1 所示。

②主機和路由器的端口IP 地址配置完成后，要求學(xué)生在各臺主機上通過Ping 命令測試網(wǎng)絡(luò)的連通性，并能對測試結(jié)果進行合理解釋。

③要求學(xué)生通過命令“show IP route”查看步驟②狀態(tài)下各個路由器的路由信息，以路由表的形式記錄下來。整理后的路由表如表2 所示，要求學(xué)生根據(jù)查看到的信息解釋步驟②連通性測試結(jié)果。

表2 路由器Router1 的路由表

（3） 配置RIP 路由協(xié)議。

①要求學(xué)生在路由器上配置RIP 路由協(xié)議，配置完成后通過Ping 命令測試各網(wǎng)絡(luò)之間的連通性。

②再依次查看各個路由器的路由信息，以路由表的形式記錄下來，路由表如表3 所示，引導(dǎo)學(xué)生將其與配置RIP 協(xié)議之前查看的圖表進行對比。

表3 路由器Router1 的路由表

3.3 實驗分析設(shè)計

實驗分析主要是讓學(xué)生根據(jù)實驗過程中采集到的路由數(shù)據(jù)分析RIP 協(xié)議的工作原理[13]。

（1） 要求學(xué)生根據(jù)圖1 給出的3 個路由器配置RIP 協(xié)議前的路由表，結(jié)合RIP 協(xié)議工作原理，給出路由器更新后的路由表，并給出詳細更新過程。

這里以路由器Router1 為例。根據(jù)RIP 路由協(xié)議的工作原理“僅和相鄰路由器交換信息，交換的信息是當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表”，路由器Router1 在收到Router2 和Router3 的路由表后，更新自己的路由表，具體過程如圖2 所示。

圖2 Router1 收到Router2 和Router3 的報文后更新路由表

（2） 將分析得出的路由表與實驗中根據(jù)采集數(shù)據(jù)得到的路由表進行對比。

表3 是配置完RIP 協(xié)議后，路由器通過與相鄰路由器進行路由交換并更新后得到的路由表，通過比較分析，二者的路由數(shù)據(jù)是一致的，唯一的區(qū)別就是到直連網(wǎng)絡(luò)的距離定義不同，教材中到直連網(wǎng)絡(luò)的距離定義為1。

4 實驗實施方案

該實驗可以分組進行，也可以單人完成。

（1） 小組實驗：小組成員分別承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃與配置、路由協(xié)議配置、實驗結(jié)果分析等不同任務(wù)，共同協(xié)作完成RIP 路由協(xié)議配置前后路由表數(shù)據(jù)的采集，然后一起結(jié)合RIP 路由協(xié)議的工作原理對采集到的數(shù)據(jù)進行分析[14]。小組實驗需要成員之間分工明確、深度溝通和友好合作，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神。

（2） 單人實驗：由一名學(xué)生獨立完成網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計，IP 地址規(guī)劃設(shè)置，RIP 路由協(xié)議配置，實驗數(shù)據(jù)采集，實驗分析。單人實驗增加了挑戰(zhàn)度，不僅使學(xué)生深入理解RIP 協(xié)議的工作原理，更能鍛煉學(xué)生獨立解決計算機網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中遇到的難題迎難而上的科學(xué)精神。

5 結(jié)語

通過該實驗，不僅鍛煉了學(xué)生應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)原理知識規(guī)劃組建簡單網(wǎng)絡(luò)的工程實踐能力，還通過對實驗中采集到的數(shù)據(jù)進行進一步分析，促進了學(xué)生對抽象的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議工作原理的理解，在對采集到的數(shù)據(jù)進行分析研究的過程中培養(yǎng)了學(xué)生團結(jié)協(xié)作、迎難而上的科學(xué)精神，有效促進了教學(xué)目標的達成。

該虛擬仿真實驗設(shè)計可以應(yīng)用于RIP 路由協(xié)議，也可以應(yīng)用于靜態(tài)路由配置和OSPF 路由協(xié)議實驗。通過項目驅(qū)動，為學(xué)生提供具有良好沉浸感、臨場感、交互感的虛擬仿真實驗場景，提供真實的學(xué)習(xí)體驗，激發(fā)學(xué)生參與實驗的興趣，有效提高了課堂教學(xué)效率。