沈亦軍

摘要：為解決網(wǎng)絡工程專業(yè)在實踐教學中，網(wǎng)絡設備不足的問題，通過使用Packet Tracer仿真軟件，完成動態(tài)路由協(xié)議配置實驗，從而達到和在真實設備操作同樣學習效果。本文對Packet Tracer仿真軟件做了簡要介紹，分別闡述了配置動態(tài)路由協(xié)議實驗原理，實驗目的，實驗背景，實驗內(nèi)容，實驗測試，排錯方案和實驗總結。

關鍵詞：實踐教學；Packet Tracer；動態(tài)路由協(xié)議

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）19-0030-03

1 引言

目前由于市場應用級網(wǎng)絡設備價格較貴，這就導致多數(shù)學校基本上無法滿足每人一臺套的實踐要求，更何況網(wǎng)絡工程專業(yè)的綜合型、設計型實訓項目，如：網(wǎng)絡工程規(guī)劃和設計類的綜合型實踐項目，牽涉的就不止一套網(wǎng)絡設備。所以，要完成一項綜合型的網(wǎng)絡工程實訓項目，一組學生需要使用多臺的交換機、路由器、計算機以及服務器等設備才能完成。為解決這一實踐教學短板，我們可以運用思科公司出品的Packet Tracer仿真軟件，來完成需要多臺網(wǎng)絡設備才能完成的綜合型實訓項目。思科公司開發(fā)這套仿真軟件是為網(wǎng)絡學習者提供一個設計網(wǎng)絡、配置網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡排障的模擬環(huán)境，同時也為一線工程師的網(wǎng)絡基礎架構規(guī)劃提供一個測試環(huán)境。通過該仿真軟件鮮明直觀的圖形操作，能幫助學生快速掌握網(wǎng)絡的相關理論和提高學生的網(wǎng)絡操作技能；而且軟件的配置界面與物理設備配置界面完全一致，配置的文檔通過TFTP傳輸?shù)轿锢碓O備中，物理設備同樣能夠正常使用。

2 實驗原理

開放最短路徑優(yōu)先（OSPF，Open Shortest Path First），是基于spf算法中的迪克斯加 （Dijkstra）算法來計算最短路徑樹。OSPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）路由協(xié)議，一般用于同一個路由域內(nèi)。路由域是指一個自治系統(tǒng)（AS，Autonomous System），它是指一組通過統(tǒng)一的路由策略或路由協(xié)議互相交換路由信息的網(wǎng)絡。在這個AS中，所有的OSPF路由器都維護一個相同描述這個AS結構的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中存放的是路由域中相應鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過這個數(shù)據(jù)庫計算出其OSPF路由表的。OSPF具體工作過程是：首先路由器發(fā)送“hello”包給組播地址224.0.0.5，當相連的鄰居路由收到這個“hello”包后就會回復，進而他們相互之間建立鄰居關系；其次，OSPF會進行鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）的交換和更新，從而使整個區(qū)域中的全部路由器都有一張相同的鏈路狀態(tài)表（LSDB）；接著基于LSDB再結合Dijkstra算法，計算出來無環(huán)的路由信息也就是SPF樹，然后路由器根據(jù)SPF樹選擇出最佳路徑，最后將這個路徑加入其路由表中。

OSPF 協(xié)議工作過程圖如圖1 所示，主要包括四個階段：尋找鄰居、建立鄰接關系、鏈路狀態(tài)信息傳遞和計算路由[1]。

3 實驗項目設計

3.1 實驗目的

通過該實驗項目的完成了解OSPF協(xié)議的基本工作過程。掌握單區(qū)域OSPF的配置方法、多區(qū)域OSPF的配置方法以及OSPF的虛鏈路配置方法。

3.2 案例背景

某集團公司地理范圍較大，現(xiàn)希望將不同位置各部門的辦公網(wǎng)絡互聯(lián)起來，使他們之間可以互相通信，網(wǎng)絡公司根據(jù)需求運用OSPF協(xié)議進行網(wǎng)絡構建。但該集團公司由于業(yè)務飛速增長，需要再增加一個網(wǎng)絡區(qū)域，由于主干區(qū)域已經(jīng)沒有接口，只好將該區(qū)域連接到主干區(qū)域直接的非主干區(qū)域上。根據(jù)此需求，決定在新增加區(qū)域和主干區(qū)域共同連接的一個公共區(qū)域建立虛鏈路，解決新增區(qū)域和主干區(qū)域通信的問題。

3.3 實驗拓撲及實驗地址規(guī)劃

在實驗拓撲圖中共有Area 0、 Area 1、Area 2三個區(qū)域，其中Area 0為主干區(qū)域，R0和R2為ABR（區(qū)域邊界路由器）；Area 1、Area 2（新增加的網(wǎng)絡區(qū)域）為普通區(qū)域，Area2 未與 Area0 直連。

實驗拓撲如圖2：

實驗地址規(guī)劃如下表：

3.4 實驗內(nèi)容

本實驗項目設計使用5臺路由器和3臺PC機構建了一個主干區(qū)域（Area 0）和兩個普通區(qū)域（Area1、Area2），通過一系列配置使Area2的PC機能夠與Area 0的PC進行相互通信。

3.4.1 路由器接口地址配置，以路由器R1為例，具體配置指令如下：

R1>enable //由普通模式進入特權模式

R1#configure terminal //由特權模式進入全局配置模式

R1（config）#interface s/0/0/0 //進入高速串行口s/0/0配置模式

R1（config-if）# ip address 10.10.1.1 255.255.255.0 //為s/0/0配置IP地址及掩碼

R1（config-if）#clock rate 64000 //DCE端配置時鐘頻率

R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口

R1（config-if）#interface s/0/0/1 //進入高速串行口s/0/1配置模式

R1（config-if）# ip address 10.13.1.2 255.255.255.0 //為s/0/1配置IP地址及掩碼

R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口

R1（config-if）#interface loopback 0 //進入回環(huán)端口配置

R1（config-if）# ip address 1.1.1.1 255.255.255.255

// R1的router-id 號設置為1.1.1.1

3.4.2 配置單區(qū)域OSPF協(xié)議，以路由器R1為例，具體配置指令如下：

R1（config）#route ospf 1 //配置OSPF且進程號為1

R1（config）# network 10.10.1.0 0.0.0.255 area 0

//發(fā)布與R2互聯(lián)的網(wǎng)段屬于area0區(qū)域

R1（config）# network 10.13.1.0 0.0.0.255 area 0

//發(fā)布與R0互聯(lián)的網(wǎng)段屬于area0區(qū)域

R1（config）# network 1.1.1.1 0.0.0.0 area0 //OSPF 中發(fā)布R1的router-id

3.4.3 配置多區(qū)域OSPF協(xié)議，以路由器R2為例，具體配置指令如下：

R2（config）#route ospf 1 //配置OSPF且進程號為1

R2（config）# network 10.10.1.0 0.0.0.255 area 0

//發(fā)布與R1互聯(lián)的網(wǎng)段屬于area0區(qū)域

R2（config）# network 10.11.1.0 0.0.0.255 area 1

//發(fā)布與R3互聯(lián)的網(wǎng)段屬于area1區(qū)域

R2 （config）# network 2.2.2.2 0.0.0.0 area 0 //OSPF 中發(fā)布R2的router-id

3.4.4 配置OSPF 虛鏈路，具體配置指令如下：

從網(wǎng)絡拓撲中，我們可以看到area2區(qū)域與area0沒有直接連接的物理鏈路，如果要使area2與area0之間相互通信，我們可以借用公共通道area1進行配置，采用在公共通道區(qū)域1建立虛鏈路的技術方案，解決與主干區(qū)域無物理連接區(qū)域互相通信的問題。具體配置指令如下：

R2（config）# area 1 virtual-link 3.3.3.3 //在區(qū)域一做虛鏈路

R3（config）# area 1 virtual-link 2.2.2.2 //在區(qū)域一做虛鏈路

3.4.5 實驗測試

1） 單區(qū)域測試

從R1對R0、R2、PC0分別用ping命令進行測試，結果顯示全部ping通，說明單區(qū)域配置成功。

2） 多區(qū)域測試

從R1對R3屬于Area1的端口用ping命令進行測試，結果顯示ping通，說明多區(qū)域配置成功。

3） 虛鏈路測試

從圖5可看出在未建虛鏈路之前，主干區(qū)域R1路由器無法學習到區(qū)域2的路由。

從圖6可看出在虛鏈路建立后，主干區(qū)域R1路由器學習到區(qū)域2的路由。最終使得PC0和PC1可以互相通訊。如圖7：

4 實驗總結

由于Packet Tracer仿真軟件具有彌補課堂物理設備不足的弊端，可以創(chuàng)建幾乎無限數(shù)量的網(wǎng)絡，鼓勵學生實踐、發(fā)現(xiàn)和故障排除的優(yōu)勢[2]，所以本實驗項目運用Packet Tracer仿真軟件作為實驗工具，結合將網(wǎng)絡技術點融入實際案例中的教學方式，提高了學生學習網(wǎng)絡知識的興趣和學習的積極性。但是，我們應該清楚地認識到仿真軟件再強大畢竟是一個模擬的環(huán)境，和真實的設備還存在一定的差距，不能完全替代真實設備。所以，我們只能將仿真軟件作為一種教學手段，還需要結合物理網(wǎng)絡設備，進行真實網(wǎng)絡環(huán)境的實踐，只有這樣才能培養(yǎng)出真正的網(wǎng)絡技術人才。

參考文獻：

[1] 楊敏.基于Packet Tracer的OSPF仿真實驗[J].網(wǎng)絡安全技術與應用，2016（2）.

[2] 胡元闖.基于Packet Tracer的計算機網(wǎng)絡實驗教學改革研究[J].當代教育實踐與教學研究，2018（4）.