張春玉

（1.西藏民族大學(xué)信息工程學(xué)院，咸陽712082；2.西藏光信息處理與可視化技術(shù)重點實驗室，咸陽712082）

0 引言

實驗課程作為高校專業(yè)課程實踐教學(xué)的重要方式之一，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐和技術(shù)創(chuàng)新能力至關(guān)重要。組網(wǎng)技術(shù)作為計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、通信工程、網(wǎng)絡(luò)安全等專業(yè)的重要實踐課程，其實驗教學(xué)方案設(shè)計的好壞，關(guān)系能否幫助學(xué)生更好的理解掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本原理，能否牢固地掌握網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實踐和規(guī)劃設(shè)計的基本方法，甚至關(guān)系是否能激發(fā)學(xué)生積極思考、主動探究專業(yè)知識并培養(yǎng)專業(yè)自豪感等情感目標(biāo)培養(yǎng)的問題。

路由技術(shù)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)工程中應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一[1]，是計網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重點內(nèi)容。RIP（Routing Information Protocols，路由信息協(xié)議，也稱為路由選擇協(xié)議）是應(yīng)用較早、使用較普遍的內(nèi)部網(wǎng)管協(xié)議，適用于小型同類網(wǎng)絡(luò)，是典型的距離矢量協(xié)議[2]。實驗教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對RIP 協(xié)議中路由匯總技術(shù)的理解和實踐存在較大瓶頸。本文針對這一問題改進(jìn)了傳統(tǒng)的RIP 協(xié)議實驗方案，包括RIPv1、RIPv2 的基本配置方法、子網(wǎng)劃分、路由匯總等技術(shù)要點，通過設(shè)置故障配置點，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、總結(jié)知識點。該教學(xué)設(shè)計在實際教學(xué)應(yīng)用中使用多年，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，收到了較好的教學(xué)效果。

1 RIP協(xié)議傳統(tǒng)實驗方案

在大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)實踐教程中，RIP 協(xié)議實驗拓?fù)淙鐖D1 所示。要求按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置PC 的IP 地址、掩碼、網(wǎng)關(guān)，并在兩臺路由器上配置RIPv1 或RIPv2 協(xié)議實現(xiàn)三個網(wǎng)絡(luò)的互通及PC 的互通。完成以上要求，學(xué)生可以掌握RIPv1、RIPv2 的基本配置方法，驗證RIP 協(xié)議的簡單、有效性。

圖1 RIP路由傳統(tǒng)實驗拓?fù)?/p>

但是，實驗至此，學(xué)生并未掌握RIP 協(xié)議中路由匯總這一知識難點。RIPv1 是有類別路由協(xié)議總是使用自動匯總，而RIPv2 默認(rèn)啟用自動匯總功能，可以禁用自動匯總。這些理論大多數(shù)教材都會講到，教師僅僅理論講解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，學(xué)生很難扎實掌握，靈活運用。為了使學(xué)生深刻認(rèn)識到自動匯總時的網(wǎng)絡(luò)配置要點，從而全面扎實掌握RIP 協(xié)議，本文將實驗做如下改進(jìn)。

2 RIP實驗改進(jìn)設(shè)計方案

步驟一：如圖2 所示，增加兩臺路由器R3、R4（或兩臺三層交換機(jī)當(dāng)作路由器使用），把192.168.1.0/24劃分成四個子網(wǎng)（子網(wǎng)1～子網(wǎng)4），并和192.168.2.0/24、192.168.3.0/24 一起配置成七個網(wǎng)絡(luò)（連續(xù)子網(wǎng)）。然后在四臺路由器上配置RIPv2 協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)互通。要求192.168.1.0/24 劃分成的四個子網(wǎng)是連續(xù)的。實驗報告設(shè)計時，在圖2 中，把192.168.1.0/24 劃分成的四個子網(wǎng)及地址分配留白，如圖3 所示。要求學(xué)生自己劃分子網(wǎng)并分配地址，然后標(biāo)注在實驗報告的圖3 空白處（下劃線上）。

圖2 連續(xù)子網(wǎng)的RIP實驗拓?fù)?/p>

圖3 連續(xù)子網(wǎng)的RIP實驗拓?fù)洌ㄗ泳W(wǎng)劃分留白）

步驟二：如圖4 所示，調(diào)整配置為下圖的非連續(xù)子網(wǎng)，路由器保持默認(rèn)設(shè)置的自動匯總。要求學(xué)生測試PC 之間的連通情況，其中，PC1 依次ping 到PC3 的路徑上的IP 地址，查看其連通情況。如果不通，找到出問題的位置，查看路由器的路由表并分析原因。

圖4 非連續(xù)子網(wǎng)拓?fù)?/p>

步驟三：接上一步，在相關(guān)路由器上取消自動匯總，查看各個路由器的路由表，并測試網(wǎng)絡(luò)連通性。

3 改進(jìn)實驗結(jié)果與分析

在第2 節(jié)的改進(jìn)實驗步驟一中，實現(xiàn)了RIPv2 協(xié)議在連續(xù)子網(wǎng)中的配置。首先，該步驟的實驗設(shè)計促使學(xué)生回顧IP 子網(wǎng)劃分知識點，并能在組網(wǎng)工程中靈活運用。其次，由于RIPv2 默認(rèn)開啟自動匯總，所以配置完成后，學(xué)生通過查看四臺路由器的路由表，能明確的看到R2 的路由表中出現(xiàn)了經(jīng)主類邊界路由器R1的端口F0/0（192.168.2.2）轉(zhuǎn)發(fā)來的路由匯總（聚合）結(jié)果，即出現(xiàn)了192.168.1.0/24 的路由表項，如圖5 所示。此時，自動匯總能使路由器中的路由表項更簡潔，從而縮短了查找路由的時間，提高查找路由的效率[3]。

圖5 R2的路由表

改進(jìn)實驗步驟二實現(xiàn)了非連續(xù)子網(wǎng)中RIPv2 協(xié)議的配置，學(xué)生在PC1 上依次ping IP 地址192.168.1.1、192.168.1.66、192.168.1.65、192.168.3.2 是通的，但是ping192.168.3.1 和192.168.2.2 時出現(xiàn)異常，此時ping命令發(fā)出的四個分組中兩個到達(dá)，另外兩個丟失，也就是說出現(xiàn)兩通兩不通的現(xiàn)象。再ping192.168.2.1 時則完全不通。其他兩臺PC ping192.168.3.1 和192.168.2.2 時也出現(xiàn)同樣的兩通兩不通現(xiàn)象。

顯然，問題出在路由器R1 上，查看R1 的路由表如圖6 所示，出現(xiàn)了兩條關(guān)于192.168.1.0/24 的路由信息，跳數(shù)都為1，稱為等價路由[4]。這兩條等價路由一條是R4 發(fā)布的，另一條是R2 發(fā)布的。深入分析其原因如下：RIPv2 默認(rèn)開啟路由自動匯總，并且自動匯總協(xié)議只在主類網(wǎng)絡(luò)邊界進(jìn)行。主類網(wǎng)絡(luò)邊界中的主類指A、B、C 類，邊界指的網(wǎng)絡(luò)地址不同的邊界路由器。圖4 中R4 和R2 為邊界路由器，它們會對外發(fā)布匯總路由。 其 中，R4 將192.168.1.0/26、192.168.1.64/26、192.168.1.192/26 這三個子網(wǎng)匯聚為192.168.1.0/24 后發(fā)布給R1，R2 將子網(wǎng)192.168.1.128/26 也匯聚為192.168.1.0/24 后發(fā)布給R1，所以R1 的路由表中關(guān)于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0/24 的路由信息有兩條，且跳數(shù)都為1。

圖6 R1的路由表

三臺PC ping192.168.3.1 和192.168.2.2 時為什么出現(xiàn)兩通兩不通現(xiàn)象呢？因為，RIP 協(xié)議中出現(xiàn)等價路由時會自動進(jìn)行負(fù)載均衡[5]。于是，兩個分組經(jīng)R4轉(zhuǎn)發(fā)出去，另兩個分組經(jīng)R1 轉(zhuǎn)發(fā)出去。具體來說原因如下：ping 命令是測試網(wǎng)絡(luò)雙向連通性的，發(fā)出的每個分組包括一個ICMP 回送請求報文和一個ICMP 回送應(yīng)答報文[6]。以PC1ping192.168.3.1 為例，PC1 發(fā)出的所有請求報文均能到達(dá)，但是R1 的端口F0/1（ip 地址192.168.3.1）在發(fā)出應(yīng)答報文時目標(biāo)地址為PC1 的IP地址192.168.1.2，此時查找R1 的路由表，出現(xiàn)了兩條到達(dá)192.168.1.0/24 的等價路由，于是一半經(jīng)192.168.3.2（R4 的F0/0 端口）轉(zhuǎn)發(fā)的報文順利到達(dá)PC1，而另外一半經(jīng)192.168.2.1（R2 的F0/1 端口）轉(zhuǎn)發(fā)的報文則無法到達(dá)PC1。

PC1 和PC2 ping192.168.2.1 不通的原因在于R2的路由表里沒有到達(dá)子網(wǎng) 192.168.1.0/26 和192.168.1.192/26（PC1 和PC2 所在網(wǎng)絡(luò)）的路由信息，如圖7 所示，故所有應(yīng)答報文無法到達(dá)。R2 的路由表中沒有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0/26 和192.168.1.192/26 的路由表項的原因是路由器默認(rèn)設(shè)置水平分割，其自己發(fā)布給R1 的匯總路由192.168.1.0/24 不會再被R1 交換回來。PC3ping192.168.3.2 不通的原因同樣的道理，因為R4 里沒有到子網(wǎng)192.168.1.128/26（P3 所在網(wǎng)絡(luò)）的路由信息，ICMP 應(yīng)答報文無法到達(dá)PC3，同樣是由于水平分割原則下，R4 將子網(wǎng)路由表項匯總為192.168.1.0/24 后發(fā)布給R1，R1 不會再把該路由表項交換回去給R4。

圖7 R2的路由表

通過步驟二中故障點的原因分析，學(xué)生應(yīng)該能深刻認(rèn)識到自動匯總路由在子網(wǎng)不連續(xù)時帶來的麻煩。并意識到問題出在兩個主類邊界路由器自動匯總路由上。

在改進(jìn)步驟三中，啟發(fā)學(xué)生關(guān)閉主類邊界路由器R4 和R2 上的自動匯總。當(dāng)關(guān)閉自動匯總后，按照RIP 協(xié)議的基本原理，相鄰路由器之間交換路由表，于是四臺路由器的路由表里都有了所有七個網(wǎng)絡(luò)的路由信息。此時，所有PC 可以相互ping 通，網(wǎng)絡(luò)連通。

4 結(jié)語

學(xué)生通過RIP 協(xié)議傳統(tǒng)實驗方案可以學(xué)習(xí)到RIPv1、RIPv2 的基本配置方法，體會RIP 協(xié)議的簡單有效性。但是，要深層次理解并掌握RIPv2 協(xié)議在包含子網(wǎng)劃分的網(wǎng)絡(luò)中的高效應(yīng)用，傳統(tǒng)方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本文設(shè)計的改進(jìn)實驗方案，首先可以回顧IP 子網(wǎng)劃分方法在實際組網(wǎng)中的應(yīng)用。其次，以提出問題、解決問題的探究式學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生深刻感受RIPv2 在連續(xù)子網(wǎng)和不連續(xù)子網(wǎng)中配置時其默認(rèn)自動匯總（聚合）路由帶來的利弊，從而在工程應(yīng)用中熟練高效地應(yīng)用路由匯總功能。最后，通過改進(jìn)實驗教學(xué)方案，啟發(fā)學(xué)生提煉總結(jié)出RIPv2 能否進(jìn)行有效的路由匯總、匯總效率如何，都跟網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中IP 地址網(wǎng)段的分配部署有密切聯(lián)系。IP 地址的部署越連續(xù)而有條理，路由匯總越容易亦越有效，故而應(yīng)重視體系化編址。本實驗方案應(yīng)用在實驗教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性大幅度提高，普遍反映學(xué)習(xí)效果明顯，并在相關(guān)實驗課程教學(xué)中被多位教師借鑒推廣，教學(xué)效果良好。