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(dòng)態(tài)路由協(xié)議，由于該協(xié)議配置簡(jiǎn)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(jì)了基于RIP路由協(xié)議的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方案，促進(jìn)學(xué)生對(duì)RIP 路由協(xié)議運(yùn)行原理的深入理解，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)背景

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)工程技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)。但在教學(xué)中僅憑簡(jiǎn)單的課堂講解或平面多媒體輔助教學(xué)，很難讓學(xué)生對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有直觀的認(rèn)識(shí)，學(xué)生也無(wú)法理解比較抽象的路由協(xié)議工作原理，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，往往也不具備在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件。

基于上述原因，設(shè)計(jì)了該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，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(yàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建配置與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工作的全過(guò)程，允許學(xué)生試錯(cuò)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(shí)驗(yàn)與課堂理論教學(xué)相結(jié)合，強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，有效提高教學(xué)效率[4-5]。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

知識(shí)目標(biāo)：使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析RIP 路由表的生成[6-7]。

能力目標(biāo)：使學(xué)生能夠借助網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬仿真，能夠應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題。

素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生探索、求實(shí)和協(xié)作的科學(xué)精神，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，能夠迎難而上，開拓創(chuàng)新。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本文以網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真軟件Cisco Packet Tracer 為例進(jìn)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(cuò)，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(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)

（1） 設(shè)計(jì)與構(gòu)建實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。

在Packet Tracer 模擬軟件中，組建一個(gè)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)[11-12]，包括設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型、參數(shù)配置、性能測(cè)試等。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以自由設(shè)計(jì)，根據(jù)需要添加主機(jī)、交換機(jī)。示例如圖1 所示。

（2） 配置路由器和主機(jī)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(jī)和路由器的端口IP 地址。示例具體網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址分配詳見圖1 中標(biāo)識(shí)，3 臺(tái)路由器各端口IP 地址配置詳情如表1 所示。

②主機(jī)和路由器的端口IP 地址配置完成后，要求學(xué)生在各臺(tái)主機(jī)上通過(guò)Ping 命令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的連通性，并能對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行合理解釋。

③要求學(xué)生通過(guò)命令“show IP route”查看步驟②狀態(tài)下各個(gè)路由器的路由信息，以路由表的形式記錄下來(lái)。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(cè)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(guò)Ping 命令測(cè)試各網(wǎng)絡(luò)之間的連通性。

②再依次查看各個(gè)路由器的路由信息，以路由表的形式記錄下來(lái)，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(jìn)行對(duì)比。

表3 路由器Router1 的路由表

3.3 實(shí)驗(yàn)分析設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)分析主要是讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)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(gè)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(xì)更新過(guò)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(guò)程如圖2 所示。

圖2 Router1 收到Router2 和Router3 的報(bào)文后更新路由表

（2） 將分析得出的路由表與實(shí)驗(yàn)中根據(jù)采集數(shù)據(jù)得到的路由表進(jìn)行對(duì)比。

表3 是配置完RIP 協(xié)議后，路由器通過(guò)與相鄰路由器進(jìn)行路由交換并更新后得到的路由表，通過(guò)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(shí)驗(yàn)實(shí)施方案

該實(shí)驗(yàn)可以分組進(jìn)行，也可以單人完成。

（1） 小組實(shí)驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)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(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[14]。小組實(shí)驗(yàn)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(tuán)結(jié)協(xié)作的科學(xué)精神。

（2） 單人實(shí)驗(yàn)：由一名學(xué)生獨(dú)立完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，IP 地址規(guī)劃設(shè)置，RIP 路由協(xié)議配置，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，實(shí)驗(yàn)分析。單人實(shí)驗(yàn)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(dú)立解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)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(yǔ)

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，不僅鍛煉了學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理知識(shí)規(guī)劃組建簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)的工程實(shí)踐能力，還通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)抽象的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議工作原理的理解，在對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究的過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、迎難而上的科學(xué)精神，有效促進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，為學(xué)生提供具有良好沉浸感、臨場(chǎng)感、交互感的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，提供真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣，有效提高了課堂教學(xué)效率。