基于Packet Tracer的RIP路由協議的虛擬仿真實驗設計與實現

趙玉娟，王曉松，張浩軍

（河南工業大學 人工智能與大數據學院，河南鄭州 450001)

RIP 協議是網絡協議中較為常見的一種動態路由協議，由于該協議配置簡單、占用系統資源少，被廣泛應用于中小型網絡。為了能夠讓學生掌握網絡構建、IP 設置、信息采集、數據分析的方法，設計了基于RIP路由協議的虛擬仿真實驗方案，促進學生對RIP 路由協議運行原理的深入理解，提升學生解決實際問題的能力。

1 實驗設計背景

計算機網絡課程是計算機類專業必修的基礎課程，課程內容包括網絡協議的工作原理以及常見網絡設備的配置與使用，是學生解決計算機網絡相關工程技術問題的基礎。但在教學中僅憑簡單的課堂講解或平面多媒體輔助教學，很難讓學生對各種網絡設備有直觀的認識，學生也無法理解比較抽象的路由協議工作原理，由于實驗設備昂貴，往往也不具備在專業實驗室進行實驗的條件。

基于上述原因，設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在學生面前[1-3]，使學生能夠身臨其境地體驗網絡構建配置與網絡協議工作的全過程，允許學生試錯并分析結果，滿足學生深度參與學習的需求，使得實驗與課堂理論教學相結合，強化課堂教學效果，有效提高教學效率[4-5]。

2 實驗教學目標設計

知識目標：使學生掌握計算機網絡規劃建設的基本方法，理解網絡地址與RIP 路由協議的基本工作原理，能夠根據實驗數據分析RIP 路由表的生成[6-7]。

能力目標：使學生能夠借助網絡仿真軟件進行計算機網絡系統模擬仿真，能夠應用計算機網絡理論知識解決計算機網絡相關的工程技術問題。

素質目標：培養學生探索、求實和協作的科學精神，學生對計算機網絡學習中遇到的問題，能夠迎難而上，開拓創新。

3 實驗教學過程設計

3.1 實驗環境

本文以網絡虛擬仿真軟件Cisco Packet Tracer 為例進行介紹，該軟件可以模擬網絡構建、網絡配置、RIP 路由，允許學生試錯，學生能夠采集路由信息，分析RIP 路由協議的工作原理[8-10]。

3.2 實驗過程設計

（1） 設計與構建實驗網絡。

在Packet Tracer 模擬軟件中，組建一個簡單網絡[11-12]，包括設計網絡拓撲結構、網絡設備選型、參數配置、性能測試等。拓撲結構可以自由設計，根據需要添加主機、交換機。示例如圖1 所示。

（2） 配置路由器和主機IP 地址。

①要求學生自行規劃網絡IP 地址并配置網絡中的主機和路由器的端口IP 地址。示例具體網絡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，要求學生在各臺主機上通過Ping 命令測試網絡的連通性，并能對測試結果進行合理解釋。

③要求學生通過命令“show IP route”查看步驟②狀態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，要求學生根據查看到的信息解釋步驟②連通性測試結果。

表2 路由器Router1 的路由表

（3） 配置RIP 路由協議。

①要求學生在路由器上配置RIP 路由協議，配置完成后通過Ping 命令測試各網絡之間的連通性。

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，引導學生將其與配置RIP 協議之前查看的圖表進行對比。

表3 路由器Router1 的路由表

3.3 實驗分析設計

實驗分析主要是讓學生根據實驗過程中采集到的路由數據分析RIP 協議的工作原理[13]。

（1） 要求學生根據圖1 給出的3 個路由器配置RIP 協議前的路由表，結合RIP 協議工作原理，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RIP 路由協議的工作原理“僅和相鄰路由器交換信息，交換的信息是當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采集數據得到的路由表進行對比。

表3 是配置完RIP 協議后，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，二者的路由數據是一致的，唯一的區別就是到直連網絡的距離定義不同，教材中到直連網絡的距離定義為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：小組成員分別承擔網絡組建、網絡地址規劃與配置、路由協議配置、實驗結果分析等不同任務，共同協作完成RIP 路由協議配置前后路由表數據的采集，然后一起結合RIP 路由協議的工作原理對采集到的數據進行分析[14]。小組實驗需要成員之間分工明確、深度溝通和友好合作，培養學生團結協作的科學精神。

（2） 單人實驗：由一名學生獨立完成網絡拓撲設計，IP 地址規劃設置，RIP 路由協議配置，實驗數據采集，實驗分析。單人實驗增加了挑戰度，不僅使學生深入理解RIP 協議的工作原理，更能鍛煉學生獨立解決計算機網絡中相關問題的能力，培養學生對計算機網絡學習中遇到的難題迎難而上的科學精神。

5 結語

通過該實驗，不僅鍛煉了學生應用計算機網絡原理知識規劃組建簡單網絡的工程實踐能力，還通過對實驗中采集到的數據進行進一步分析，促進了學生對抽象的網絡路由協議工作原理的理解，在對采集到的數據進行分析研究的過程中培養了學生團結協作、迎難而上的科學精神，有效促進了教學目標的達成。

該虛擬仿真實驗設計可以應用于RIP 路由協議，也可以應用于靜態路由配置和OSPF 路由協議實驗。通過項目驅動，為學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，提供真實的學習體驗，激發學生參與實驗的興趣，有效提高了課堂教學效率。