寧博

（西安郵電大學(xué) 國(guó)有資產(chǎn)管理處，陜西 西安 710121）

RIP協(xié)議的研究與仿真

寧博

（西安郵電大學(xué) 國(guó)有資產(chǎn)管理處，陜西 西安 710121）

為了解決小型網(wǎng)絡(luò)中自治系統(tǒng)內(nèi)部路由信息的傳遞，采用了基于距離向量的路由選擇協(xié)議RIP。通過(guò)對(duì)RIP協(xié)議的特點(diǎn)、工作原理、報(bào)文格式等內(nèi)容進(jìn)行深入研究，充分對(duì)比了RIPv1、RIPv2的異同，提出了一種典型的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)模型。在GNS3平臺(tái)上，搭建了仿真的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，配置了路由器和計(jì)算機(jī)，對(duì)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)模型成功實(shí)現(xiàn)了仿真。仿真結(jié)果驗(yàn)證了RIP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，為RIP協(xié)議在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的正確部署提供了參考。

路由信息協(xié)議；內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；度量；GNS3；仿真

路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol，RIP）是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。它屬于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP），適用于小型自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)的路由信息的傳遞[1]。RIP協(xié)議使用較早，技術(shù)較為成熟，所占帶寬開銷小，易于配置、管理和實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于中小型網(wǎng)絡(luò)中。

在對(duì)RIP協(xié)議分析研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)模型，并用GNS3軟件進(jìn)行了仿真，比較了RIPv1、RIPv2的不同。

1 RIP協(xié)議

1.1 概 述

RIP協(xié)議比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔容^穩(wěn)定時(shí)，其工作特性比較理想。其缺點(diǎn)是，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，收斂較慢，可能出現(xiàn)路由不一致現(xiàn)象，從而引起數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)混亂，另外鏈路度量方式比較簡(jiǎn)單，不適宜在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。

RIP只使用“跳數(shù)”來(lái)決定到達(dá)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的最佳方式，并規(guī)定源站和目的站之間經(jīng)過(guò)的路由器最多為15個(gè)，如果路由器收到了路由更新信息，且把距離加1后等于16（意為無(wú)窮大），就認(rèn)為該目的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)。在小型網(wǎng)絡(luò)中，RIP會(huì)運(yùn)行良好，但是對(duì)于使用慢速WAN鏈接的大型網(wǎng)絡(luò)或者對(duì)于安裝有大量路由器的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，它的效率很低。

1.2 分 類

RIP協(xié)議分為RIPv1和RIPv2兩個(gè)版本，二者具有很多相同的功能。它們的區(qū)別在于：RIPv1是有類路由協(xié)議，該網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備必須使用相同的子網(wǎng)掩碼，RIPv1不發(fā)送帶有子網(wǎng)掩碼信息的更新數(shù)據(jù)，而RIPv2是無(wú)類路由協(xié)議，RIPv2在路由更新時(shí)攜帶子網(wǎng)信息；RIPv1不支持VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼）和CIDR（Classless Inter-Domain Routing， 無(wú) 類 別 域 間 路 由）[2]，而RIPv2支持VLSM和CIDR；RIPv1采用廣播更新，而RIPv2采用組播更新；RIPv1不提供認(rèn)證，而RIPv2提供認(rèn)證。

1.3 工作原理

RIP協(xié)議每30秒向相鄰路由器發(fā)送一次路由更新信息，同時(shí)監(jiān)聽來(lái)自網(wǎng)絡(luò)中的相鄰路由器的路由更新信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)本地路由表的動(dòng)態(tài)維護(hù)，以確保IP層發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)選擇正確的路由。針對(duì)路由表中某一條路由信息，如果180秒內(nèi)沒(méi)有接收到新的關(guān)于它的路由更新信息，則將其標(biāo)記為失效，即跳數(shù)值標(biāo)記為16；再經(jīng)過(guò)120秒后，如果仍然沒(méi)有收到更新信息，則將該條失效信息刪除[3]。

RIP協(xié)議中對(duì)“距離”的定義為：從一個(gè)路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為1，從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過(guò)的路由器數(shù)目加1。因此，這里的“距離”也稱為“跳數(shù)”，因?yàn)槊拷?jīng)過(guò)一個(gè)路由器，跳數(shù)就加1。

依據(jù)距離向量算法[4]，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的路由器收到相鄰路由器的一個(gè)RIP報(bào)文后，執(zhí)行如下操作：

1）先修改RIP報(bào)文中的所有條目，將“下一跳”字段中的地址都改為發(fā)出該RIP報(bào)文的路由器的地址，并將所有的“距離”字段的值加1。

2）對(duì)修改后的RIP報(bào)文中的每一個(gè)條目，重復(fù)以下步驟：若條目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則將該條目添加到路由表中。

否則，若“下一跳”字段給出的路由器地址是相同的，則用收到的條目替換原路由表中的條目。

否則，若收到的條目中的距離小于路由表中條目的距離，則進(jìn)行更新。

否則，什么都不做。

3）若超過(guò)3分鐘還沒(méi)有收到相鄰路由器更新路由表的信息，則將此相鄰路由器記為不可達(dá)的路由器，即將距離置為16（距離16表示不可達(dá)）。

1.4 報(bào)文格式

RIP協(xié)議運(yùn)行于應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)時(shí)RIP將作為一個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)駐進(jìn)程存在于路由器中，通過(guò)UDP協(xié)議520端口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)包交換。RIPv1和RIPv2都使用相同的報(bào)文結(jié)構(gòu)，不同的是RIPv2對(duì)其中的保留字段做了新的定義。RIP的報(bào)文結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示， 包含 Command、Version、Routing Domain、Address Family Identifier、Route Tag、IP Address、SubnetMask、Next Hop、Metric等字段。

1）Command：命令字段，用來(lái)指定報(bào)文用途，有五種命令，常用的有Request（請(qǐng)求）和Response（響應(yīng)）兩種。其中，請(qǐng)求信息用來(lái)向鄰居請(qǐng)求發(fā)送一個(gè)更新；響應(yīng)信息是對(duì)請(qǐng)求信息的回應(yīng)，也可以是主動(dòng)發(fā)送的更新。請(qǐng)求報(bào)文只包含一個(gè)路由表項(xiàng)，響應(yīng)報(bào)文最多可以重復(fù)承載25個(gè)路由表項(xiàng)。

2）Version：版本字段，表示生成RIP報(bào)文時(shí)所使用的RIP協(xié)議的版本，即RIPv1或RIPv2。

3）Routing Domain：路由選擇域字段，路由程序依據(jù)該字段來(lái)決定路由更新信息歸屬哪個(gè)域。管理員利用這個(gè)域可以使用簡(jiǎn)單的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)并行的RIP實(shí)例。

4）Address Family Identifier：地址族標(biāo)識(shí)字段，用于指明報(bào)文中所攜帶地址的類型。

5）Route Tag：路由標(biāo)記字段，用來(lái)標(biāo)記外部路由或重分配到RIPv2協(xié)議中的路由。

6）IP Address：IP地址字段，即路由表項(xiàng)中的目的地址，可以是網(wǎng)絡(luò)地址或主機(jī)地址。

7）Subnet Mask：子網(wǎng)掩碼字段。

8）Next Hop：下一跳字段，標(biāo)識(shí)一個(gè)比發(fā)出該報(bào)文的路由器端口地址更近的下一跳地址。如果該字段置為全0，說(shuō)明發(fā)出該報(bào)文的路由器端口地址即為最近的下一跳地址。

9）Metric：度量值字段，取值范圍為 1～16。

圖1 RIP報(bào)文結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of RIP message

2 GNS3仿真軟件

GNS3（Graphical Network Simulator）是一款可以仿真復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的圖形化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件，允許在Windows、Linux和Mac OS X等系統(tǒng)上仿真Cisco的IOS，其支持的路由器平臺(tái)（1700/2600/3600/3700/7200）、防火墻平臺(tái)（PIX、ASA）、入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS）的類型非常豐富，甚至還可以模擬Juniper公司的JunOS平臺(tái)[5]。通過(guò)在路由器插槽中配置NM-16ESW模塊后，GNS3還可以模擬出該模塊所支持的交換機(jī)命令[6]。

在GNS3中，所運(yùn)行的是真實(shí)的IOS，能夠使用IOS所支持的所有命令和參數(shù)。它提供的虛擬環(huán)境較接近于真實(shí)的路由交換設(shè)備，不僅可以被網(wǎng)絡(luò)技術(shù)初學(xué)者用于體驗(yàn)Cisco設(shè)備的配置方法，也為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、配置、調(diào)試的驗(yàn)證環(huán)境。

GNS3是基于Dynamips的開源免費(fèi)軟件，完整版（GNS3 v0.8.5 all-in-one）中集成了多個(gè)組件：GNS3主程序、Dynamips（0.2.10）、模擬 Cisco 路由器；Qemu（0.11.0）、Pemu、Putty（v1.4.0.4 Beta）、VPCS（0.4b2）、WinPcap（4.1.3）、Wireshark（1.10.1）等。

3 RIP協(xié)議的仿真實(shí)現(xiàn)

在仿真軟件GNS3中搭建如圖2所示網(wǎng)絡(luò)，其中路由器R1～R3型號(hào)均為c3640，加載的IOS文件為C3640-IK.BIN。

圖2 網(wǎng)絡(luò)連接圖Fig.2 Network connection diagram

3.1 路由器和PC機(jī)的基本配置

1）按照表1，分別配置路由器R1～R3各端口的IP地址、子網(wǎng)掩碼等參數(shù)[7]。

表1 路由器網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)Tab.1 Network connection parameters of routers

2）按照表 2，分別配置 PC1～PC5的 IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)等參數(shù)。

表2 PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接參數(shù)Tab.2 Network connection parameters of PCs

3.2 RIPv1配置

1）路由器R1配置[8]

4）用ping命令測(cè)試PC之間的連通性，結(jié)果表明不能保證任意兩臺(tái)PC之間的穩(wěn)定連通。

5）可以用“show ip route”查看各路由器的路由表。

3.3 RIPv2配置

1）路由器R1配置

R1（config）#router rip

R1（config-router）#version 2

R1 （config-router）#no auto-summary //禁止自動(dòng)匯總功能

R1（config-router）#exit

2）按照同樣的方法，分別在路由器R2、R3上啟用RIPv2，同時(shí)禁止自動(dòng)匯總功能。

3）用ping命令測(cè)試PC之間的連通性，可以看出任兩臺(tái)PC之間可以保持穩(wěn)定的連通。

4 結(jié) 論

正確連接網(wǎng)絡(luò)并完成路由器（R1～R3）、PC 機(jī)（PC1～PC5）的基本配置后，由于路由器上沒(méi)有啟用路由協(xié)議，無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意兩臺(tái)PC之間的連通。

為路由器（R1～R3）分別配置RIPv1后，測(cè)試結(jié)果表明，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意兩臺(tái)PC機(jī)之間的穩(wěn)定連通。用 “show ip route”命令查看各路由器的路由表，同時(shí)利用“debug ip rip”命令調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：①R1、R3的路由表中均不包含到達(dá)網(wǎng)絡(luò)“192.168.0.0/16”的表項(xiàng)。因?yàn)镽IPv1是有類路由協(xié)議，發(fā)送更新時(shí)不包含子網(wǎng)掩碼信息，并不將無(wú)類地址“192.168.0.0/16”表示的網(wǎng)絡(luò)廣播出去。②R2中存在兩條等價(jià)的到達(dá)“172.18.0.0/16”網(wǎng)絡(luò)的路由表項(xiàng)。因?yàn)镽1發(fā)送更新時(shí)已經(jīng)自動(dòng)將172.18.1.0和172.18.2.0匯總為172.18.0.0；R3發(fā)送更新時(shí)已經(jīng)自動(dòng)將172.18.3.0和172.18.4.0匯總為172.18.0.0。

在路由器（R1～R3）上分別啟用無(wú)類路由協(xié)議 RIPv2，同時(shí)禁止自動(dòng)匯總功能，此時(shí)能夠保證任意兩臺(tái)PC機(jī)之間的穩(wěn)定連通。

以上測(cè)試過(guò)程充分對(duì)比了RIPv1、RIPv2兩個(gè)版本的異同，加深了對(duì)RIP協(xié)議的理解。搭建的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼芭渲眠^(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)于RIP協(xié)議在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的部署具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

[1]Zaheer Aziz，Johnson Liu，Abe Martey， 等.IP路由協(xié)議疑難解析[M].孫余強(qiáng)，譯.北京：人民郵電出版社，2013.

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[3]任琦，周雯.借助軟件GNS3實(shí)現(xiàn)RIP計(jì)時(shí)器原理模擬[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8（6）：1336-1338，1343.

REN Qi，ZHOU Wen.The simulation of RIP Timer’s principle by software GNS3[J].Computer Knowledge and Technology，2012，8（6）:1336-1338，1343.

[4]李厚民.RIP路由協(xié)議原理及改進(jìn)設(shè)想[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，7（2）：508-510.LIHou-min.TheprincipleofRIP and proposalsfor improving[J].Computer Knowledge and Technology，2011，7（2）:508-510.

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[6]馬素剛.VLAN技術(shù)的研究與仿真[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（11）：78-80，99.MA Su-gang.Research and Simulation of VLAN Technology[J].Manufacturing Automation，2011，33（11）:78-80，99.

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Research and simulation of RIP protocol

NING Bo
（State-owned Asset Management Department， Xi’an University of Posts and Telecommunications， Xi’an 710121， China）

In order to solve the routing information transmission in autonomous system of small network，we adopt Routing Information Protocol （RIP） based on distance vector Algorithms.In the basis of the research of the characteristics， working principles and the message format of RIP etc.， and full comparison between RIPv1 and RIPv2， a typical experiment network model is raised.On the platform of GNS3， we build a simulation network environment，and configure the routers and computers.The designed network model has been successfully simulated.The result of the simulation suggests how to implement RIP，and provides a reference for the proper RIP deployment in the actual network.

routing information protocol； interior gateway protocol； metric； GNS3； simulation

TN915.81

A

1674-6236（2014）15-0050-03

2014-02-24 稿件編號(hào)：201402167

陜西省重大科技創(chuàng)新專項(xiàng)（2010ZKC02-08）

寧 博（1980—），男，陜西咸陽(yáng)人，碩士，工程師。研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。