沈亦軍

摘要：為解決網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不足的問(wèn)題，通過(guò)使用Packet Tracer仿真軟件，完成動(dòng)態(tài)路由協(xié)議配置實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到和在真實(shí)設(shè)備操作同樣學(xué)習(xí)效果。本文對(duì)Packet Tracer仿真軟件做了簡(jiǎn)要介紹，分別闡述了配置動(dòng)態(tài)路由協(xié)議實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)背景，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)測(cè)試，排錯(cuò)方案和實(shí)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué)；Packet Tracer；動(dòng)態(tài)路由協(xié)議

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）19-0030-03

1 引言

目前由于市場(chǎng)應(yīng)用級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格較貴，這就導(dǎo)致多數(shù)學(xué)?；旧蠠o(wú)法滿足每人一臺(tái)套的實(shí)踐要求，更何況網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如：網(wǎng)絡(luò)工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)類的綜合型實(shí)踐項(xiàng)目，牽涉的就不止一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。所以，要完成一項(xiàng)綜合型的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，一組學(xué)生需要使用多臺(tái)的交換機(jī)、路由器、計(jì)算機(jī)以及服務(wù)器等設(shè)備才能完成。為解決這一實(shí)踐教學(xué)短板，我們可以運(yùn)用思科公司出品的Packet Tracer仿真軟件，來(lái)完成需要多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能完成的綜合型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。思科公司開發(fā)這套仿真軟件是為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者提供一個(gè)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、配置網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)排障的模擬環(huán)境，同時(shí)也為一線工程師的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)規(guī)劃提供一個(gè)測(cè)試環(huán)境。通過(guò)該仿真軟件鮮明直觀的圖形操作，能幫助學(xué)生快速掌握網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論和提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)操作技能；而且軟件的配置界面與物理設(shè)備配置界面完全一致，配置的文檔通過(guò)TFTP傳輸?shù)轿锢碓O(shè)備中，物理設(shè)備同樣能夠正常使用。

2 實(shí)驗(yàn)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(lái)計(jì)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(gè)路由域內(nèi)。路由域是指一個(gè)自治系統(tǒng)（AS，Autonomous System），它是指一組通過(guò)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(luò)。在這個(gè)AS中，所有的OSPF路由器都維護(hù)一個(gè)相同描述這個(gè)AS結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是路由域中相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出其OSPF路由表的。OSPF具體工作過(guò)程是：首先路由器發(fā)送“hello”包給組播地址224.0.0.5，當(dāng)相連的鄰居路由收到這個(gè)“hello”包后就會(huì)回復(fù)，進(jìn)而他們相互之間建立鄰居關(guān)系；其次，OSPF會(huì)進(jìn)行鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)（LSDB）的交換和更新，從而使整個(gè)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(jié)合Dijkstra算法，計(jì)算出來(lái)無(wú)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(gè)路徑加入其路由表中。

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

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成了解OSPF協(xié)議的基本工作過(guò)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(tuán)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(luò)互聯(lián)起來(lái)，使他們之間可以互相通信，網(wǎng)絡(luò)公司根據(jù)需求運(yùn)用OSPF協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。但該集團(tuán)公司由于業(yè)務(wù)飛速增長(zhǎng)，需要再增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，由于主干區(qū)域已經(jīng)沒(méi)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(gè)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(wèn)題。

3.3 實(shí)驗(yàn)拓?fù)浼皩?shí)驗(yàn)地址規(guī)劃

在實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D中共有Area 0、 Area 1、Area 2三個(gè)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(luò)區(qū)域）為普通區(qū)域，Area2 未與 Area0 直連。

實(shí)驗(yàn)拓?fù)淙鐖D2：

實(shí)驗(yàn)地址規(guī)劃如下表：

3.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用5臺(tái)路由器和3臺(tái)PC機(jī)構(gòu)建了一個(gè)主干區(qū)域（Area 0）和兩個(gè)普通區(qū)域（Area1、Area2），通過(guò)一系列配置使Area2的PC機(jī)能夠與Area 0的PC進(jìn)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(jìn)入特權(quán)模式

R1#configure terminal //由特權(quán)模式進(jìn)入全局配置模式

R1（config）#interface s/0/0/0 //進(jìn)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(shí)鐘頻率

R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口

R1（config-if）#interface s/0/0/1 //進(jìn)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(jìn)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(hào)設(shè)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(jìn)程號(hào)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(jìn)程號(hào)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(luò)拓?fù)渲?，我們可以看到area2區(qū)域與area0沒(méi)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(jìn)行配置，采用在公共通道區(qū)域1建立虛鏈路的技術(shù)方案，解決與主干區(qū)域無(wú)物理連接區(qū)域互相通信的問(wèn)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(shí)驗(yàn)測(cè)試

1） 單區(qū)域測(cè)試

從R1對(duì)R0、R2、PC0分別用ping命令進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示全部ping通，說(shuō)明單區(qū)域配置成功。

2） 多區(qū)域測(cè)試

從R1對(duì)R3屬于Area1的端口用ping命令進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示ping通，說(shuō)明多區(qū)域配置成功。

3） 虛鏈路測(cè)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(wú)法學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)總結(jié)

由于Packet Tracer仿真軟件具有彌補(bǔ)課堂物理設(shè)備不足的弊端，可以創(chuàng)建幾乎無(wú)限數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)，鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)踐、發(fā)現(xiàn)和故障排除的優(yōu)勢(shì)[2]，所以本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)用Packet Tracer仿真軟件作為實(shí)驗(yàn)工具，結(jié)合將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)點(diǎn)融入實(shí)際案例中的教學(xué)方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的興趣和學(xué)習(xí)的積極性。但是，我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到仿真軟件再?gòu)?qiáng)大畢竟是一個(gè)模擬的環(huán)境，和真實(shí)的設(shè)備還存在一定的差距，不能完全替代真實(shí)設(shè)備。所以，我們只能將仿真軟件作為一種教學(xué)手段，還需要結(jié)合物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)行真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實(shí)踐，只有這樣才能培養(yǎng)出真正的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊敏.基于Packet Tracer的OSPF仿真實(shí)驗(yàn)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2016（2）.

[2] 胡元闖.基于Packet Tracer的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2018（4）.