【某农业大学计算机网络实验报告】实验四 路由信息协议RIP

实验目的：

1．深入了解RIP协议的特点和配置方法：通过此次实验，掌握RIP协议作为一种动态路由协议的基本工作原理，了解其距离向量算法的核心概念，以及如何在网络设备上配置RIP协议；

2.验证RIP协议的距离向量特性：通过观察和分析路由器的路由表，检查其中的距离向量信息，确认RIP协议是基于距离向量的路由协议，加深对RIP协议内部运作机制的理解；

3.验证RIP协议的等价负载均衡机制：创建多条到达相同目标网络的路径，通过启用RIP协议并观察路由表的变化，确认RIP在存在等价路径时是否能够均衡地分配负载，帮助我们了解RIP在网络拓扑中如何优化路径选择，以提高网络的性能和稳定性。

实验器材：

一台安装有Cisco Packet Tracer软件的Windows操作系统的PC机。

实验准备：

1．配置网络拓扑：为开展实验内容，首先在 Packet Tracer 7.3.1 模拟器中配置好如下的网络拓扑结构。如下图所示，具体包括三台路由器，路由器3与主机1、路由器4、路由器5相连，路由器4与路由器3、路由器5相连，路由器5与主机0、路由器3、路由器4相连：

需要特别注意的是为了测试 RIP 协议是基于距离的路由算法，此处，路由器3和路由器5之间采用串行线连接.由于 2911 路由器缺乏串行接口，因此需要在路由器中添加串行接口卡，具体操作如下：

点击路由器，在物理选项卡中单击 HWIC-2T，将其拖动到接口卡的插槽上，如若无法添加，则表明需要先关闭路由器开关后添加：

另：配置过程中交换机端口指示灯可能呈橙色，单击主窗口右下角 Realtime （实时）Simulation（模拟）模式切换按钮数次，即可加速完成交换机的初始化。

2. 配置 IP 地址和子网掩码：根据实验要求，对于每台主机与路由器的接口配置IP地址，点击 PC，打开参数表如下所示，在每台 PC 的配置窗口中配置合理的 IP 地址和子网掩码，点击【Config】—>【FastEthernet0】—>【MAC Address】处即可查看主机的MAC地址：

本网络拓扑中包含 5 个网络，主机所在的网络分别为 192.168.1.0/24,192.168.2.0/24，另外三个网络分别为 10.0.0.0/24，20.0.0.0/24，30.0.0.0/24。每个设备，按照下表，点击 PC，在每台 PC 的配置窗口中配置合理的 IP 地址和子网掩码：

根据实验要求，我们特意选取了与实验手册中不同的地址，将所有主机和路由器的 IP 地址与网络的网络号都注释在相应设备处，网络的最终配置如下，如若发现路由器接口为红色，这是因为路由器接口尚未开启：

3.配置默认网络：即为每个主机配置一个连接的路由器的接口的IP地址作为默认网关，在为每个主机配置IP地址与子网掩码相同的位置，选择【Default Gateway】，输入IP地址即可配置默认网关：

实验内容：

任务一：为各路由器配置动态路由协议

1.查看各路由器的路由表信息：点击 Inspect 按钮，再点击路由器 1，选择路由表，或者进入路由器的命令行界面，输入 enable 进入特权模式，再输入 show ip route，即可查看路由器的初始路由表：

2．为各路由器接口启动 RIP 协议：首先在事件列表中仅显示 ICMP 和 RIP 事件，单击路由器3，点击配置界面，点击 RIP，为该路由器通告其所连网络，在此步骤中，需要我们根据我们所配置的网络拓扑自行添加路由器所连网络：

若RIP协议添加完成后，在路由器处则会开始显示数个RIP协议包（如左图所示），预备发送给邻近的各个主机，右图为，为所有路由器添加RIP协议后的情况：

3．单击向前捕获按钮，使得各路由器之间相互发送 RIP 报文：经过多次交互后，各路由器会生成新的路由表，点击 Inspect 按钮，再点击路由器 1，选择路由表，可以观察到路由表中有类型为 R 的路由信息，该信息就是由 RIP 协议自动生成的路由信息：

任务二：测试网络的连通性

（1）添加 PC0 到 PC1 的 ICMP 报文，观察报文的走向：

1.由PC0向PC1发送ICMP数据包，PC0根据默认网关设置，将ICMP数据包发送给路由器3：

2.路由器3在接收到ICMP数据包后，根据路由表，直接将数据包转发给了路由器5而跳过了路由器4，路由器5也是在接收后根据路由器将ICMP数据包发送给了目的主机PC1，路由器3不将数据包发送给路由器4的原因在于：RIP 协议是一种基于距离向量的路由协议，它会在网络中选择最佳（最短）路径来进行数据的传输，而在此网络拓扑中，直接发送给路由器5是最短的路径：

3.最后，PC1在接收到ICMP数据包后向PC0发送应答数据包，根据RIP协议的原则，仍是通过原路径，即路由器5—>路由器3—>PC0的路径返回给主机0：

（2）考虑路由器 3 的转发表，可以观察数据包到达网络10.0.0.0/8有两条不同的路径，思考计算机在转发报文时应该走哪一条路径：

点击路由器 1，进入命令行界面，进入特权模式，输入 ping10.0.0.2，出现如下一行文字，其含义为从路由器3向路由器5的10.0.0.2接口发送5个100-byte的ICMP数据包，单击捕获按钮，依次观察几个 ICMP 报文的发送情况：

第一次		路由器3直接将ICMP数据包通过串行线发送给路由器5中IP地址为10.0.0.2的接口，而路由器5也通过串行线返回应答包给路由器3。
第二次		在第二次传输ICMP数据包的过程中，路由器将ICMP数据包先发送给路由器4，由路由器4发送给路由器5中IP地址为10.0.0.2的接口，但路由器5通过串行线返回应答包给路由器3。
第三次		路由器3直接将ICMP数据包通过串行线发送给路由器5中IP地址为10.0.0.2的接口，而路由器5也通过串行线返回应答包给路由器3，综上是重复第一次的数据传输。

后续的第四次与第五次的ICMP数据包的传输过程，同样是分别重复第二次与第一次ICMP数据包传输的过程，出现这种情况的原因在于RIP协议会对等价路由做负载均衡的特性。

RIP协议使用ICMP数据包的跳数作为度量值，而当网络上存在去往目标的路由上有两条以上都是相同度量值时，就出现了我们所说的等价路由，也就是我们在上述实验步骤（2）中出现的情况，面对这样一种情况，自然我们的路由器需要考虑，使用哪一条路径传输我们的ICMP数据包，这个方法就是我们在上述内容中提到的负载均衡。

通过课堂学习与查阅网络可知，负载均衡分为基于目的地的负载均衡与基于数据包的负载均衡，后者为我们此次实验所使用的负载均衡方法。使用基于数据包的负载均衡，路由器可以在路径上连续发送数据包而不用考虑具体的主机或用户情况。除此之外特别注意的是：这种负载均衡机制采用轮转办法(即各个路径交替使用的方法)来确定每个数据包采用哪条路径到达目的地, 这样做的好处在于平均分配网络流量，防止任何一条路径因数据包过载而造成的网络拥堵问题，保证在多条链路上进行负载均衡，从而提高网络的整体吞吐量和可靠性。

通过查阅资料可知：早期的IOS中的RIP路由协议最大可以支持6条等价负载均衡的路径，默认情况下RIP支持4条路径，最新的IOS可以支持32条的RIP的多条路径转发。

（3）删除路由器 3 与路由器 4 之间的连接线，观察各路由器路由表的变化情况：

由于该部分实验为后续重做，因此IP地址与接口等内容有些许无法与之前实验内容相对应：

路由器	删除前	删除后	分析
路由器3			路由器3将只保持自身接口、直连网络的相关信息与部分RIP协议的信息，而网络20.0.0.0的所有信息都被删除了。
路由器4			路由器4同样将只保持自身接口、直连网络的相关信息与部分RIP协议的信息，而网络20.0.0.0的所有信息都被删除了。
路由器5			路由器5由于并不与删除连接线所在的网络直接相连，因此并没有过多变化，只删除了两个由先前RIP协议获得的20.0.0.0网络路由信息。

实验结果、分析与结论：

思考题：

（1）重复上述实验过程：

重复上述实验过程得到结果与原实验结果相同，在此我们介绍记录总结各个计算机网络对象清空信息的方法：主机清空 ARP 缓存方法：进入命令行，输入 arp -d；路由器清空 ARP 缓存方法：进入路由器命令行界面，进入特权模式，输入 clear arp，或点击重新给设备上电按钮直接重启；

RIP 路由信息清除方法：单击路由器，进入命令行界面，依次输入 en>conf t>no router rip：

（2）设计一个 RIP 路由度量为 2 以上的网络来验证 RIP 协议认为的最好路由是最短路径路由：

1.配置网络拓扑如下图所示，并且根据实验要求，为每台主机与路由器的接口配置IP地址:

2.为所有路由器启动RIP协议，并查看得到路由表如下图所示：

3.点击路由器 12，进入命令行界面，进入特权模式，输入 ping192.168.2.1，出现如下一行文字，其含义为从路由器12向路由器9的192.168.2.1接口发送5个100-byte的ICMP数据包，单击捕获按钮，依次观察几个 ICMP 报文的发送情况：

可以看到在此步骤中无论重复多少次，发送什么样的数据，数据包都只会经过网络30.0.0.0发送给路由器9，而并不经过路由器1、路由器2与路由器7，这是因为该网络所在的路径是网络中的最短路径，而RIP协议认为最好的路由是具有最小跳数（即经过的路由器数量最少）的路由，这也符合我们实验中出现的现象。

实验心得与体会：

1. 与上一次实验课IP数据报发送和转发流程的内容相比，本次实验课的操作与原理都较为简单，核心内容就在于理解RIP协议的核心思想，在实验课中，我们具体学习了RIP协议的相关理论知识，但对于距离向量算法与周期性路由更新等具体是如何操作的，并没有较为深入与较为详细的认识；
2. 而通过此次实验课的内容，我们不仅掌握了在Cisco Packet Tracer中对路由器添加串行线（以解决接口不足的问题）的方法，同时还重点掌握了动态路由的配置方法（包括查看路由表与启动RIP协议），在实验中更为直观的观察了RIP协议中各个路由器信息交换的过程，对于周期性路由更新有了更为深刻的认识；
3. 在此次实验中我们还使用了路由器的PING指令，作为一种用于测试网络连接的常见工具，PING指令用于向指定的目标发送ICMP回显请求，并等待目标返回应答数据包，一般形式为ping  <目标IP地址>；
4. 综上，RIP协议是一种基于距离向量算法的动态路由协议，其核心思想是分布式的距离向量算法，通过定期更新路由表信息，在网络中选择最小跳数的路径作为最优路径，在中小规模的网络中有非常好的应用前景。