基于DynamipsGUI的两类路由协议的仿真通信实验

基于DynamipsGUI的两类路由协议的仿真通信实验王丽娜1，何军1，侯健敏2，李磊1（1.南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044；2.南京信息工程大学信息与控制学院江苏南京210044）摘要：基于动态路由协议配置方法，应用仿真软件DynamipsGUI实现多个路由器间的虚拟通信过程。设计了网络拓扑结构，分析了路由器端口设置、IP地址分配，以及RIP和划分区域的OSPF路由协议配置命令，通过查看命令分析配置结果是否正确，并使用虚拟主机测试仿真通信的有效性，实验表明，所组建的虚拟网络是可行的。关键词：RIP;OSPF;Dynamips;虚拟通信中图分类号：TP391.9SimulationalCommunicationExperimentonTwoKindsofRoutingProtocolBasedonDynamipsGUIWANGLi-na,1HEJun1,HOUjian-min2,LILei1(1.CollegeofElectronicandInformationEngineering,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,JiangsuNanjing210044,China;2.CollegeofInformationandControl,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,JiangsuNanjing210044,China)Abstract:BasedonthemethodofdynamicroutingprotocolconfigurationandthesimulationsoftwareDynamipsGUI,thevirtualcommunicationprocessofmulti-routersisrealized.Thenetworktopologygraphisdesigned.Theportsofroutersaresetup,andIPaddressesaredistributed.TheconfigurationcommandsofRoutingInformationProtocolandOpenShortestPathFirstProtocolondifferentareasareanalyzed.Withthehelpofdifferentshowcommands,whetheristhecorrectconfigurationresultisanalyzed.WhethersimulationalcommunicationiseffectiveistestedbyapplyingvirtualPCs.Itshowsthatthedesignofthevirtualnetworkisfeasible.Keywords:RoutingInformationProtocol;OpenShortestPathFirst;Dynamips;virtualcommunication1引言计算机网络是由不同类型的网络互联而成的，不同的网络互联不仅是指物理上的连接，而且还能实现相互之间的通信。路由器是连接不同网络的设备，其主要作用是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。当前，由于网络设备造价昂贵，应用各种虚拟实验教学仿真软件组建通信网络，进行虚拟网络设备的配置与网络的测试，成为网络课程实验教学的主要研究方向[1-4]。而在路由器上的仿真配置实验国内主要以单一的路由协议研究为主[5-7]，很少涉及两个或两个以上的不同路由协议的虚拟异构网的研究与仿真。在一个大的互联网络里有各种各样的路由协议应用，所以在虚拟实验环境下实现路由器上的多种配置协议，这样可以让学生充分学习各种路由协议，对学生掌握实验技术很有帮助。虚拟的两类路由协议仿真通信实验不仅符合实际环境，而且有利于网络实验教学方法的改革。本文基于DynamipsGUI仿真软件设计了多路由器上两类路由协议的虚拟实验，并使用虚拟主机进行了实验结论的验证。2路由选择协议与仿真软件2.1路由选择协议[8]路由器最基本的路由原理是保存各种传输路径的相关数据路由表。路由表中保存着该路由器得到的目的网络地址、管理距离值和下一跳的地址等内容。路由器间互通信息进行路由更新，并维护路由表使其能够正确反映网络的拓扑变化，同时由路由器根据度量来决定最佳路径，这就是路由选择协议。典型的路由协议有路由信息协议RIP,开放式最短路径优先协议OSPF和边界网关协议BGP等。本文重点介绍RIP和OSPF两种动态路由协议。(1)路由信息协议RIPRIP是以跳数作为度量的距离向量协议，广泛用于因特网，是一种内部网关协议IGP,在自治系统AS内部执行路由功能。RIP规定，路由器每30s向外广播一个路由更新报文,接到广播的路由器将收到的信息添加到路由表中。每个路由器如此广播，最终网络上所有的路由器都会得知全部的路由信息。同时RIP规定从源到目的路径的最大跳数为15，跳数根据所经过的路由器个数来度量，也就是说网络中的路由器个数最多15个，如果超过15，则认为该目的网络不可达。所以RIP只适用于网络规模较小的环境。(2)开放式最短路径优先协议OSPF随着Internet技术在全球范围的飞速发展，OSPF已成为目前Internet广域网和Intranet企业网采用最多、应用最广泛的路由协议之一。OSPF是一种典型的链路状态路由协议，基于最短路径优先SPF算法计算最佳路由，一般作用于一个自治系统AS内部，也是一个内部网关协议IGP。SPF算法是OSPF路由协议的基础。SPF算法将每一个路由器作为根ROOT来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出网络的拓扑结构图，类似于一棵树，称之为最短路径树。在OSPF协议中，最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的地路由器的距离，称为OSPF的代价Cost。在OSPF协议中，一个网络可以划分为很多个区域area，每一个区域通过边界路由器BDR相连，区域间可以通过路由汇总summary来减少路由信息，减小路由表，提高路由器的运算速度。故OSPF适合网络规模较大的环境。2.2DynamipsGUI简介Dynamips路由模拟器模拟了Cisco路由的硬件环境，加载相应的IOS（InternetOperateSystem）镜像文件,通过真正运行IOS实现对Cisco路由器的模拟，同时加载NM-16ESW模块还可以做交换的部分实验，可以得到一个模拟的Cisco实验环境[9]。Dynamips通过网卡和虚拟出来的设备相连，就象是在VMWare中真实的主机和虚拟系统互相连接一样。要让网卡和虚拟设备进行连接，必须获取网卡参数，需要安装WinPcap(windowspacketcapture),它是windows平台下一个免费公共的网络访问系统，开发WinPcap目的在于为win32应用程序提供访问网络底层的能力[10]。本文采用基于Dynamips内核开发的软件DynamipsGUI，这个模拟器图形前端软件支持9台PC联合进行路由交换模拟，支持路由器44台，交换机44台，适应超大型环境模拟。模拟好的硬件设备需通过终端设备软件SecureCRT等进行访问和实现操作[11]。3实验设计与配置分析利用DynamipsGUI，加载c3640-js-mz.124-10.bin，生成5个Cisco3640型路由器的.bat文件，双击运行，构建虚拟5台路由器互连的小型异构网络，实验拓扑结构如图1所示。本文主要介绍RIP和OSPF两种路由协议的使用，在路由器R2,R3和R4上应用OSPF，并且划分两个区域，其中R2和R3在骨干区域AREA0，R3和R4在普通区域AREA1，在R1和R2,R4和R5之间应用RIP。为了说明两类路由协议在多个路由器上的配置和仿真通信，对主要的部分进行详细分析，包括路由器端口设置及终端IP地址设置，路由协议的配置命令以及结果测试等，简单的部分不做阐述，读者可查阅资料学习。Fig.1experimentalnetworktopologygraph图1实验的网络拓扑图3.1实验运行界面启用SecureCRT5.1，使用Telnet方式，远程登录到5个路由设备上,实验命令操作界面如图2。Fig.2commandoperationinterfacegraph图2命令操作界面图3.2端口和终端IP地址分配表路由器端口设置及终端IP地址分配表如表1。Table1routers’portdesignandterminalIPaddressesdistributiontable表1路由器端口设置及终端IP地址分配表端口IP地址端口IP地址备注R1:F0/0192.168.1.1R1:S1/1200.10.12.1R2:F0/0192.168.2.1R2:S1/0200.10.12.2R2:S1/1195.10.23.1R3:F0/0192.168.3.1R3:S1/0195.10.23.2R3:S1/1195.10.34.1R4:F0/0192.168.4.1R4:S1/0195.10.34.2该网络中R2：S1/0R4:S1/1200.10.45.1和S1/1为DCE,R5:F0/0192.168.5.1R5:S1/0200.10.45.2R4:S1/0和S1/1终端IP地址终端IP地址为DCEPC1192.168.1.2PC2192.168.2.2PC3192.168.3.2PC4192.168.4.2PC5192.168.5.23.3命令配置及解析5个路由器上的操作分别给出分析，为严谨起见，所有配置命令全部采用命令的完整格式。以R2为例给出命令详细解析，其他路由器略。(1)Router1上的配置R1(config)#interfacefastEthernet0/0R1(config-if)#noshutdownR1(config-if)#ipaddress192.168.1.1255.255.255.0R1(config-if)#exitR1(config)#interfaceserial1/1R1(config-if)#noshutdownR1(config-if)#ipaddress200.10.12.1255.255.255.0R1(config-if)#exitR1(config)#routerripR1(config-router)#version2R1(config-router)#noauto-summaryR1(config-router)#network192.168.1.0R1(config-router)#network200.10.12.0(2)Router2上的配置R2(config)#interfacefastEthernet0/0!进入快速以太口F0/0R2(config-if)#noshutdown!激活快速以太口F0/0R2(config-if)#ipaddress192.168.2.1255.255.255.0!配置接口F0/0的IP地址R2(config-if)#exit!退出接口R2(config)#intserial1/0!进入串行接口S1/0R2(config-if)#noshutdown!激活接口S1/0R2(config-if)#clockrate64000!设置接口S1/0的时钟频率R2(config-if)#ipaddress200.10.12.2255.255.255.0!配置S1/0的IP地址R2(config-if)#exit!退出接口R2(config)#interfaceserial1/1!进入串行接口S1/1R2(config-if)#noshutdown!激活接口S1/1R2(config-if)#clockrate64000!设置接口S1/1的时钟频率R2(config-i