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摘要：为解决网络工程专业在实践教学中，网络设备不足的问题，通过使用Packet Tracer仿真软件，完成动态路由协议配置实验，从而达到和在真实设备操作同样学习效果。本文对Packet Tracer仿真软件做了简要介绍，分别阐述了配置动态路由协议实验原理，实验目的，实验背景，实验内容，实验测试，排错方案和实验总结。
关键词：实践教学；Packet Tracer；动态路由协议
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）19-0030-03
1 引言
目前由于市场应用级网络设备价格较贵，这就导致多数学校基本上无法满足每人一台套的实践要求，更何况网络工程专业的综合型、设计型实训项目，如：网络工程规划和设计类的综合型实践项目，牵涉的就不止一套网络设备。所以，要完成一项综合型的网络工程实训项目，一组学生需要使用多台的交换机、路由器、计算机以及服务器等设备才能完成。为解决这一实践教学短板，我们可以运用思科公司出品的Packet Tracer仿真软件，来完成需要多台网络设备才能完成的综合型实训项目。思科公司开发这套仿真软件是为网络学习者提供一个设计网络、配置网络以及网络排障的模拟环境，同时也为一线工程师的网络基础架构规划提供一个测试环境。通过该仿真软件鲜明直观的图形操作，能帮助学生快速掌握网络的相关理论和提高学生的网络操作技能；而且软件的配置界面与物理设备配置界面完全一致，配置的文档通过TFTP传输到物理设备中，物理设备同样能够正常使用。
2 实验原理
开放最短路径优先（OSPF，Open Shortest Path First），是基于spf算法中的迪克斯加 （Dijkstra）算法来计算最短路径树。OSPF路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）路由协议，一般用于同一个路由域内。路由域是指一个自治系统（AS，Autonomous System），它是指一组通过统一的路由策略或路由协议互相交换路由信息的网络。在这个AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同描述这个AS结构的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。OSPF具体工作过程是：首先路由器发送“hello”包给组播地址224.0.0.5，当相连的邻居路由收到这个“hello”包后就会回复，进而他们相互之间建立邻居关系；其次，OSPF会进行链路状态数据库（LSDB）的交换和更新，从而使整个区域中的全部路由器都有一张相同的链路状态表（LSDB）；接着基于LSDB再结合Dijkstra算法，计算出来无环的路由信息也就是SPF树，然后路由器根據SPF树选择出最佳路径，最后将这个路径加入其路由表中。
OSPF 协议工作过程图如图1 所示，主要包括四个阶段：寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递和计算路由[1]。
3 实验项目设计
3.1 实验目的
通过该实验项目的完成了解OSPF协议的基本工作过程。掌握单区域OSPF的配置方法、多区域OSPF的配置方法以及OSPF的虚链路配置方法。
3.2 案例背景
某集团公司地理范围较大，现希望将不同位置各部门的办公网络互联起来，使他们之间可以互相通信，网络公司根据需求运用OSPF协议进行网络构建。但该集团公司由于业务飞速增长，需要再增加一个网络区域，由于主干区域已经没有接口，只好将该区域连接到主干区域直接的非主干区域上。根据此需求，决定在新增加区域和主干区域共同连接的一个公共区域建立虚链路，解决新增区域和主干区域通信的问题。
3.3 实验拓扑及实验地址规划
在实验拓扑图中共有Area 0、 Area 1、Area 2三个区域，其中Area 0为主干区域，R0和R2为ABR（区域边界路由器）；Area 1、Area 2（新增加的网络区域）为普通区域，Area2 未与 Area0 直连。
实验拓扑如图2：
实验地址规划如下表：
3.4 实验内容
本实验项目设计使用5台路由器和3台PC机构建了一个主干区域（Area 0）和两个普通区域（Area1、Area2），通过一系列配置使Area2的PC机能够与Area 0的PC进行相互通信。
3.4.1 路由器接口地址配置，以路由器R1为例，具体配置指令如下：
R1>enable //由普通模式进入特权模式
R1#configure terminal //由特权模式进入全局配置模式
R1（config）#interface s/0/0/0 //进入高速串行口s/0/0配置模式
R1（config-if）# ip address 10.10.1.1 255.255.255.0 //为s/0/0配置IP地址及掩码
R1（config-if）#clock rate 64000 //DCE端配置时钟频率
R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口
R1（config-if）#interface s/0/0/1 //进入高速串行口s/0/1配置模式
R1（config-if）# ip address 10.13.1.2 255.255.255.0 //为s/0/1配置IP地址及掩码
R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口
R1（config-if）#interface loopback 0 //进入回环端口配置
R1（config-if）# ip address 1.1.1.1 255.255.255.255 // R1的router-id 号设置为1.1.1.1
3.4.2 配置单区域OSPF协议，以路由器R1为例，具体配置指令如下：
R1（config）#route ospf 1 //配置OSPF且进程号为1
R1（config）# network 10.10.1.0 0.0.0.255 area 0
//发布与R2互联的网段属于area0区域
R1（config）# network 10.13.1.0 0.0.0.255 area 0
//发布与R0互联的网段属于area0区域
R1（config）# network 1.1.1.1 0.0.0.0 area0 //OSPF 中发布R1的router-id
3.4.3 配置多区域OSPF协议，以路由器R2为例，具体配置指令如下：
R2（config）#route ospf 1 //配置OSPF且进程号为1
R2（config）# network 10.10.1.0 0.0.0.255 area 0
//发布与R1互联的网段属于area0区域
R2（config）# network 10.11.1.0 0.0.0.255 area 1
//发布与R3互联的网段属于area1区域
R2 （config）# network 2.2.2.2 0.0.0.0 area 0 //OSPF 中发布R2的router-id
3.4.4 配置OSPF 虚链路，具体配置指令如下：
从网络拓扑中，我们可以看到area2区域与area0没有直接连接的物理链路，如果要使area2与area0之间相互通信，我们可以借用公共通道area1进行配置，采用在公共通道区域1建立虚链路的技术方案，解决与主干区域无物理连接区域互相通信的问题。具体配置指令如下：
R2（config）# area 1 virtual-link 3.3.3.3 //在区域一做虚链路
R3（config）# area 1 virtual-link 2.2.2.2 //在区域一做虚链路
3.4.5 实验测试
1） 单区域测试
从R1对R0、R2、PC0分别用ping命令进行测试，结果显示全部ping通，说明单区域配置成功。
2） 多区域测试
从R1对R3属于Area1的端口用ping命令进行测试，结果显示ping通，说明多区域配置成功。
3） 虚链路测试
从图5可看出在未建虚链路之前，主干区域R1路由器无法学习到区域2的路由。
从图6可看出在虚链路建立后，主干区域R1路由器学习到区域2的路由。最终使得PC0和PC1可以互相通讯。如图7：
4 实验总结
由于Packet Tracer仿真软件具有弥补课堂物理设备不足的弊端，可以创建几乎无限数量的网络，鼓励学生实践、发现和故障排除的优势[2]，所以本实验项目运用Packet Tracer仿真软件作为实验工具，结合將网络技术点融入实际案例中的教学方式，提高了学生学习网络知识的兴趣和学习的积极性。但是，我们应该清楚地认识到仿真软件再强大毕竟是一个模拟的环境，和真实的设备还存在一定的差距，不能完全替代真实设备。所以，我们只能将仿真软件作为一种教学手段，还需要结合物理网络设备，进行真实网络环境的实践，只有这样才能培养出真正的网络技术人才。
参考文献：
[1] 杨敏.基于Packet Tracer的OSPF仿真实验[J].网络安全技术与应用，2016（2）.
[2] 胡元闯.基于Packet Tracer的计算机网络实验教学改革研究[J].当代教育实践与教学研究，2018（4）.
关键词：实践教学；Packet Tracer；动态路由协议
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）19-0030-03
1 引言
目前由于市场应用级网络设备价格较贵，这就导致多数学校基本上无法满足每人一台套的实践要求，更何况网络工程专业的综合型、设计型实训项目，如：网络工程规划和设计类的综合型实践项目，牵涉的就不止一套网络设备。所以，要完成一项综合型的网络工程实训项目，一组学生需要使用多台的交换机、路由器、计算机以及服务器等设备才能完成。为解决这一实践教学短板，我们可以运用思科公司出品的Packet Tracer仿真软件，来完成需要多台网络设备才能完成的综合型实训项目。思科公司开发这套仿真软件是为网络学习者提供一个设计网络、配置网络以及网络排障的模拟环境，同时也为一线工程师的网络基础架构规划提供一个测试环境。通过该仿真软件鲜明直观的图形操作，能帮助学生快速掌握网络的相关理论和提高学生的网络操作技能；而且软件的配置界面与物理设备配置界面完全一致，配置的文档通过TFTP传输到物理设备中，物理设备同样能够正常使用。
2 实验原理
开放最短路径优先（OSPF，Open Shortest Path First），是基于spf算法中的迪克斯加 （Dijkstra）算法来计算最短路径树。OSPF路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）路由协议，一般用于同一个路由域内。路由域是指一个自治系统（AS，Autonomous System），它是指一组通过统一的路由策略或路由协议互相交换路由信息的网络。在这个AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同描述这个AS结构的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。OSPF具体工作过程是：首先路由器发送“hello”包给组播地址224.0.0.5，当相连的邻居路由收到这个“hello”包后就会回复，进而他们相互之间建立邻居关系；其次，OSPF会进行链路状态数据库（LSDB）的交换和更新，从而使整个区域中的全部路由器都有一张相同的链路状态表（LSDB）；接着基于LSDB再结合Dijkstra算法，计算出来无环的路由信息也就是SPF树，然后路由器根據SPF树选择出最佳路径，最后将这个路径加入其路由表中。
OSPF 协议工作过程图如图1 所示，主要包括四个阶段：寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递和计算路由[1]。
3 实验项目设计
3.1 实验目的
通过该实验项目的完成了解OSPF协议的基本工作过程。掌握单区域OSPF的配置方法、多区域OSPF的配置方法以及OSPF的虚链路配置方法。
3.2 案例背景
某集团公司地理范围较大，现希望将不同位置各部门的办公网络互联起来，使他们之间可以互相通信，网络公司根据需求运用OSPF协议进行网络构建。但该集团公司由于业务飞速增长，需要再增加一个网络区域，由于主干区域已经没有接口，只好将该区域连接到主干区域直接的非主干区域上。根据此需求，决定在新增加区域和主干区域共同连接的一个公共区域建立虚链路，解决新增区域和主干区域通信的问题。
3.3 实验拓扑及实验地址规划
在实验拓扑图中共有Area 0、 Area 1、Area 2三个区域，其中Area 0为主干区域，R0和R2为ABR（区域边界路由器）；Area 1、Area 2（新增加的网络区域）为普通区域，Area2 未与 Area0 直连。
实验拓扑如图2：
实验地址规划如下表：
3.4 实验内容
本实验项目设计使用5台路由器和3台PC机构建了一个主干区域（Area 0）和两个普通区域（Area1、Area2），通过一系列配置使Area2的PC机能够与Area 0的PC进行相互通信。
3.4.1 路由器接口地址配置，以路由器R1为例，具体配置指令如下：
R1>enable //由普通模式进入特权模式
R1#configure terminal //由特权模式进入全局配置模式
R1（config）#interface s/0/0/0 //进入高速串行口s/0/0配置模式
R1（config-if）# ip address 10.10.1.1 255.255.255.0 //为s/0/0配置IP地址及掩码
R1（config-if）#clock rate 64000 //DCE端配置时钟频率
R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口
R1（config-if）#interface s/0/0/1 //进入高速串行口s/0/1配置模式
R1（config-if）# ip address 10.13.1.2 255.255.255.0 //为s/0/1配置IP地址及掩码
R1（config-if）#no shutdown //激活配置端口
R1（config-if）#interface loopback 0 //进入回环端口配置
R1（config-if）# ip address 1.1.1.1 255.255.255.255 // R1的router-id 号设置为1.1.1.1
3.4.2 配置单区域OSPF协议，以路由器R1为例，具体配置指令如下：
R1（config）#route ospf 1 //配置OSPF且进程号为1
R1（config）# network 10.10.1.0 0.0.0.255 area 0
//发布与R2互联的网段属于area0区域
R1（config）# network 10.13.1.0 0.0.0.255 area 0
//发布与R0互联的网段属于area0区域
R1（config）# network 1.1.1.1 0.0.0.0 area0 //OSPF 中发布R1的router-id
3.4.3 配置多区域OSPF协议，以路由器R2为例，具体配置指令如下：
R2（config）#route ospf 1 //配置OSPF且进程号为1
R2（config）# network 10.10.1.0 0.0.0.255 area 0
//发布与R1互联的网段属于area0区域
R2（config）# network 10.11.1.0 0.0.0.255 area 1
//发布与R3互联的网段属于area1区域
R2 （config）# network 2.2.2.2 0.0.0.0 area 0 //OSPF 中发布R2的router-id
3.4.4 配置OSPF 虚链路，具体配置指令如下：
从网络拓扑中，我们可以看到area2区域与area0没有直接连接的物理链路，如果要使area2与area0之间相互通信，我们可以借用公共通道area1进行配置，采用在公共通道区域1建立虚链路的技术方案，解决与主干区域无物理连接区域互相通信的问题。具体配置指令如下：
R2（config）# area 1 virtual-link 3.3.3.3 //在区域一做虚链路
R3（config）# area 1 virtual-link 2.2.2.2 //在区域一做虚链路
3.4.5 实验测试
1） 单区域测试
从R1对R0、R2、PC0分别用ping命令进行测试，结果显示全部ping通，说明单区域配置成功。
2） 多区域测试
从R1对R3属于Area1的端口用ping命令进行测试，结果显示ping通，说明多区域配置成功。
3） 虚链路测试
从图5可看出在未建虚链路之前，主干区域R1路由器无法学习到区域2的路由。
从图6可看出在虚链路建立后，主干区域R1路由器学习到区域2的路由。最终使得PC0和PC1可以互相通讯。如图7：
4 实验总结
由于Packet Tracer仿真软件具有弥补课堂物理设备不足的弊端，可以创建几乎无限数量的网络，鼓励学生实践、发现和故障排除的优势[2]，所以本实验项目运用Packet Tracer仿真软件作为实验工具，结合將网络技术点融入实际案例中的教学方式，提高了学生学习网络知识的兴趣和学习的积极性。但是，我们应该清楚地认识到仿真软件再强大毕竟是一个模拟的环境，和真实的设备还存在一定的差距，不能完全替代真实设备。所以，我们只能将仿真软件作为一种教学手段，还需要结合物理网络设备，进行真实网络环境的实践，只有这样才能培养出真正的网络技术人才。
参考文献：
[1] 杨敏.基于Packet Tracer的OSPF仿真实验[J].网络安全技术与应用，2016（2）.
[2] 胡元闯.基于Packet Tracer的计算机网络实验教学改革研究[J].当代教育实践与教学研究，2018（4）.