课程设计III：路由与路由协议实验报告

课程设计III：路由与路由协议实验报告课程名称计算机网络（课程设计III）设计题目路由与路由协议姓名学号班级指导教师实验平台CiscoPacketTracer完成日期一、设计目的本设计以三台路由器串联的小型网络为载体，依次用静态路由、RIPv2、OSPFv2三种方式实现全网互通，达到以下目的。1．理解路由表的构成与查表转发过程，分清直连路由、静态路由、动态路由的来源与标记。2．掌握距离矢量与链路状态两类协议在度量方式、信息交换、防环机制上的本质差异。3．掌握CiscoIOS下接口配置、静态路由、RIP、单区域OSPF的常用命令与验证命令。4．能够用管理距离解释"同一目的网络被多种协议同时覆盖"时的取舍结果，并据此解释实验中必须先删除静态路由的原因。5．通过断链测试对比两种动态协议的故障检测时间，理解收敛速度的实际来源。二、设计环境与设备清单设备型号、数量接口配置用途R1Cisco2811，1台Fa0/0、Fa0/1边界路由器，连接PC1网段与R1—R2互联段R2Cisco2811，1台Fa0/0、Fa0/1，另加装HWIC-2FE提供Fa0/2中间路由器，三个方向分别连接R1、PC2网段、R3R3Cisco2811，1台Fa0/0、Fa0/1边界路由器，连接R2—R3互联段与PC3网段SW1、SW2二层交换机，2台普通10/100端口分别接入PC1、PC3，便于后续扩展多台主机PC3台以太网卡终端，用于ping与tracert验证线缆直通线、交叉线若干—PC到交换机用直通线，路由器之间用交叉线实施前提：Cisco2811板载只有2个快速以太网口（Fa0/0、Fa0/1），而本设计中的R2需要3个以太网口。因此必须在R2的HWIC插槽中加装一块2口快速以太网卡（HWIC-2FE，2811最多支持1块），才能得到Fa0/2。若不加装该卡，可改用串口互联（两侧各加装WIC-1T，用串口线连接），此时拓扑与路由逻辑不变，只需把接口名和网段相应替换。三、拓扑结构与地址规划3.1拓扑结构采用R1—R2—R3线形串联结构，两端各挂一个用户网段，R2另挂一个直连网段，共4个网段。text

拓扑示意

[PC1192.168.1.10]

|

[SW1]

|Fa0/0192.168.1.1

[R1]

|Fa0/1192.168.12.1

|=======192.168.12.0/24=======|

|Fa0/0192.168.12.2

[R2]Fa0/1192.168.2.1---[PC2192.168.2.10]

|Fa0/2192.168.23.1

|=======192.168.23.0/24=======|

|Fa0/0192.168.23.2

[R3]

|Fa0/1192.168.3.1

[SW2]

|

[PC3192.168.3.10]3.2IP地址规划设备接口IP地址子网掩码R1Fa0/0192.168.1.1255.255.255.0R1Fa0/1192.168.12.1255.255.255.0R2Fa0/0192.168.12.2255.255.255.0R2Fa0/1192.168.2.1255.255.255.0R2Fa0/2192.168.23.1255.255.255.0R3Fa0/0192.168.23.2255.255.255.0R3Fa0/1192.168.3.1255.255.255.0PC1网卡192.168.1.10255.255.255.0，网关192.168.1.1PC2网卡192.168.2.10255.255.255.0，网关192.168.2.1PC3网卡192.168.3.10255.255.255.0，网关192.168.3.1互联段统一采用192.168.12.0/24、192.168.23.0/24，便于在路由表中一眼区分"用户网段"与"路由器之间的连接段"。三个阶段依次实施：阶段一用静态路由打通全网，阶段二改用RIPv2，阶段三改用单区域OSPF，每阶段结束后保留配置截图与路由表输出用于比对。四、协议原理要点4.1路由与路由表的构成路由器收到数据包后，以目的IP在路由表中做最长前缀匹配，命中后按下一跳或出接口转发。一条路由记录包含目的网络、掩码、下一跳、出接口、管理距离（AD）与度量值。路由表中的标记指示来源：C为直连，S为静态，R为RIP，O为OSPF。4.2RIPRIP属距离矢量协议，以跳数为度量，最大可用跳数为15，跳数达到16即视为不可达，因此只适合小型网络。RIPv2相对RIPv1支持无类路由与VLSM、支持报文认证、改用组播224.0.0.9发送更新，并可通过关闭自动汇总传播子网信息。Cisco设备的RIP默认开启自动汇总，这是本实验中必须执行noauto-summary的原因。其默认计时器为更新30秒、失效180秒、抑制180秒、清除240秒，故障感知依赖"等不到更新"，速度天然较慢。防环依赖水平分割、毒性逆转、触发更新与抑制计时器。4.3OSPFOSPF属链路状态协议，路由器通过泛洪LSA（组播224.0.0.5、224.0.0.6）建立一致的链路状态数据库，再各自用SPF算法计算最短路径，因此不存在距离矢量协议的计数到无穷问题。度量值为开销Cost，默认按10的8次方除以接口带宽计算，100Mbit/s及以上链路开销均为1，需要区分不同链路时才调整参考带宽。广播网与点对点网的默认Hello间隔为10秒、Dead间隔为40秒，Dead为Hello的4倍，40秒收不到Hello即判定邻居失效，这是OSPF故障感知明显快于RIP的直接原因。非骨干区域必须与骨干区域Area0相连，确有物理限制时可使用虚连接过渡。4.4管理距离：为什么第二阶段必须先删静态路由同一目的网络被多种协议同时覆盖时，路由器只采纳管理距离最小的一条。直连为0，静态为1，OSPF为110，RIP为120。因此配置RIP时若不先删除阶段一的静态路由，静态路由会一直压制RIP学到的路由，路由表始终显示S而看不到R，实验现象与预期不符。这不是故障，而是管理距离优先规则的正常结果。五、配置实现5.1阶段一：静态路由思路是每个路由器只需知道"不属于自己直连的网段"走哪个下一跳。R1需要去往192.168.2.0/24与192.168.3.0/24，下一跳为R2的Fa0/0；R2需要去往1.0与3.0；R3需要去往1.0与2.0。text

R1：接口与静态路由

enable

configureterminal

hostnameR1

interfacefa0/0

ipaddress192.168.1.1255.255.255.0

noshutdown

interfacefa0/1

ipaddress192.168.12.1255.255.255.0

noshutdown

iproute192.168.2.0255.255.255.0192.168.12.2

iproute192.168.3.0255.255.255.0192.168.12.2

end

writetext

R2：接口与静态路由

enable

configureterminal

hostnameR2

interfacefa0/0

ipaddress192.168.12.2255.255.255.0

noshutdown

interfacefa0/1

ipaddress192.168.2.1255.255.255.0

noshutdown

interfacefa0/2

ipaddress192.168.23.1255.255.255.0

noshutdown

iproute192.168.1.0255.255.255.0192.168.12.1

iproute192.168.3.0255.255.255.0192.168.23.2

end

writetext

R3：接口与静态路由

enable

configureterminal

hostnameR3

interfacefa0/0

ipaddress192.168.23.2255.255.255.0

noshutdown

interfacefa0/1

ipaddress192.168.3.1255.255.255.0

noshutdown

iproute192.168.1.0255.255.255.0192.168.23.1

iproute192.168.2.0255.255.255.0192.168.23.1

end

write验证：在R1执行showiproute，应看到两条标记S的路由；在PC1上ping192.168.2.10与192.168.3.10应全部通，tracert应依次显示R1、R2（或R3）的互联段地址。5.2阶段二：RIPv2先删除阶段一的静态路由，再启用RIPv2。删除时按原命令逐条no掉，或用noiproute加目的网络与掩码。text

先清除静态路由，再启用RIPv2

!在R1、R2、R3上分别执行，删除各自配置的静态路由

noiproute192.168.2.0255.255.255.0192.168.12.2

!依次清空本机全部静态路由后，再执行：

!R1

routerrip

version2

noauto-summary

network192.168.1.0

network192.168.12.0

passive-interfacefa0/0

exit

!R2

routerrip

version2

noauto-summary

network192.168.12.0

network192.168.2.0

network192.168.23.0

exit

!R3

routerrip

version2

noauto-summary

network192.168.23.0

network192.168.3.0

passive-interfacefa0/1

exit说明三点。一是version2与noauto-summary必须同时配置，否则子网信息可能被汇总成有类网络，导致跨网段访问异常。二是RIP的network命令按有类网络匹配接口，本实验所有地址都落在192.168.0.0/16之内，三条network语句实际都启用同一批接口，分开书写只为对照阅读方便。三是passive-interface用于面向终端的那一侧接口，使路由器不在用户网段上发送RIP更新，既减少广播又避免泄露路由信息。5.3阶段三：单区域OSPF同样先删除RIP配置（norouterrip），再启用OSPF。注意network命令后面跟的是反掩码，不是子网掩码；router-id建议显式指定，便于在邻居表中辨识。text

关闭RIP并启用OSPF（Area0）

!R1、R2、R3分别执行norouterrip，然后：

!R1

routerospf1

router-id1.1.1.1

network192.168.1.00.0.0.255area0

network192.168.12.00.0.0.255area0

passive-interfacefa0/0

exit

!R2

routerospf1

router-id2.2.2.2

network192.168.12.00.0.0.255area0

network192.168.2.00.0.0.255area0

network192.168.23.00.0.0.255area0

exit

!R3

routerospf1

router-id3.3.3.3

network192.168.23.00.0.0.255area0

network192.168.3.00.0.0.255area0

passive-interfacefa0/1

exit验证命令：showipospfneighbor应看到状态为FULL的邻居；showipospfdatabase应看到一致的链路状态数据库；showiprouteospf或showiproute应看到标记O的路由；showipospfinterfacefa0/1可核对Cost与Hello10、Dead40的计时器是否正常。六、测试与验证编号测试项操作预期结果与判据1直连连通各PCping本网段网关全部通，说明接口与掩码配置正确2静态路由全网互通PC1pingPC2、PC3；R1执行showiprouteping全通；路由表出现标记S的非直连网段路由3RIPv2路由学习R1执行showiproute与showipprotocols出现标记R的路由；协议信息显示RIPv2、更新周期30秒4RIP故障感知断开R1—R2链路，在R1上观察路由表并用debugiprip跟踪约180秒后相关路由标记为不可达，240秒后被清除；因拓扑无冗余路径，跨网段业务中断，这属正常现象而非配置错误5OSPF邻居建立R2执行showipospfneighbor与R1、R3的邻居状态均为FULL6OSPF数据库一致三台设备分别执行showipospfdatabaseLSA数量与内容一致，说明区域同步完成7OSPF故障感知断开同一条链路，记录邻居状态变化时间约40秒（Dead间隔）后邻居转为DOWN，相关O路由撤销，明显快于RIP的180秒8路径切换能力对比按第七部分加装R1—R3冗余链路后重复断链测试断链后业务经由备用链路继续，路由表出现新的下一跳；此测试应用于验证"收敛"而非仅验证"撤销"需要说明的一点：本设计的原始拓扑为线形串联，任何一条互联链路断开都会使网络分裂，因此不存在可切换的备用路径。在线形拓扑上做断链测试，只能观察到"失效路由被撤销"，不能观察到"业务改用另一条路径"。若报告需要论证收敛速度差异，必须按第七部分增加冗余链路，否则结论缺少实验支撑。七、拓展：冗余链路与路径选择对比在R1与R3之间增加一条直连链路，两侧各加装一块WIC-1T串口卡，用串口线互联，网段取192.168.13.0/24，R1为192.168.13.1、R3为192.168.13.2。串口链路在真实设备上需由DCE一侧执行clockrate指定时钟，PacketTracer中通常可省略。text

冗余链路接口配置（两侧）

interfaceserial0/0/0

ipaddress192.168.13.1255.255.255.0

noshutdown

!若本端为DCE，追加：clockrate64000随后在RIP与OSPF中各补一条声明：RIP下加network192.168.13.0，OSPF下加network192.168.13.00.0.0.255area0。此时从R1去往192.168.3.0/24存在两条路径：经R2的两跳以太链路，以及经串口的一跳直连链路。协议实际选择的路径原因与本设计想说明的问题RIP串口直连链路（1跳）RIP只看跳数，1跳优于2跳，完全不考虑串口带宽远低于快速以太网。这正是距离矢量协议"以跳数代质量"的典型缺陷OSPF经R2的两跳以太链路串口默认开销约为64，两跳百兆以太的开销合计为2，代价更小的路径被采纳，说明OSPF的度量能反映链路能力差异断链测试也随之变得有意义：断开R1—R2链路后，RIP需等待180秒失效、240秒清除才改走串口，OSPF约40秒即完成邻居失效判定并改走串口，两者的恢复时间差可直接测量，比空泛地断言"OSPF收敛快"更有说服力。八、三种方案对比对比项静态路由RIPv2OSPFv2协议类型人工配置，非协议距离矢量，内部网关协议链路状态，内部网关协议度量依据无，按管理距离与最长匹配跳数，最大15，16为不可达开销Cost，默认按带宽折算管理距离1120110故障检测无自动检测，需人工改配置约180秒判定失效，240秒清除约40秒（Dead间隔）判定邻居失效信息交换无周期性发送整张路由表，组播224.0.0.9泛洪LSA，建立同构数据库，用SPF计算防环机制无，依赖拓扑设计水平分割、毒性逆转、触发更新、抑制计时器SPF算法本身不产生环路，配合区域划分资源占用最低低，周期更新占用带宽较高，需CPU与内存维护数据库适用场景拓扑固定、出口默认路由、超小型网络小型同构网络、教学演示中大型园区网与骨干网，可分区扩展九、常见故障与排查现象可能原因处置方法接口状态为down接口未执行noshutdown；线缆类型不对进入接口执行noshutdown；路由器之间改用交叉线同网段能ping，跨网段不通PC网关或掩码填错；路由器缺少目的网段路由核对终端网关；用showiproute检查是否缺失条目配置RIP后路由表仍只有S没有R阶段一的静态路由未删除，管理距离1压制120逐条noiproute清除静态路由后重新观察RIP学到的是汇总网段，子网不通未执行version2，或未关闭自动汇总补routerrip下的version2与noauto-summaryOSPF邻居无法建立network后误写子网掩码而非反掩码；router-id冲突；两端Hello、Dead不一致改为0.0.0.255形式的反掩码；显式指定不同router-id；用showipospfinterface核对计时器邻居为FULL但没有O路由network未覆盖该接口所在网段，或接口被设为被动检查network声明范围；确认passive-interface未作用于互联口断链后路由长时间不消失RIP需等180秒失效、240秒清除，属协议默认行为用showipprotocols核对计时器；必要时实验环境内用timersbasic缩短，生产环境保持默认R2上没有Fa0/2可选2811板载仅2个以太网口，未加装扩展卡加装HWIC-2FE后重启设备；或改用串口互联方案十、总结本设计在同一拓扑上依次用静态路由、RIPv2与单区域OSPF实现全网互通，三种方式都能达到业务目标，但代价与可维护性差异明显。静态路由配置直观、不消耗协议资源，适合拓扑固定的小网络和出口默认路由，一