引言
在计算机网络的世界里，子网划分与路由器配置是构建高效通信网络的核心技能。想象一下，如果一个拥有四个校区的理工大学需要实现跨校区的网络互联，如何规划IP地址、配置路由协议，让数千台设备无缝通信？本次实验通过模拟这一场景，结合Packet Tracer工具，深入探索了CIDR技术、静态路由与动态RIPv2协议的实践应用。通过从理论到实操的完整流程，不仅验证了网络设计的可行性，更揭示了网络优化的必要性。
正文
1. 规划网络拓扑
首先，在软件中绘制下图所示网络拓扑，先添加相应设备。
图1 网络拓扑
然后连接路由器时会遇到一个问题，即我们所选择的1841路由器只有两个以太网端口，但是在实验中"标营校区"和"中心校区"的路由器需要三个端口。因此我们人为的为这两个路由器添加一个端口。在关闭路由器后按照图2所示进行拖拽后再将路由器打开即可：
图2 添加端口具体操作图
2. 划分IP 地址块
绘制网络拓扑后，下一步需要为各校区分配IP地址。由于总部为学校分配的IP地址为20.22.0.0/18,每个校区有1000台设备，而2^9<1000<2^10,所以需要10位作为主机号，子网掩码为255.255.252.0。由于不同校区的接入器互联需要划分一个子网空间，所以实际需求为7个子网，其中32-18-10=4，2^4=16>7,所以取四位作为子网号可以满足要求。根据上述划分机制，可设计出各个校区的地址空间划分方案：
表1 地址空间划分方案
| 校区 | 地址空间前缀 | IP地址数目 | 子网掩码 |
|---|---|---|---|
| 岔路口校区 | 20.22.0.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 岔路口-标营 | 20.22.4.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 标营校区 | 20.22.8.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 标营-中心 | 20.22.12.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 中心校区 | 20.22.16.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 中心-双龙街 | 20.22.20.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 双龙街校区 | 20.22.24.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
3. 配置路由器及主机接口属性
根据步骤2中的划分方案，可将主机和路由器的参数进行配置（由于参数配置图片过多，且原理一致，故下图仅放出岔路口校区路由器Fa0/0端口的参数配置和PC0的参数配置）
图3 岔路口校区路由器Fa0/0端口的参数配置
图4 PC0的参数配置
4. 配置路由器的接口IP 地址
在步骤3中已经通过图形界面配置了路由器的接口 IP 地址，故这里不在赘述，配置完成后可以发现网络拓扑中的所有链路均已变成绿色，如图5所示，但这时仅是物理联通，由于没有配置路由表，各子网间并不能实现通信。
图5 路由器接口地址配置成功
此时查看路由器的路由表，图6展示的是"岔路口校区"路由器的路由表，可以看到表中仅有与其直接相连的子网信息：
图6 "岔路口校区"路由器的路由表
随后，我们测试主机间的通信，通过"ping +测试主机IP"指令进行测试，图7中ping失败表明了此时不同子网间不能进行通信。
图7 主机连通性测试
5. 配置静态路由
在步骤2中我们设计了7个子网，在这里需要让每个路由器中有所有子网的信息，对于缺少的子网信息可采用配置静态路由的方法进行添加。
在相应路由器的config窗口中进入Static界面，Network中填入需要添加的静态路由，Mask即子网掩码，Next Hop为下一跳路由器接口的IP地址，图8是为岔路口校区路由器配置到达子网20.22.8.0、20.22.12.0、20.22.16.0、20.22.20.0、20.22.20.0的静态路由的界面：
图8 添加静态路由
在添加完成后，可以查询到此时的路由表，见图9。
图9 岔路口校区路由器的路由表
按照上述配置方法，可配置剩下三个校区的路由器的静态路由，配置完成后的路由表见图10-12。
图10 标营校区路由器的路由表
图11 中心校区路由器的路由表
图12 双龙街校区路由器的路由表
6. 测试主机之间的连通性
此时再使用ping命令进行测试不同子网间主机的连通性，图13为位于岔路口校区的PC0向位于双龙街校区的PC5发起ping测试，可见经过配置静态路由后，位于不同子网间主机已可以正常通信。
图13 连通性测试
然后，使用浏览器继续测试主机到中线校区子网内Web服务器的连通性，图14为http服务器的配置界面：
图14 服务器的配置界面
最后在主机0中使用"Web Browser"服务，在地址栏中输入"http: //20.22.16.25",连接服务器后可以看到图15所示界面：
图15 成功访问Web服务器
结果表明PC0可以和Web服务器进行通信，实际上，利用其它主机进行测试也会获得类似结果，这里不再赘述。
7. 配置动态路由协议RIP
在该步骤中我们首先删除步骤5中添加的静态路由，随后令路由器使用RIPv2算法。下面以在岔路口校区路由器的配置为例，首先在CLI界面输入相应指令，具体输入的指令见图16。
图16 配置路由器
对其他路由器也进行类似配置，配置完成后，我们再打开岔路口路由器的CLI界面进行查看路由表信息，查询指令及运行结果见图17。
图17 查看路由器路由表
由路由表可见，仅有两个子网与该路由器直接相连，其他子网均需经过20.22.4.25转发，且到不同子网距离分别为1到3不等。
配置完成后，可以使用步骤6中的方法进行测试主机间的连通性，测试发现各主机间是连通的，这里不再赘述。
思考：路由器如何通过相互交换信息获得（更新）自己的路由表？
答：路由器通过定期广播RIP更新消息，向邻居路由器发送自己的路由表信息。邻居路由器接收到这些消息后，会比较并更新自己的路由表，如果收到的路由信息更优（例如跳数更少），则更新路由表。此外，路由器还会通过触发更新机制、老化计时器和垃圾收集计时器等手段，动态维护路由表，确保路由信息的准确性和及时性，同时防止路由环路。
8. 查看路由器交换RIP 报文的过程
打开模拟模式，然后使用过滤器将除RIP和UDP之外的选项全部去除，连续点击"capture/forwoad"按钮，进行观察RIPv2报文的传递方向。
图18 模拟模式下查看RIPv2报文
双击任何一个报文，可以看到该报文的首部信息。分析发现该报文的目的地址为224.0.0.9，这是一个多播地址，表明RIPv2协议在向邻居路由器发送路由更新时采用了多播方式。
图19 RIPv2报文基本结构
随后，在outbound PDU detail 窗口内，可以查看报文的详细信息，在Outbound PDU Detail窗口中，可以看到RIP v2报文的详细信息，包括命令类型（CMD: 0x2，表示响应报文）、版本号（VER: 0x2，表示RIP v2）、地址族标识符（ADDR FAMILY: 0x2，表示IPv4地址家族）、网络地址（NETWORK: 20.22.8.0、20.22.12.0、20.22.16.0、20.22.20.0、20.22.24.0）、子网掩码（SUBNET: 255.255.252.0）、下一跳地址（NEXT HOP: 20.22.4.25）和度量值（METRIC: 分别为0x1、0x1、0x2、0x2、0x3）。这些信息表明，该路由器正在向其邻居路由器发送关于五个直连网络的路由更新，其中度量值为1的网络表示直接相连，度量值为2的网络表示通过一个中间节点可达，而度量值为3的网络表示需要通过两个中间节点才能到达。这体现了RIP v2协议通过多播技术定期向邻居路由器发送路由信息，以保持路由表的动态更新和一致性。
图20 RIPv2报文数据信息
9. 改进网络规划设计
在上述过程中我们将两个直接相连的路由器也作为一个子网处理，为其划分了1024个的地址空间，但是实际上仅需要分配4个地址空间即可，这无疑会造成地址空间浪费，因此需要修改子网掩码为255.255.255.252，对路由器端口处的IP地址进行重新规划，改进后的规划方案见表2：
表2 改进后的地址空间划分方案
| 校区 | 地址间前缀 | IP地址数目 | 子网掩码 |
|---|---|---|---|
| 岔路口校区 | 20.22.0.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 岔路口-标营 | 20.22.4.0/30 | 4 | 255.255.255.252 |
| 标营校区 | 20.22.8.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 标营-中心 | 20.22.12.0/30 | 4 | 255.255.255.252 |
| 中心校区 | 20.22.16.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
| 中心-双龙街 | 20.22.20.0/30 | 4 | 255.255.255.252 |
| 双龙街校区 | 20.22.24.0/22 | 1024 | 255.255.252.0 |
由于此时路由器的部分端口IP地址已被修改，因此静态路由也需重新配置，重新配置之后各路由器中的路由表见图21-24：
图21 岔路口校区路由器的路由表
图22 标营校区路由器的路由表
图23 中心校区路由器的路由表
图24 双龙街校区路由器的路由表
修改路由表之后，各主机间恢复通信，图25为PC0成功ping通PC4的测试图：
图25 测试连通性
此时还有一个问题，即由于路由器间的连线没有形成环路，所以当任一线路出现问题时都会导致网络瘫痪，所以为了提高网络容错率，可将"岔路口校区"和"双龙街校区"的路由器进行相连，此时需要为新的子网进行地址划分，新分配的地址空间方案见表3：
表3 新添加的地址空间划分方案
| 校区 | 地址间前缀 | IP地址数目 | 子网掩码 |
|---|---|---|---|
| 岔路口-双龙街 | 20.22.28.0/30 | 4 | 255.255.255.252 |
为涉及到的两个路由器配置完成后的网络拓扑如图26所示：
图26 网络拓扑
此时由于形成环路，因此对于之前添加的静态路由需要进行补充（因为此时下一跳的IP地址有两个，之前只输入了一个），补充完成后，改进也就结束了。
该网络拓扑由"pkt4-1.pkt"改进成了"pkt4-3.pkt"（由于上述叙述已经清晰表达，故"pkt4-3.pkt"中并未添加需要补充的静态路由）。而若要对"pkt4-2.pkt"进行改进，则也应与之类似，这里不在过多赘述。
结语
本次实验通过模拟理工大学的网络互联场景，深入实践了子网划分、静态路由与RIPv2动态路由的配置。从IP地址规划到路由协议优化，不仅验证了理论知识，更揭示了网络设计中"细节决定成败"的真谛------例如，看似微小的子网掩码选择差异，可能直接影响地址利用率与网络稳定性。
未来，随着网络规模扩大和复杂度提升，动态路由协议的优势将更加显著。而本次实验中积累的故障排查经验（如端口不足、IP冲突、路由表配置错误）也提醒我们：网络设计需兼顾效率与容错性，同时注重实践中的灵活调整能力。
补充
若需进一步了解实验细节（如配置命令、报文分析图等），可参考Packet Tracer文件。以下为分享链接： pan.baidu.com/s/1qPcZb2gU...。