編輯推薦
本書是思科網絡技術學院CCNA Exploration路由協議和概念的官方配套教材,描述瞭路由器的結構、元件和運行,並解釋瞭路由器的概念和主要的路由器協議。
本書由Cisco講師編寫,旨在作為參考書供讀者隨時隨地閱讀,以鞏固課程內容以及充分利用時間。另外,本書還包括CCENT/CCNA考試涉及的主題。
本書的編排有助於使讀者將重點放在重要概念上,從而成功地完成本課程的學習。
目標——在每章開始部分以問題的形式概述本章的核心概念。
關鍵術語——在每章開始部分提供本章所引用的網絡術語列錶。
術語錶——超過150條的全新術語參考。
“檢查你的理解”問題和答案——用每章後的問題來進行理解力測試。附錄中的答案對每個問題進行瞭解釋。
挑戰的問題和實踐——利用與CCNA考試中相類似的復雜問題挑戰自己。附錄中的答案對每個問題進行瞭解釋。
內容簡介
思科網絡技術學院項目是Cisco公司在全球範圍推齣的一個主要麵嚮初級網絡工程技術人員的培訓項目。
本書為思科網絡技術學院CCNA Exploration第4版課程的配套書麵教材,主要內容包括:通信和網絡的基本概念介紹,OSI和TCP/IP模型介紹,應用層和傳輸層協議、服務,IP尋址、網絡編址和路由基礎,數據鏈路層和物理層的介紹,以太網技術及其原理,網絡設計和布綫,Cisco路由器和交換機的基本配置。書中每章的最後還提供瞭復習題,附錄中給齣答案和解釋。術語錶中描述瞭有關網絡的術語和縮寫。
本書適閤準備參加CCNA認證考試的讀者以及各類網絡技術人員參考閱讀。
作者簡介
Rick Graziani,在加利福尼亞Aptos CabriUo學院教授計算機科學和計算機網絡課程。Rick在計算機網絡和信息技術領域已經工作瞭近30年的時間。在教書之前,Rick在不同的IT公司,如SantaCruzOperation、Tandem Computers、Lockheed Missiles與Space Corporation工作。他在加利福尼亞州立大學Monterey Bay獲得瞭計算機科學和係統理論M.A。Rick也為思科和其他公司提供谘詢服務。在Rick不工作時,他喜歡衝浪。Rick渴望在他最喜歡的Santa Cruz進行衝浪。
內頁插圖
目錄
第1章 路由和數據包轉發介紹 1
1.1 目標 1
1.2 關鍵術語 1
1.3 路由器內部構造 2
1.3.1 路由器是計算機 2
1.3.2 互聯網操作係統(IOS) 7
1.3.3 路由器啓動過程 7
1.3.4 路由器端口和接口 12
1.3.5 路由器和網絡層 14
1.4 CLI配置和編址 15
1.4.1 實施基本編址方案 15
1.4.2 基本路由器配置 16
1.5 構建路由錶 23
1.5.1 路由錶簡介 23
1.5.2 直連網絡 24
1.5.3 動態路由 26
1.5.4 路由錶原理 28
1.6 路由決定和交換功能 29
1.6.1 數據包字段和幀字段 29
1.6.2 最佳路徑和度量 30
1.6.3 等價負載均衡 32
1.6.4 路徑決定 32
1.6.5 交換功能 33
1.7 總結 38
1.8 實驗 38
1.9 檢查你的理解 39
1.10 挑戰的問題和實踐 41
1.11 知識拓展 41
1.12 結束注釋 41
第2章 靜態路由 42
2.1 目標 42
2.2 關鍵術語 42
2.3 路由器和網絡 43
2.3.1 路由器的角色 43
2.3.2 拓撲簡介 43
2.3.3 檢查路由器連接 44
2.4 路由器配置迴顧 46
2.4.1 檢查路由器接口 46
2.4.2 配置以太網接口 50
2.4.3 檢驗以太網地址 52
2.4.4 配置串行接口 53
2.4.5 檢驗串行接口 54
2.5 探索直連網絡 57
2.5.1 檢驗路由錶變化 57
2.5.2 直連網絡上的設備 61
2.5.3 思科發現協議(CDP) 64
2.5.4 使用CDP發現網絡 67
2.6 帶下一跳地址的靜態路由 68
2.6.1 ip route的用途和命令語法 68
2.6.2 配置靜態路由 69
2.6.3 路由錶原理與靜態路由 72
2.6.4 通過遞歸路由查找解析送齣接口 74
2.7 帶送齣接口的靜態路由 75
2.7.1 配置帶送齣接口的靜態路由 75
2.7.2 靜態路由和點對點網絡 76
2.7.3 修改靜態路由 77
2.7.4 檢驗靜態路由配置 77
2.7.5 帶以太網接口的靜態路由 79
2.8 匯總靜態路由和默認靜態路由 81
2.8.1 匯總靜態路由 81
2.8.2 默認靜態路由 83
2.9 對靜態路由進行管理和排錯 85
2.9.1 靜態路由和數據包轉發 85
2.9.2 路由缺失故障排除 86
2.9.3 解決路由缺失問題 87
2.10 總結 88
2.11 實驗 88
2.12 檢查你的理解 89
2.13 挑戰的問題和實踐 92
2.14 知識拓展 94
2.15 結束注釋 94
第3章 動態路由協議介紹 95
3.1 目標 95
3.2 關鍵術語 95
3.3 動態路由協議簡介 96
3.3.1 前景和背景知識 96
3.3.2 網絡發現和路由錶維護 98
3.3.3 動態路由協議的優點 98
3.4 動態路由協議的分類 99
3.4.1 IGP和EGP 100
3.4.2 距離矢量和鏈路狀態路由協議 101
3.4.3 有類和無類路由協議 102
3.4.4 動態路由協議和收斂 103
3.5 度量 104
3.5.1 度量的作用 104
3.5.2 度量和路由協議 104
3.5.3 負載均衡 106
3.6 管理距離 107
3.6.1 管理距離的作用 107
3.6.2 動態路由協議和管理距離 109
3.6.3 靜態路由和管理距離 110
3.6.4 直連網絡和管理距離 112
3.7 總結 112
3.8 檢查你的理解 113
3.9 挑戰的問題和實踐 115
3.10 知識拓展 115
第4章 距離矢量路由協議 116
4.1 目標 116
4.2 關鍵術語 116
4.3 距離矢量路由協議簡介 117
4.3.1 距離矢量技術 118
4.3.2 路由協議算法 119
4.3.3 路由協議特性 120
4.4 網絡發現 122
4.4.1 冷啓動 122
4.4.2 初次路由信息交換 122
4.4.3 路由信息交換 124
4.4.4 收斂 125
4.5 路由錶維護 125
4.5.1 周期更新 126
4.5.2 限定更新 127
4.5.3 觸發更新 127
4.5.4 隨機抖動 128
4.6 路由環路 128
4.6.1 什麼是路由環路 129
4.6.2 路由環路的影響 129
4.6.3 計數至無窮大 130
4.6.4 通過設置最大值避免環路 130
4.6.5 通過抑製計時器避免環路 130
4.6.6 通過水平分割規則來避免環路 132
4.6.7 通過IP的TTL避免環路 135
4.7 距離矢量路由協議現狀 135
4.8 總結 137
4.9 檢查你的理解 138
4.10 挑戰的問題和實踐 140
4.11 知識拓展 140
第5章 RIPv1 141
5.1 目標 141
5.2 關鍵術語 141
5.3 RIPv1:距離矢量,有類路由協議 142
5.3.1 背景和概述 142
5.3.2 RIPv1的特徵和消息格式 143
5.3.3 RIP運行 145
5.3.4 管理距離 146
5.4 基本RIPv1配置 147
5.4.1 RIPv1場景A 147
5.4.2 啓用RIP:router rip命令 148
5.4.3 指定網絡 149
5.5 檢驗和排錯 150
5.5.1 檢驗RIP:show ip route命令 150
5.5.2 檢驗RIP:show ip protocols命令 151
5.5.3 檢驗RIP:debug ip rip命令 152
5.5.4 被動接口 154
5.6 自動匯總 155
5.6.1 修改後的拓撲:場景B 155
5.6.2 邊界路由器和自動匯總 158
5.6.3 處理RIP更新 158
5.6.4 發送RIP更新:使用debug查看自動匯總 159
5.6.5 自動匯總的優缺點 160
5.7 默認路由和RIPv1 163
5.7.1 修改後的拓撲:場景C 164
5.7.2 在RIPv1中傳播默認路由 165
5.8 總結 166
5.9 檢查你的理解 167
5.10 挑戰的問題和實踐 169
5.11 知識拓展 171
第6章 VLSM和CIDR 172
6.1 目標 172
6.2 關鍵術語 172
6.3 有類和無類尋址 173
6.3.1 有類IP尋址 173
6.3.2 有類路由協議 175
6.3.3 無類IP尋址 176
6.3.4 無類路由協議 177
6.4 VLSM 178
6.4.1 VLSM的使用 178
6.4.2 VLSM和IP編址 179
6.5 CIDR 182
6.5.1 路由匯總 182
6.5.2 計算路由匯總 183
6.6 總結 184
6.7 檢查你的理解 184
6.8 挑戰的問題和實踐 187
6.9 知識拓展 187
第7章 RIPv2 189
7.1 目標 189
7.2 關鍵術語 189
7.3 RIPv1的限製 190
7.3.1 匯總路由 193
7.3.2 VLSM 193
7.3.3 RFC 1918私有地址 194
7.3.4 思科示例中采用的IP地址 194
7.3.5 環迴接口 194
7.3.6 RIPv1拓撲限製 194
7.3.7 RIPv1:不連續網絡 197
7.3.8 RIPv1:不支持VLSM 200
7.3.9 RIPv1:不支持CIDR 200
7.4 配置RIPv2 202
7.4.1 啓用和檢驗RIPv2 202
7.4.2 自動匯總和RIPv2 205
7.4.3 禁用RIPv2中的自動匯總 206
7.4.4 檢驗RIPv2更新 207
7.5 VLSM和CIDR 209
7.5.1 RIPv2和VLSM 210
7.5.2 RIPv2和CIDR 210
7.6 檢驗RIPv2和對RIPv2排錯 212
7.6.1 檢驗和排錯命令 212
7.6.2 常見RIPv2問題 215
7.6.3 驗證 216
7.7 總結 216
7.8 檢查你的理解 217
7.9 挑戰的問題和實踐 218
7.10 知識拓展 219
第8章 深入討論路由錶 220
8.1 目標 220
8.2 關鍵術語 220
8.3 路由錶結構 221
8.3.1 實驗拓撲 221
8.3.2 路由錶條目 222
8.3.3 第1級路由 223
8.3.4 父路由和子路由:有類路由 224
8.4 路由錶查找過程 229
8.4.1 路由錶查找過程的步驟 229
8.4.2 最長匹配:第1級網絡路由 234
8.4.3 最長匹配:第1級父路由和第2級子路由 237
8.5 路由行為 241
8.5.1 有類和無類路由行為 241
8.5.2 有類路由行為:no ip classless 243
8.5.3 有類路由行為:搜索過程 244
8.5.4 無類路由行為:ip classless 246
8.5.5 路由查找過程 246
8.5.6 無類路由行為:搜索過程 247
8.6 總結 250
8.7 檢查你的理解 251
8.8 挑戰的問題和實踐 253
8.9 知識拓展 254
8.10 結束注釋 254
第9章 EIGRP 255
9.1 學習目標 255
9.2 關鍵術語 255
9.3 EIGRP簡介 256
9.3.1 EIGRP:增強型距離矢量路由協議 257
9.3.2 EIGRP的消息格式 258
9.3.3 協議相關模塊 260
9.3.4 RTP和EIGRP數據包類型 262
9.3.5 Hello協議 264
9.3.6 EIGRP限定更新 264
9.3.7 DUAL:簡介 264
9.3.8 管理距離 266
9.3.9 驗證 266
9.4 基本EIGRP配置 267
9.4.1 EIGRP網絡拓撲 267
9.4.2 自治係統和進程ID 269
9.4.3 router eigrp命令 270
9.4.4 network命令 271
9.4.5 校驗EIGRP 272
9.4.6 檢查路由錶 274
9.5 EIGRP度量計算 276
9.5.1 EIGRP復閤度量及K值 276
9.5.2 EIGRP度量 277
9.5.3 使用bandwidth命令 279
9.5.4 計算EIGRP度量 280
9.6 DUAL 282
9.6.1 DUAL概念 282
9.6.2 後繼路由器和可行距離 283
9.6.3 可行後繼路由器和可行條件及報告距離 283
9.6.4 拓撲錶:後繼路由器和可行後繼路由器 284
9.6.5 拓撲錶:沒有可行後繼路由器 286
9.6.6 有限狀態機 288
9.7 更多的EIGRP配置 292
9.7.1 Null0匯總路由 292
9.7.2 禁用自動匯總 293
9.7.3 手工匯總 296
9.7.4 EIGRP默認路由 299
9.7.5 微調EIGRP 301
9.8 總結 302
9.9 檢查你的理解 303
9.10 挑戰的問題和實踐 305
9.11 知識拓展 305
第10章 鏈路狀態路由協議 307
10.1 學習目標 307
10.2 關鍵術語 307
10.3 鏈路狀態路由 308
10.3.1 鏈路狀態路由協議 308
10.3.2 SPF算法簡介 309
10.3.3 鏈路狀態過程 310
10.3.4 最短路徑優先(SPF)樹 316
10.4 鏈路狀態路由協議實施 320
10.4.1 鏈路狀態路由協議的優點 320
10.4.2 鏈路狀態路由協議的要求 321
10.4.3 鏈路狀態路由協議比較 323
10.5 總結 323
10.6 檢查你的理解 324
10.7 挑戰的問題和實踐 326
10.8 知識拓展 326
第11章 OSPF 327
11.1 學習目標 327
11.2 關鍵術語 327
11.3 OSPF簡介 328
11.3.1 OSPF背景 328
11.3.2 OSPF消息封裝 329
11.3.3 OSPF數據包類型 329
11.3.4 Hello協議 329
11.4 基本OSPF配置 334
11.4.1 實驗拓撲 334
11.4.2 router ospf命令 336
11.4.3 network命令 336
11.4.4 OSPF路由器ID 337
11.4.5 校驗OSPF 340
11.4.6 檢查路由錶 343
11.5 OSPF度量 344
11.5.1 OSPF度量 344
11.5.2 修改鏈路開銷 346
11.6 OSPF和多路訪問網絡 348
11.6.1 多路訪問網絡中的挑戰 349
11.6.2 DR/BDR選擇過程 353
11.6.3 OSPF接口優先級 357
11.7 更多OSPF配置 359
11.7.1 重分布OSPF默認路由 359
11.7.2 微調OSPF 361
11.8 總結 365
11.9 檢查你的理解 366
11.10 挑戰的問題和實踐 368
11.11 知識拓展 368
附錄 檢查你的理解和挑戰性問題的答案 369
前言/序言
思科網絡學院是采用e-learning方式,為學生提供學習互聯網技術的項目。網絡學院通過傳送基於Web的學習內容、在綫測試、學生成績跟蹤和動手實驗幫助學生完成企業標準認證。CCNA課程麵嚮思科認證的網絡工程師(ccNA)認證提供4門課程。本書是官方提供的用於網絡學院CCNA Exploration路由協議和概念在綫教程第4版的補充課本。本書超越瞭早期的版本,提供更多解釋和例子。你可以平時使用在綫教程,而利用本書中更多的例子來鞏固、加深理解。
揭秘網絡核心:深入探索路由協議與核心概念 在數字信息爆炸的時代,網絡已成為我們生活、工作不可或缺的基石。而網絡的穩定、高效運行,離不開精妙的路由機製。本書並非僅僅是技術的堆砌,它是一次深入網絡心髒的旅程,帶領讀者從根本上理解路由器如何工作,數據如何在復雜的網絡中找到最佳路徑,以及構建和維護可靠網絡的關鍵要素。 一、 路由的基石:從原理到實踐 本書首先為讀者構建瞭一個堅實的路由基礎。我們將從最基本的概念入手:什麼是路由?為什麼需要路由?路由器在網絡中扮演著怎樣的角色?這些看似簡單的問題,卻是理解後續復雜協議的關鍵。 IP地址與子網劃分的深度解析: IP地址是網絡通信的“門牌號”,子網劃分則是對這個“社區”進行高效管理的“劃分”。本書將深入講解IPv4地址的結構、分類、私有地址與公有地址的界限,並詳細闡述子網劃分(Subnetting)的各種技巧和場景應用。讀者將學會如何根據實際需求,將一個大型網絡分割成更小、更易於管理的子網,從而優化IP地址利用率,提升網絡性能,並增強安全性。我們將通過大量的實例,讓讀者從理論走嚮實踐,熟練掌握子網掩碼的計算與應用。 MAC地址與ARP協議: 在鏈路層,MAC地址扮演著硬件標識符的角色。本書將闡述MAC地址的生成機製、工作原理,以及它與IP地址在數據傳輸中的配閤。 ARP(Address Resolution Protocol)協議是連接網絡層和數據鏈路層的關鍵橋梁,它負責將IP地址解析為對應的MAC地址。我們將詳細分析ARP的工作流程,包括ARP請求、ARP響應以及ARP緩存的作用,理解ARP在局域網通信中的不可替代性。 交換機工作原理與VLAN劃分: 交換機是構建局域網的核心設備,它負責在同一網絡段內高效地轉發數據幀。本書將深入講解二層交換機的轉發原理,包括MAC地址錶的工作機製、生成樹協議(STP)如何防止網絡環路,以及端口聚閤(Port Aggregation)如何提高帶寬和冗餘性。在此基礎上,我們將詳細介紹VLAN(Virtual Local Area Network)的概念和優勢。VLAN可以將一個物理交換機劃分成多個邏輯隔離的網絡,實現用戶、應用和資源的邏輯分組,提升網絡安全性和管理效率。讀者將學會如何規劃和配置VLAN,以及理解VLAN間路由(Inter-VLAN Routing)的實現方式。 二、 路由協議的奧秘:理解動態路由的演進 動態路由是現代網絡的核心,路由器通過路由協議自動學習和更新網絡信息。本書將帶領讀者係統地學習和理解各種主流的動態路由協議。 距離矢量路由協議(Distance Vector Routing Protocols): RIPv1與RIPv2: 作為最早的動態路由協議之一,RIP(Routing Information Protocol)以其簡單易懂的特性,在小型網絡中仍有應用。我們將詳細介紹RIPv1的不足以及RIPv2的改進,包括支持VLSM(Variable Length Subnet Masking)、使用組播更新等。讀者將學習RIP的度量值(跳數)、更新過程、路由環路及其避免機製。 EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): 思科私有的增強型內部網關路由協議EIGRP,結閤瞭距離矢量和鏈路狀態的優點,以其快速收斂、支持VLSM和靈活的管理特性而備受青睞。本書將深入講解EIGRP的核心概念,包括DUAL(Diffusing Update Algorithm)、鄰居關係建立、RTP(Reliable Transport Protocol)、可行距離(Feasible Distance)與報告距離(Reported Distance)等。讀者將掌握EIGRP的配置和故障排除技巧。 鏈路狀態路由協議(Link-State Routing Protocols): OSPF(Open Shortest Path First): OSPF是目前業界應用最廣泛的內部網關路由協議之一,其基於SPF(Shortest Path First)算法,能夠快速收斂,並提供更優的路由選擇。本書將詳細講解OSPF的工作原理,包括五種LSA(Link-State Advertisement)類型、鄰居關係建立(鄰居狀態轉換)、DR/BDR的選舉過程、區域(Area)劃分(標準區域、骨乾區域、Stub區域、NSSA區域)以及路由計算過程。讀者將學會OSPF的各種配置選項,包括不同類型的網絡(點對點、廣播、NBMA)、路由聚閤(Route Summarization)等,並能進行有效的故障分析。 邊界網關協議(BGP - Border Gateway Protocol): BGP是互聯網路由的核心協議,負責在自治係統(AS)之間交換路由信息。雖然在CCNA級彆,我們不會深入BGP的所有細節,但本書將為讀者打下堅實的基礎。我們將介紹BGP的基本概念,包括AS、AS路徑(AS Path)、路由屬性(Attribute)、以及BGP的Peering(EBGP與IBGP)。理解BGP對於理解互聯網的互聯互通至關重要。 三、 網絡構建與管理:實現可靠的網絡連接 除瞭深入理解路由協議,構建一個穩定、安全的網絡還需要掌握其他關鍵技術。 路由器的基礎配置與操作: 本書將從零開始,指導讀者如何進行路由器的基本配置,包括設置主機名、配置IP地址、設置默認網關、啓用SSH遠程登錄、配置密碼強度等。讀者將熟練掌握路由器的基本命令行接口(CLI)操作,並理解不同模式(用戶模式、特權模式、全局配置模式)的切換。 靜態路由(Static Routing): 雖然動態路由是主流,但靜態路由在某些場景下依然不可或缺。本書將介紹靜態路由的配置、優點與缺點,以及它在特定網絡拓撲中的應用,例如用於連接小型網絡或作為動態路由協議的備份。 ACL(Access Control Lists)的應用: ACL是網絡安全的重要組成部分,它允許管理員控製網絡流量的通過或拒絕。本書將詳細講解標準ACL和擴展ACL的配置,以及如何將ACL應用於路由器接口,實現流量的過濾和訪問控製。讀者將學習如何利用ACL來提高網絡安全性,防止未經授權的訪問。 NAT(Network Address Translation)的配置與原理: 在IPv4地址日益緊張的今天,NAT技術變得尤為重要。本書將深入講解NAT的各種類型,包括靜態NAT、動態NAT和PAT(Port Address Translation),並演示如何在路由器上進行配置。讀者將理解NAT如何允許多個私有IP地址共享一個公有IP地址,從而緩解IPv4地址短缺的問題,並提升內部網絡的安全性。 網絡排錯(Troubleshooting): 掌握路由協議和配置僅僅是第一步,在實際的網絡環境中,故障是不可避免的。本書將提供一套係統的排錯思路和方法,指導讀者如何利用各種命令和工具(如`ping`、`traceroute`、`show ip route`、`show ip interface brief`、`debug`命令等)來定位和解決網絡問題。讀者將學會如何從宏觀到微觀,層層排查,快速有效地診斷並修復網絡故障。 四、 實踐與案例分析:鞏固學習成果 本書並非純粹的理論講解,而是強調理論與實踐相結閤。每章節都配有大量的實驗示例,幫助讀者在模擬環境中親手配置和驗證所學知識。通過循序漸進的實驗設計,讀者將逐步建立起對網絡配置和排錯的信心。 此外,本書還將穿插一些實際的網絡場景分析,例如:如何在一個企業環境中規劃和部署路由協議?如何為不同部門的用戶設計VLAN和ACL策略?如何在NAT環境下進行高效的網絡管理?這些案例分析將幫助讀者將所學知識融會貫通,更好地理解和應用所學的網絡技術。 誰適閤閱讀本書? 網絡技術初學者: 對網絡技術充滿好奇,希望係統學習網絡基礎知識和路由原理。 IT專業人員: 希望提升自身在網絡領域的核心技能,特彆是路由、交換和網絡安全方麵的知識。 備考CCNA認證的學員: 本書的內容高度貼閤CCNA認證考試的知識體係,是備考的理想學習資料。 希望深入理解網絡工作原理的愛好者: 任何對互聯網和數據通信感興趣的讀者。 通過本書的學習,您將不再僅僅是網絡的“使用者”,而是能夠深入理解其“脈絡”的“設計者”與“維護者”,為構建和優化高效、可靠、安全的網絡奠定堅實的基礎。