路由交换技术与实验

由校园网项目建设主体拓扑结构为本书编写背景，延伸3个子项目，分别为路由技术、交换技术和局域网管理，每个子项目包含若干个知识点，路由技术包含路由基本原理、静态路由、路由信息协议、增强型内部网关路由协议、开放式最短路径优先协议、路由重分发协议，交换技术包含生成树协议、虚拟局域网VLAN、干道Trunk和VTP协议、单臂路由、三层交换，局域网管理包含访问控制列表和网络地址转换。每个知识点都包含应用需求、基本概念、工作原理、实例分析和学生实验要求。

《路由交换技术与实验/21世纪高等学校规划教材·计算机科学与技术》以校园网建设项目为背景，以校园网的主体拓扑结构作为研究学习对象，以路由与交换技术为核心，系统地阐述了路由技术、交换技术、局域网管理各知识点的基本需求、工作原理、实例配置方法、排错方法及实战演练项目。
《路由交换技术与实验/21世纪高等学校规划教材·计算机科学与技术》内容实用性强，逻辑结构清晰，表达通俗易懂，适合高等院校计算机科学与技术、网络工程、物联网工程等相关专业的本科学生使用，还可作为相关学科的工程技术人员和研究人员的参考用书。

熊金波，湖南益阳人，博士/博士后，副教授，硕士研究生导师，入选福建省高校杰出青年科研人才，获福建师范大学本科课堂教学优秀奖、福建师范大学第七届靠前青年教师。2010-2013 西安电子科技大学计算机学院攻读博士；2014-2017 中国科学院信息工程研究所博士后。2006至今，福建师范大学任助教、讲师、副教授。

第1章 计算机网络基础
1.1 计算机网络发展历史与趋势
1.1.1 单机／局域网时代
1.1.2 城域网／广域网
1.1.3 互联网／移动互联网
1.1.4 云计算／物联网
1.2 计算机网络体系结构
1.2.1 0SI参考模型
1.2.2 TCP/IP参考模型
1.3 计算机网络典型协议
1.3.1 ARP
1.3.2 DNS
1.3.3 ICMP
1.3.4 DHCP
1.3.5 FTP
1.3.6 Telnet
1.3.7 TFTP
1.4 IP地址与子网划分
1.4.1 IP地址
1.4.2 子网划分
1.5 常用网络命令与工具
1.5.1 ipconfig
1.5.2 ping
1.5.3 traCert
习题与思考
第2章 校园网项目设计与子项目分解
2.1 校园网建设项目需求分析
2.1.1 网络平台需求
2.1.2 功能与性能需求
2.1.3 硬件选配与集成需求
2.1.4 软件系统与集成需求
2.1.5 综合布线与机房建设需求
2.1.6 网络管理与安全需求
2.2 校园网整体拓扑结构设计
2.2.1 核心层设计
2.2.2 汇聚层设计
2.2.3 接人层设计
2.3 校园网子项目分解
2.3.1 路由子项目
2.3.2 交换子项目
2.3.3 安全和出口子项目
习题与思考
……
第3章 思科网络设备与操作系统
第4章 路由选择原理与静态路由协议
第5章 路由信息协议与配置方法
第6章 增强型内部网关路由协议与配置方法
第7章 开放式最短路径优先协议及配置方法
第8章 交换技术与交换机配置方法
第9章 VLAN、Trunk、VTP协议与配置方法
第10章 VLAN间路由与配置方法
第11章 访问控制列表与配置方法
第12章 网络地址转换与配置方法
附录 A Cisco实验模拟器安装与使用
参考文献

     第3章思科网络设备与操作系统 学习计算机网络，使用计算机网络，尤其是学习网络协议、学习路由与交换技术，离不开网络设备，主要是路由器和交换机。美国思科公司是早期的网络设备提供商，中国的华为、中兴是优秀的后起之秀，思科的互联网操作系统也是经典的网络操作系统，且包括路由与交换等许多优选网络技术都源于思科。因此，本章详细介绍思科网络设备和思科操作系统，本书以此作为前提，在第4~10章系统介绍路由与交换技术。 3.1思科网络设备 思科网络设备类型很多，包括路由设备、交换设备、安全设备、无线设备、服务器与网络存储设备等，本书重点讲解路由与交换技术。因此，本章重点介绍路由器和交换机。 3.1.1认识路由器 “工欲善其事，必先利其器”，首先应当认识我们要操作的“器”长什么样。路由器以Cisco 2811为例，其外观如图31所示。 图31为思科Cisco 2811路由器的正面外观，按常用的公制单位毫米(millimeter，mm)计算，Cisco 2811路由器的高度为44.5mm，宽度为438.2mm，深度为416.6mm； 如果采用英制单位表述，如以英寸(inch，in)为单位，则Cisco 2811路由器的高度为1.75in、宽度为17.25in，深度为16.4in。对于网络设备而言，通常称这个高度为一个“机架单元”(rack unit)，简称为1U或者1RU。1U与其他单位转换的转换关系为： 1U=1.75in=44.45mm。我们可以说，在标准的19in机架上，它占用1U的高度。常见的设备高度有1U、2U、3U、4U或者更多，如图32所示。 图31思科路由器2811外观 图32标准机架单元示意图 Cisco 2811路由器的正面如图33所示，从正面上看，可以看到左侧有多个指示灯，如： SYS PWR(system power)、AUX/PWR、SYS ACT等，用来指示系统电源、辅助电源、系统运行状态等。然后紧接着一个按钮和一个COMPACT FLASH卡(CF卡)插槽，这一按钮方便将CF卡从插槽中取出，按一下之后CF卡自动弹出。接下来是两个USB接口，再往右边有两个RJ45接口，上面那个是路由器的主控制接口(Console)，下面是一个辅助控制接口(AUX，Auxiliary)。Console口常利用反转线连接到计算机的串行接口上，然后在计算机超级终端模拟软件上通过命令行的方式对路由器进行配置，而AUX口经常需要接到调制解调器(Modem)上，方便远程连接、配置和管理路由器。路由器右侧则是电源开关和电源接口。 图33Cisco 2811路由器正面示意图 Cisco 2811路由器裸机的背面如图34所示，Cisco 2811是一款经典的“模块化”设备，裸机不带扩展卡，可以根据需要进行选配，并单独购买。这些扩展卡一般是WIC(WAN Interface Card，广域网接口卡)或者HWIC(Highspeed WAN Interface Cards，高速广域网接口卡)。在图34中，这台路由器默认配备了一个固定配置模块，该模块上有两个快速以太网接口，右边接口的编号是fa0/0，左边接口的编号是fa0/1。因思科路由器接口编号规则是右边优先于左边，下面优先于上面。剩余部分可供用户按需自行选配，如图35所示，该路由器配备了多个WIC和HWIC接口卡。 图34Cisco 2811路由器裸机背面示意图 图35Cisco 2811选配了多个拓展卡 当然还有一些核心机房使用的高性能“大块头”设备，是一些大规模的模块化设备，图36所示是思科高性能路由器Cisco ASR 9910，上部包含引擎卡和多个拓展接口卡，下面采用多电源热备供电，通常部署在对性能、IP服务、冗余性和永续性要求非常高的电信运营商网络边缘或大型企业网。 3.1.2路由器接口 从思科路由器的外观可以看到，这些路由器具有丰富的物理接口，例如以太网接口(Ethernet)、快速以太网接口(Fast Ethernet)、千兆以太网接口(Gigabit Ethernet)等，此外还有串行接口(Serial)、ATM接口、POS接口、控制接口(Console)、辅助接口(AUX)等。除了上述物理接口外，还有一些逻辑接口，例如回环接口(Loopback)、拨号接口(Dialer)、子接口(SubInterface)等。 图36Cisco ASR 9910 高性能路由器 路由器接口众多，因此，思科路由器需要对这些接口进行有序编号。通常有如下三种规则： (1) 对于固定的接口或者低端固定配置路由器，路由器接口编号一般是单个数字，例如串行接口Serial 0(可以简写为s0)、以太网接口Ethernet 1(e1)等。 (2) 对于中低端模块化路由器，路由器接口编号一般是用斜杠(/)隔开的两个数字，前者表示模块所在槽位的编号，后者表示具体的接口编号。例如，位于0号槽位的1号快速以太网接口FastEthernet 0/1(fa0/1)，位于1号槽位的1号快速以太网接口FastEthernet 1/1(fa1/1)。 (3) 高端模块化路由器，路由器接口编号一般是用斜杠(/)隔开的三个数字，从左向右第1个数字是槽位号，第2个数字是模块号，第3个数字是该模块上的具体接口号。这样的模块一般有两种尺寸，一种是较小的模块，命名一般为“WICXXX”，而另一种则是较大的模块，命名一般为“NMXXX”。 思科路由器接