\"路由和交換技術（第2版）著重培養學生設計、實施校園網和企業網的能力；研發交換機和路由器的能力；分析、設計和實現相關算法和協議的能力。 在實際網絡環境下深入討論以太網和互連網原理、算法、協議及各協議間的相互作用過程，重點剖析主流網絡技術的工作原理和數據傳輸機制，用大量案例培養讀者的實際應用技能。 通過配套的實驗教材《交換和路由技術實驗及實訓》，讀者可以在Cisco Packet Tracer軟件實驗平臺上完成教材內容涵蓋的全部實驗 \"

路由和交換技術（第2版）詳細闡述交換式以太網和互聯網原理、協議和技術，介紹主流路由和交換技術，基於實際網絡環境討論交換式以太網和互聯網的工作原理和相關協議的工作過程，不僅使學生弄懂弄通路由和交換技術，還解決學生的學以致用問題。

目錄



第1章交換機和交換式以太網

1．1以太網概述

1．1．1以太網日志

1．1．2以太網體繫結構

1．1．3以太網拓撲結構

1．1．4以太網成功的因素

1．2總線型以太網

1．2．1總線型以太網結構與功能需求

1．2．2總線型以太網各層功能

1．2．3基帶傳輸與曼徹斯特編碼

1．2．4MAC地址

1．2．5MAC幀

1．2．6CSMA/CD工作原理

1．2．7CSMA/CD算法的缺陷

1．2．8集線器和星形以太網結構

1．2．9例題解析

1．3網橋與衝突域分割

1．3．1網橋分割衝突域原理

1．3．2轉發表和MAC幀轉發過程

1．3．3網橋工作流程

1．3．4端到端交換路徑

1．3．5網橋無限擴展以太網

1．3．6全雙工通信擴展無中繼傳輸距離

1．3．7以太網拓撲結構與生成樹協議

1．3．8中繼器與網橋

1．3．9網橋工作過程舉例

1．4交換機轉發方式和交換機結構

1．4．1交換機轉發方式

1．4．2交換機結構

1．5以太網標準

1．5．110Mb/s以太網標準

1．5．2100Mb/s以太網標準

1．5．31Gb/s以太網標準

1．5．410Gb/s以太網標準

1．5．540Gb/s和100Gb/s以太網標準

本章小結

習題

第2章虛擬局域網

2．1廣播域和廣播傳輸方式

2．1．1單播傳輸方式和廣播傳輸方式

2．1．2廣播域

2．1．3傳統分割廣播域的方式

2．2VLAN定義和分類

2．2．1VLAN定義

2．2．2VLAN分類

2．3基於端口劃分VLAN

2．3．1單交換機VLAN劃分過程

2．3．2跨交換機VLAN劃分過程

2．3．3IEEE 802．1q與VLAN內MAC幀傳輸過程


2．3．4VLAN例題解析

2．4Cisco基於MAC地址劃分VLAN技術

2．4．1基於端口劃分VLAN的缺陷

2．4．2Cisco基於MAC地址劃分VLAN的過程

2．5專用VLAN

2．5．1專用VLAN的作用

2．5．2Cisco專用VLAN工作原理

2．6VLAN屬性注冊協議

2．6．1GVRP的作用

2．6．2GARP

2．6．3GVRP工作原理

2．6．4VTP

2．6．5GVRP例題解析

本章小結

習題

第3章生成樹協議

3．1生成樹協議的作用

3．1．1環路引發廣播風暴

3．1．2樹形網絡的弱可靠性

3．1．3生成樹協議的由來和發展

3．2STP工作原理

3．2．1STP基本概念

3．2．2STP基本步驟

3．2．3端口狀態

3．2．4定時器

3．2．5STP構建生成樹的過程

3．2．6STP容錯功能

3．2．7STP例題解析

3．3快速生成樹協議

3．3．1STP的缺陷

3．3．2端口角色和端口狀態

3．3．3端口狀態快速遷移過程

3．3．4網橋轉發表刷新機制

3．3．5RSTP應用實例

3．3．6RSTP例題解析

3．4多生成樹協議

3．4．1MSTP的必要性

3．4．2MSTP的基本思想

3．4．3MSTP的基本步驟

3．4．4MSTP構建CIST實例

本章小結

習題

第4章以太網鏈路聚合

4．1鏈路聚合基礎

4．1．1鏈路聚合含義

4．1．2鏈路聚合方式

4．1．3端口屬性

4．2鏈路聚合機制

4．2．1功能組成

4．2．2交換機通過聚合組轉發MAC幀的過程

4．2．3鏈路聚合組生成過程

4．3鏈路聚合控制協議

4．3．1LACP簡介

4．3．2LACP報文格式

4．3．3LACP工作過程

4．3．4N∶M備份

本章小結

習題

第5章路由器和網絡互連

5．1網絡互連

5．1．1不同類型網絡互連需要解決的問題

5．1．2信件投遞過程的啟示

5．1．3端到端傳輸的思路

5．1．4IP實現網絡互連機制

5．1．5數據報IP分組交換網絡

5．1．6路由器結構

5．2IP

5．2．1IP地址分類

5．2．2IP地址分層分類的原因

5．2．3IP地址分類的缺陷

5．2．4無分類編址

5．2．5IP分組格式

5．3路由表和IP分組傳輸過程

5．3．1互聯網結構與路由表

5．3．2IP分組傳輸過程

5．3．3實現IP分組傳輸過程的思路

5．3．4直連路由項和靜態路由項

5．3．5例題解析

5．4IP over以太網

5．4．1ARP和地址解析過程

5．4．2逐跳封裝

5．5虛擬路由器冗餘協議

5．5．1容錯網絡結構

5．5．2VRRP工作原理

5．5．3VRRP應用實例

本章小結

習題

第6章路由協議

6．1直連路由項和靜態路由項

6．1．1直連路由項

6．1．2靜態路由項

6．1．3靜態路由項的缺陷

6．2路由協議和動態路由項

6．2．1路由協議定義

6．2．2路由協議生成動態路由項實例

6．2．3路由協議生成動態路由項過程

6．3路由協議基礎

6．3．1路由協議分類

6．3．2路由協議要求

6．3．3距離向量路由協議

6．3．4鏈路狀態路由協議

6．4RIP

6．4．1RIP消息格式

6．4．2RIP工作過程

6．4．3RIP建立路由表實例

6．4．4RIP動態適應網絡變化的過程

6．4．5計數到無窮大和水平分割

6．4．6RIP缺陷

6．5OSPF

6．5．1OSPF的基本概念

6．5．2路由器確定自身鏈路狀態

6．5．3泛洪鏈路狀態通告

6．5．4構建路由表算法

6．5．5OSPF動態適應網絡變化的過程

6．5．6OSPF和RIP的區別

6．5．7OSPF分區域建立路由表的過程

6．6BGP

6．6．1分層路由的原因

6．6．2BGP報文類型

6．6．3BGP工作機制

本章小結

習題

第7章多播

7．1多播的基本概念

7．1．1多播與單播和廣播的區別

7．1．2多播地址

7．1．3多播實現技術

7．2IGMP

7．2．1IGMP消息類型和格式

7．2．2IGMP操作過程

7．2．3IGMP偵聽

7．3多播路由協議

7．3．1DVMRP

7．3．2PIMSM

本章小結

習題

第8章網絡地址轉換

8．1NAT的基本概念

8．1．1NAT的定義

8．1．2私有地址空間

8．1．3NAT的應用

8．1．4NAT引發的問題

8．2NAT的工作過程

8．2．1NAT的分類

8．2．2PAT

8．2．3NAT

8．2．4應用層網關

8．2．5幾種NAT技術的特點

8．3NAT應用方式

8．3．1雙穴網絡結構

8．3．2實現內部網絡和外部網絡通信

8．3．3實現內部網絡之間的通信

8．3．4解決內部網絡與外部網絡地址重疊問題

8．4例題解析

本章小結

習題

第9章三層交換機和三層交換

9.1三層交換機基礎

9．1．1多端口路由器實現VLAN間通信的過程

9．1．2單臂路由器實現VLAN間通信的過程

9．1．3三層交換機實現VLAN間通信的過程

9．1．4多個三層交換機互連

9．1．5三層交換機與路由器的區別

9．1．6校園網和三層交換機

9．1．7單臂路由器和三層交換機實現VLAN互連實例

9．2三層交換過程

9．2．1三層交換機結構

9．2．2三層轉發表的建立過程

9．2．3二層交換和三層路由交換過程

9．3三層交換機應用方式

9．3．1IP接口集中到單個三層交換機

9．3．2兩個三層交換機同時定義所有VLAN對應的IP接口

9．3．3兩個三層交換機分別定義兩個VLAN對應的IP接口

本章小結

習題

**0章IPv6

10．1IPv4的缺陷

10．1．1地址短缺問題

10．1．2復雜的分組首部

10．1．3QoS實現困難

10．1．4安全機制先天不足

10．2IPv6首部結構

10．2．1IPv6基本首部

10．2．2IPv6擴展首部

10．3IPv6地址結構

10．3．1IPv6地址表示方式

10．3．2IPv6地址分類

10．4IPv6網絡實現通信的過程

10．4．1網絡結構和基本配置

10．4．2鄰站發現協議

10．4．3路由器建立路由表的過程

10．5IPv6 over以太網

10．5．1IPv6地址解析過程

10．5．2IPv6多播地址和MAC組地址之間的關繫

10．5．3IPv6分組傳輸過程

10．6IPv6網絡和IPv4網絡互連

10．6．1雙協議棧技術

10．6．2隧道技術

10．6．3網絡地址和協議轉換技術

本章小結

習題

附錄A部分習題答案

附錄B英文縮寫詞


參考文獻

第3章生成樹協議 交換機工作原理要求交換機之間不允許存在環路，但樹形結構交換式以太網的可靠性存在問題，一旦網絡中某段鏈路或某個交換機發生故障，會導致一部分終端無法和網絡中其他終端通信。生成樹協議允許設計一個存在冗餘鏈路的網絡，但在網絡運行時，通過阻塞某些端口使整個網絡沒有環路。當某條鏈路或某個交換機發生故障時，通過重新開通原來阻塞的一些端口，使網絡終端之間依然保持連通性，而又沒有形成環路，這樣，既提高了網絡的可靠性，又消除了環路帶來的問題。
3．1生成樹協議的作用 網橋轉發MAC幀機制要求網橋之間不允許存在環路。但樹形結構的以太網又缺乏容錯功能。生成樹協議(Spanning Tree Protocol，STP)就是一種既允許通過在網橋之間增加環路使網絡具有容錯功能，又能在網絡工作時通過阻塞網橋端口使網絡成為樹形結構的機制。
3．1．1環路引發廣播風暴 網橋在沒有**建立轉發表之前，以廣播方式轉發MAC幀的機制對網橋之間的連接方式帶來很大限制。圖3．1是兩個網橋之間存在環路的連接方式，這種連接方式會給MAC幀傳輸帶來一些問題。
圖3．1網橋之間存在環路的連接方式 假定網橋1和網橋2中的轉發表還沒有學習到終端B的MAC地址，當終端A向終端B發送MAC幀時，網橋1和網橋2的端口1均收到該MAC幀，由於網橋1和網橋2的轉發表中均沒有和終端B的MAC地址匹配的轉發項，網橋1和網橋2又都從端口2將該MAC幀發送出去(廣播方式)。同樣，網橋1端口2通過爭用共享媒體發送的MAC幀被網橋2的端口2收到，而網橋2端口2通過爭用共享媒體發送的MAC幀又被網橋1的端口2收到。此時，雖然終端B已經重復兩次收到該MAC幀，但網橋1和網橋2仍然又通過端口1將該MAC幀發送出去(廣播方式)。使得該MAC幀在由網橋1、網橋2構成的環路內不停地兜圈子，白白浪費了網絡帶寬。導致該問題發生的罪魁禍首就是網橋之間存在的環路，環路引發了廣播風暴。
環路除了引發廣播風暴外，還會造成轉發表的錯誤，當圖3．1中網橋1和網橋2通過端口1接收到終端A發送的MAC幀時，網橋1和網橋2在轉發表中建立將終端A的MAC地址MAC A與端口1綁定在一起的轉發項。但當網橋1和網橋2再次通過端口2接收到該MAC幀時，將轉發項中與MAC A綁定的端口由端口1改變為端口2，如果此時終端B向終端A發送MAC幀，網橋1和網橋2將因為該MAC幀的輸入端口與轉發表指定的輸出端口相同而丟棄該MAC幀。當然，隨著終端A發送的MAC幀不斷地在由網橋1、網橋2構成的環路內兜圈子，網橋1和網橋2轉發表中MAC A匹配的轉發項的轉發端口也在不斷地發生變化。
3．1．2樹形網絡的弱可靠性 為了消除因為環路引發的廣播風暴，用網橋互連而成的網絡中，要求任何兩個終端之間隻允許存在一條傳輸路徑。在設計網絡時做到這一點並不難，可以設計一個樹形結構的網絡，終端為樹的葉結點，從樹根到任何葉結點之間不容許有任何環路存在(隻允許有一條傳輸路徑)，這樣的樹形結構網絡如圖3．2所示。但這種網絡結構的可靠性不高，任何一段鏈路發生故障，就有可能使一部分終端無法和網絡中的其他終端通信。例如圖3.2中網橋2連接網橋3的鏈路一旦發生故障，網橋3連接的終端將無法和網橋1連接的終端通信。因此，樹形結構網絡的可靠性不高。
圖3．2樹形結構網絡 3．1．3生成樹協議的由來和發展 是否能夠設計這樣一種網絡，它存在冗餘鏈路，但在網絡運行時，通過阻塞某些端口使整個網絡沒有環路，當某條鏈路因為故障無法通信時，通過重新開通原來阻塞的一些端口，使網絡終端之間依然保持連通性，而又沒有形成環路，這樣，既提高了網絡的可靠性，又消除了環路帶來的問題。生成樹協議就是這樣一種機制，圖3．3就是描述生成樹協議作用過程的示意圖。
原始網絡結構如圖3．3(a)所示，網橋之間存在環路，以此提高網絡的可靠性。STP阻塞形成環路的端口後，網絡結構變成圖3．3(b)所示的以根網橋為樹根的樹形結構，這種由生成樹協議構建的樹形結構稱為生成樹。但一旦網橋之間鏈路發生故障，例如圖3．3(c)中的網橋4和網橋5、網橋5和網橋7之間鏈路發生故障，STP通過重新開通原來阻塞的一些端口，使網橋之間依然保持連通性，如圖3．3(d)所示。
STP經過不斷發展，衍生出快速生成樹協議(Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP)和多生成樹協議(Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP)。