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本书阐述了计算机网络中与路由相关的故障诊断方法，并通过案例讲解了如何应用理论知识分析网络故障产生的原因，重点在于分析过程，旨在为读者提供一种易于理解和掌握的网络故障分析方法，以达到有效排除网络故障的目的。
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| 內容簡介： |
本书阐述了计算机网络中与路由相关的故障诊断方法，并通过案例讲解了如何应用理论知识分析网络故障产生的原因，重点在于分析过程，旨在为读者提供一种易于理解和掌握的网络故障分析方法，以达到有效排除网络故障的目的。
全书共6章，分上、下两册出版。上册内容包括：网络基础和故障排除方法、直连路由和静态路由的故障分析、RIP协议的故障分析。下册内容包括：EIGRP协议的故障分析、链路状态路由协议（OSPF）的故障分析、与路由协议相关的安全技术。本书为上册。
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| 關於作者： |
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李涤非，做过多年的网络工程师，随后在专门培训机构做培训讲师，经历了计算机网络十多年的发展与变化过程，同时也经历了十多年的网络培训的变化过程，有着丰富的实际操作与网络培训经验，是思科网络技术学院师生公认的知名老师。
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| 目錄：
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第1章 网络基础和故障排除方法 1
1.1 OSI参考模型介绍 2
1.1.1 为什么需要OSI参考模型 2
1.1.2 OSI的层次结构 3
1.2 了解OSI参考模型各层的功能 5
1.2.1 OSI上部层次 5
1.2.2 OSI下部层次 6
1.2.3 OSI各层定义的任务是如何实现的 14
1.3 TCPIP协议栈 17
1.3.1 TCPIP分层模型 17
1.3.2 TCPIP传输层协议：TCP和UDP 18
1.3.3 IP协议 25
1.3.4 IP编址 32
1.3.5 ICMP协议 51
1.4 地址解析协议 62
1.4.1 同一广播域内主机间通信时的ARP过程 62
1.4.2 不同广播域中主机间通信时的ARP过程 64
1.4.3 代理ARP 66
1.4.4 ARP的特殊用法 69
1.4.5 网络掩码错误引起的可达性问题 71
1.5 网络故障排除方法 74
1.5.1 网络故障排除模型 74
1.5.2 基本的故障诊断命令 81
1.6 本章小结 84
第2章 直连路由与静态路由的故障分析 85
2.1 路由器是如何工作的 86
2.1.1 路由表的结构 86
2.1.2 分组转发过程 88
2.2 直连路由的故障分析 90
2.2.1 直连路由如何产生 90
2.2.2 直连路由的故障分析 92
2.3 静态路由的故障分析 104
2.3.1 静态路由的配置方法 104
2.3.2 递归查找 109
2.3.3 静态默认路由 112
2.3.4 无法产生静态路由的问题 115
2.3.5 静态路由触发代理ARP的问题 120
2.4 本章小结 131
第3章 RIP协议的故障分析 133
3.1 RIP协议是如何工作的 134
3.1.1 RIP协议的工作原理 134
3.1.2 RIP协议的路由环路问题 142
3.1.3 RIP协议路由环路的解决方法 145
3.1.4 RIP协议的计时器 155
3.1.5 有类路由协议（RIPv1）的限制 158
3.1.6 RIPv2的改进 167
3.2 RIP协议的配置方法 169
3.2.1 RIPv1的配置方法 169
3.2.2 RIPv2的配置方法 175
3.2.3 配置RIP的路由汇总 176
3.2.4 其他相关的RIP命令 187
3.2.5 通过RIP传播默认路由 192
3.3 RIP协议的故障分析 208
3.3.1 路由器没有向外发布应有的路由条目 209
3.3.2 路由表中没有安装应有的路由条目 227
3.3.3 RIP路由汇总引起的问题 241
3.4 本章小结 246
参考文献 248
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| 內容試閱：
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1.1 OSI参考模型介绍
1.1.1 为什么需要OSI参考模型
在回答这个问题之前，先简单回顾一下OSI参考模型出现之前的计算机网络发展历程：1974年，著名的IBM公司提出了世界上最早的计算机网络体系结构SNA（System Network Architecture），它的主要目的是为了实现IBM本公司设备之间的互连。随后DEC公司（20世纪80年代初DEC在计算机行业排名仅次于IBM）于1975 年提出了自己的网络体系DNA（DIGITAL Network Architecture）。
由于相互之间缺乏沟通，这些不同厂商自己提出的网络体系结构之间存在差异，互不相容。因此，将不同厂商设备通过网络互连存在很大的困难，必须在不同厂商设备之间做一些翻译和转换的工作。这种专用的体系结构实际上体现了一种封闭性。
随着计算机网络规模与数量的急剧增长，这种不同厂商设备之间的不兼容性，严重阻碍了计算机网络的健康发展。各厂商也意识到各自的体系结构之间缺乏兼容性所造成的问题，于是开始想办法解决这个难题以促进网络的进一步发展。这时，在制定国际标准方面具有权威性的国际组织——国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）着手制定统一的标准：OSI参考模型（Open System Interconnection Reference Model）。该参考模型的研究和起草工作起始于20世纪70年代末，于1984 年正式发布。这个标准的第一个词之所以称为“Open”（意为“开放”），是相对于上面所提到的厂商私有网络体系结构的封闭性而言的。这是一个对所有厂商和机构都开放的标准，只要遵守这个标准，就可以和其他任何同样遵守该标准的网络相互通信。
实际上，在制定OSI参考模型的过程中，工作组的成员研究了当时已存在的一些解决方案，包括IBM公司的SNA和ARPANET（Internet的前身）等网络体系结构，在它们的基础上提出的OSI参考模型。这个标准的参考模型提出后，已有的网络体系结构都与之建立对应关系。例如，SNA最初的模型只定义了6层，并没有定义物理层，这部分功能由其他标准实现，而图1-1中SNA之所以加入物理层是为了与OSI参考模型对应。
需要强调的是：OSI参考模型只是一个理论框架，它定义了信息要通过网络传递所要完成的各项任务，但并不规定具体如何去实现。即它只定义了需要做什么，并没有规定如何做。虽然OSI参考模型的实际应用意义不是很大，但它对于理解计算机网络内部运作的机制很有帮助，也为我们学习网络知识提供了一个很好的参考。这也是几乎每一本计算机网络教科书都以OSI参考模型为主体框架描述相关网络协议与标准的原因。本书在一开始介绍OSI参考模型同样是为了便于在后续章节中清楚地描述和定位网络故障。
说明：协议（Protocol）是指网络中通信实体之间就交换信息等问题所做的某种约定或制定的相应规则。
1.1.2 OSI的层次结构
图1-2清楚地展示了OSI参考模型的层次结构，那么为什么要分层呢？在回答这个问题之前，首先了解一下计算机之间互连的目的和意义。在人们应用计算机的早期，由于价格非常昂贵，计算机的数量很少，设备之间互连的主要目的是为了资源共享以节约成本，典型的例子是通过网络共享打印机、文件服务器等。资源共享是计算机网络产生的动因。随着互联网的飞速发展，目前，除资源共享之外，计算机网络已成为用户信息交流和协同工作的平台。
1. 在网络中传输数据信息需要完成的任务
无论是简单的资源共享还是复杂的协同工作，网络中最基本的操作就是将数据从源可靠地传递到目的地，这看似简单的一句话，背后却隐藏着复杂的处理过程。我们以大家都熟悉的发送电子邮件的过程为例，了解一下在网络中传输数据信息需要完成哪些任务。
① 发送方在写好邮件后交给网络以便通过它传送到接收方。
② 与现实生活中邮寄信件相似，要有统一的信件格式才能保证双方相互理解，因此要预先定义好标准的格式。
③ 网络上的设备所能接收的信息长度是有限的，因此，需要对邮件的内容进行分割，并且规定好分割的最大长度。
④ 要送达到接收方必须正确地标明目的方地址，同时，为了在发生意外情况下能够收到退信，还要写明发送方的源地址。当然，这种地址要定义成网络设备（类似于邮递员）能够理解的格式。
⑤ 网络设备要能够找到一条可达的路径将邮件送达目的地。
⑥ 要确定数据信息以何种形式在媒介（有线或无线）上传送。
2. 在网络中传输数据信息可能出现的问题
以上这些任务如果都完成了，理论上，就能够将邮件送达到接收方。但谁也不能保证网络中不发生意外，因此，需要考虑一下可能出现的下列问题。
① 数据损坏：硬件故障或环境的影响可能造成数据内容丢失或被破坏。
② 数据之间过长的延迟：数据传递可能要经过一个冗长的路径，在这个过程中难免会出现延迟，对于延迟的容忍时间应该如何规定？
③ 数据丢失与重传：如果延迟时间超出了容忍范围就认为发生了数据丢失，那么发方就需要重传。这时，重传的数据与收方已接收到的数据之间很可能出现顺序颠倒的现象，因为重传的是早先已发送的数据，而到达的时间却较晚，在这种情况下如何排序？
对于上述故障，网络协议首先要能够检测，继而必须能够纠正。
通过上面对发送电子邮件所需完成的各项任务以及在网络传输中可能出现的故障的分析，不难看出在网络中将数据从源可靠地传递到目的地是一件非常复杂的工作。人们在处理复杂的事务时往往将其分解成多个子任务，对于整个任务来说每个子任务相对简单。完成所有的子任务后，整个任务也即告完成，这种分而治之的方法极大地简化了问题。OSI参考模型分层的目的就是为了简化问题而将任务分解。如图1-2所示，它分为7层，将数据在网络中可靠传输这一复杂的任务分解成7个子任务。上述发送邮件的过程中所要做的全部工作都要在这7个子任务中完成，才能保证邮件可靠地送达。
需要强调的是，各层之间是相互关联的，下层（层号较小）为上层（层号较大）提供服务，类似于工业化生产中的流水线作业。主机发送数据时由上层逐层传递给下层，接收数据时则相反，从下层逐层传递到上层。分层的方法除了能够简化问题外，还有如下优点。
① 每一层对应一个功能模块，各模块之间相互独立，即相邻层之间定义出标准界面，而本层内部实现的功能对其他层是不可见的，当某一层需要修改其功能模块时不影响其他层。这样做的好处是可以并行开发、维护不同层的功能模块，提高了工作效率。
② 在进行网络故障分析时，分层的方法还能够帮助我们分解、简化问题，定位故障点。
3. 常用计算机网络分类
在具体介绍OSI参考模型各层功能之前，先介绍一种常用的计算机网络分类方法，按照网络的规模和覆盖的地域范围分为如下几类。
① 局域网（Local Area Network，LAN）：一般在几千米的范围以内，通常在一座建筑物或一个园区（Campus）内。办公室的计算机网是最典型的局域网。
② 城域网（Metropolitan Area Network，MAN）：城域网的覆盖范围比局域网更广，通常覆盖一个城市，从几十千米到100千米不等。城域网是由一个城市范围内的局域网互连而成的。
③ 广域网（Wide Area Network，WAN）：广域网所覆盖的范围比城域网更广，地理范围可从几百千米到几千千米。跨国公司在不同国家和地区的办公局域网可互连起来构成一个规模更大的广域网。大家熟知的互联网就是典型的广域网。
1.2 了解OSI参考模型各层的功能
OSI参考模型的7个层次按照由上至下的顺序分别为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，如图1-2所示。上面的应用层最靠近用户，下面的物理层最接近网络介质。从本书的侧重点出发，将这7层进一步划分为两个部分：上部层次和下部层次。上部层次为用户的应用程序提供网络服务，而下部层次主要负责数据在网络中的传输工作。由于本书的焦点在于网络故障分析，因此，将重点关注下部各层的功能。
注意：这里所说的上部层次和下部层次是根据本书的需要划分的，并不是标准的分类方式。
1.2.1 OSI上部层次
OSI参考模型的上部层次（第5、6、7层）靠近用户的应用程序，应用程序通过它们与网络进行交互。下面分别简要介绍各层功能（按照发送数据的顺序）。
1．第7层——应用层
应用层对用户的应用软件提供接口以便它们能够使用网络服务。在上面提到的发送邮件的例子中，写好邮件后交给网络传输的工作就是首先由应用层接手的。在这个例子中，应用层为用户的邮件应用程序提供服务，准备将邮件通过网络传递到目的地。应用层中除了提供大家熟悉的邮件服务外，还提供文件传输（FTP），远程登录（Telnet）和万维网（WWWHTTP）等服务。
2．第6层——表示层
在发送邮件的例子中，为了通信双方相互能够理解而预先定义标准格式的工作就是表示层要完成的主要任务，将不同类型的表达格式转换为标准格式的工作也称为“翻译”。除了定义标准的信息格式以外，表示层还包括数据的加密与解密、压缩与恢复等任务。
说明：表示层中的加密与压缩任务是可选的，并不一定对所有的用户都需要。此外，数据的加密与解密处理原则上也可以在其他层中实现，不一定必须在表示层中完成。例如，网络通信中常用的IPSec协议就是在网络层实现加／解密操作的。
3．第5层——会话层
应用层接收到的用户信息，经过表示层转换成标准格式，交给会话层以对话的方式完成双方的信息交换。会话层的任务是在两个节点间建立和维护会话连接。例如，服务器验证用户登录的过程就是会话层的一个典型实例。
1.2.2 OSI下部层次
OSI参考模型的下部层次（第1、2、3、4层）负责数据传输工作，网络工程师所重点关注的就是这些部分。下面分别介绍各层功能（按照发送数据的顺序）。
1．第4层——传输层
传输层负责端到端节点之间的数据传输和控制功能。首先解释一下什么是叫端到端：仍然以发送邮件为例，假设某个在北京的用户A给在广州的用户B发送一封邮件，北京到广州相距上千千米，邮件在传输过程中还需要经过很多其他的网络设备，在这条路径上的所有节点设备都要对邮件信息做某种处理，而传输层定义的任务仅在发送端A和接收端B上完成，中间的设备不需要执行传输层任务，由于A和B是整个路径上的两个端点，因此我们强调传输层负责端到端之间的数据传输和控制任务。
在发送端，为了方便网络传输，传输层将上面三层传来的信息分割成段，然后传递给下面的网络层；在接收端，传输层接收到这些分段信息后，将其重新组合起来传递给上面的会话层。用户会有多种不同的应用程序，因此传输层还要能够区分不同的上层应用。为信息分段以及区分不同的上层应用是传输层最基本的任务。
传输层协议分为两种类型：可靠的和不可靠的。对于可靠协议（如TCPIP协议栈中的TCP协议）除了完成上述基本任务外，还要保证信息能够可靠传输。它首先要检查信息是否完好到达，如果到达还可能需要为它们排序、重组；如果没有到达或出现差错就通知发送方重新发送。同时可靠的传输层协议还具有流量控制的机制。对于不可靠协议（如TCPIP协议栈中的UDP协议）除了可选的差错检查功能外，不对数据做可靠性检查也不提供流量控制的机制。因此，可靠的协议实现起来相对复杂一些，而不可靠协议实现比较简单。
注意：这里所说的可靠性并不能保证信息在传递过程中不发生问题，而是通过在接收端检查信息是否完好到达，如果有问题再通知发送方重传来实现的。
既然传输层协议分为可靠的和不可靠的两种，那么上层协议如何在两者之间选择呢？如果选择了不可靠的传输层协议，一旦数据损坏或丢失将如何补救？这些问题将在1.3.2节中介绍TCP和UDP协议时再详细讨论。
在了解了传输层定义的任务之后，简要说明一下1.1.2节那个发送邮件的例子中，属于传输层的任务有：信息的分割，数据损坏、丢失后的重传以及重新排序等。从这些任务的内容看，邮件服务选用的是可靠的传输层协议。
综合我们讨论过的上述4层所定义的任务，读者应该能够体会到一项较复杂的任务是如何被逐层分解的。当然，仅分解到传输层整个信息传输的任务还没有完成，接下来讨论下三层分别完成哪些任务。
2．第3层——网络层
在讨论传输层任务时我们曾提到过，信息在传输过程中还需要经过很多网络设备，并且传输的距离越长可选的路径就越多，其中的一些设备要负责选择一条合适的路径将信息送达目的地。这些负责选路的设备叫作路由器，网络层的一项重要任务——选路，就是由它们完成的。更进一步地说，选路要有依据，根据地址才能选路，因此网络层还要定义地址格式。网络层定义的地址称为网络层地址（也叫逻辑地址），在1.3.4节中我们将具体介绍目前最常用的网络层地址——IP地址。
除了选路和定义网络层地址以外，网络层的任务还包括不同类型网络之间的互连和拥塞控制。不同类型的网络之间协议各不相同，当它们互连时网络层负责协议间的转换工作。网络拥塞是指网络设备的某个接口收到过多的数据，超出了它的处理能力而发生的延迟增加甚至丢失数据的现象。这时网络层负责调度资源，让重要的数据优先通过，缓解拥塞所造成的负面影响。这就与公路上发生交通堵塞时，警察指挥疏导的情况相类似。
说明：对于网络拥塞的解决办法不仅限于网络层。例如，利用传输层TCP协议也可以实现拥塞避免。该技术内容超出本书范围，有兴趣的读者可参考相关资料。
3．第2层——数据链路层
网络层选好路径之后，下一步的任务是将数据朝目的方向送出，具体到网络设备就是将数据从设备的某个接口发送出去。数据在通往目的地传输过程中需要经过很多网络设备，我们所说的链路就是指这些网络设备之间的连接通路。总体来说，数据链路层的任务就是要保证数据在网络设备之间的链路上正确传递，相对于传输层负责管理源端与目的端之间的端到端通信，数据链路层负责相邻网络设备之间的通信。可以将网络设备理解为中间经过的信息点，因此也叫作点到点通信。端到端通信是建立在点到点通信的基础上的，它由多个点到点通信信道组成，如图1-3所示。端到端通信是传输层的概念；而点到点通信是数据链路层的概念。读者应当熟悉这些术语，以便阅读技术文档时能准确理解其含义。
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