UDP - 网络编程 面试题及答案

返回网络编程 面试题索引 第 4/5 章

IP

48.IP 协议的定义和作用？

IP协议是什么？

IP协议（Internet Protocol）又被称为互联网协议，是支持网间互联的数据包协议，工作在网际层，主要目的就是为了提高网络的可扩展性。

通过网际协议IP，可以把参与互联的，性能各异的网络看作一个统一的网络。

和传输层TCP相比，IP协议是一种无连接/不可靠、尽力而为的数据包传输服务，和TCP协议一起构成了TCP/IP协议的核心。

IP协议有哪些作用？

IP协议主要有以下几个作用：

• 寻址和路由：在IP数据报中携带源IP地址和目的IP地址来表示该数据包的源主机和目标主机。IP数据报在传输过程中，每个中间节点（IP网关、路由器）只根据网络地址来进行转发，如果中间节点是路由器，则路由器会根据路由表选择合适的路径。IP协议根据路由选择协议提供的路由信息对IP数据报进行转发，直至目标主机。
• 分段和重组：IP数据报在传输过程中可能会经过不同的网络，在不同的网络中数据报的最大长度限制是不同的，IP协议通过给每个IP数据报分配一个标识符以及分段与组装的相关信息，使得数据报在不同的网络中能够被传输，被分段后的IP数据报可以独立地在网络中进行转发，在达到目标主机后由目标主机完成重组工作，恢复出原来的IP数据报。

传输层协议和网络层协议有什么区别？

网络层协议负责提供主机间的逻辑通信；传输层协议负责提供进程间的逻辑通信。

49.IP 地址有哪些分类？

一个IP地址在这鞥个互联网范围内是惟一的，一般可以这么认为，IP 地址 = {<网络号>，<主机号>}。

1. 网络号：它标志主机所连接的网络地址表示属于互联网的哪一个网络。

2. 主机号：它标志主机地址表示其属于该网络中的哪一台主机。

IP 地址分为 A，B，C，D，E 五大类：

• A 类地址 (1~126)：以 0 开头，网络号占前 8 位，主机号占后面 24 位。

• B 类地址 (128~191)：以 10 开头，网络号占前 16 位，主机号占后面 16 位。

• C 类地址 (192~223)：以 110 开头，网络号占前 24 位，主机号占后面 8 位。

• D 类地址 (224~239)：以 1110 开头，保留为多播地址。

• E 类地址 (240~255)：以 1111开头，保留位为将来使用

50.域名和 IP 的关系？一个 IP 可以对应多个域名吗？

• IP地址在同一个网络中是惟一的，用来标识每一个网络上的设备，其相当于一个人的身份证号
• 域名在同一个网络中也是惟一的，就像是一个人的名字、绰号

假如你有多个不用的绰号，你的朋友可以用其中任何一个绰号叫你，但你的身份证号码却是惟一的。但同时你的绰号也可能和别人重复，假如你不在，有人叫你的绰号，其它人可能就答应了。

一个域名可以对应多个IP，但这种情况DNS做负载均衡的，在用户访问过程中，一个域名只能对应一个IP。

而一个IP却可以对应多个域名，是一对多的关系。

51.IPV4 地址不够如何解决？

我们知道，IP地址有32位，可以标记2的32次方个地址，听起来很多，但是全球的网络设备数量已经远远超过这个数字，所以IPV4地址已经不够用了，那怎么解决呢？

• DHCP：动态主机配置协议，动态分配IP地址，只给接入网络的设备分配IP地址，因此同一个MAC地址的设备，每次接入互联网时，得到的IP地址不一定是相同的，该协议使得空闲的IP地址可以得到充分利用。
• CIDR：无类别域间路由。CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念，因而更加有效地分配IPv4的地址空间，但无法从根本上解决地址耗尽的问题。
• NAT：网络地址转换协议，我们知道属于不同局域网的主机可以使用相同的IP地址，从而一定程度上缓解了IP资源枯竭的问题，然而主机在局域网中使用的IP地址是不能在公网中使用的，当局域网主机想要与公网主机进行通信时，NAT方法可以将该主机IP地址转换为全球IP地址。该协议能够有效解决IP地址不足的问题。
• IPv6：作为接替IPv4的下一代互联网协议，其可以实现2的128次方个地址，而这个数量级，即使给地球上每一粒沙子都分配一个IP地址也够用，该协议能够从根本上解决IPv4地址不够用的问题。

52.说下 ARP 协议的工作过程？

ARP 协议，Address Resolution Protocol，地址解析协议，它是用于实现 IP 地址到 MAC 地址的映射。

1. 首先，每台主机都会在自己的 ARP 缓冲区中建立一个 ARP 列表，以表示 IP 地址和 MAC 地址的对应关系。

2. 当源主机需要将一个数据包要发送到目的主机时，会首先检查自己的 ARP 列表，是否存在该 IP 地址对应的 MAC 地址；如果有﹐就直接将数据包发送到这个 MAC 地址；如果没有，就向本地网段发起一个 ARP 请求的广播包，查询此目的主机对应的 MAC 地址。此 ARP 请求的数据包里，包括源主机的 IP 地址、硬件地址、以及目的主机的 IP 地址。

3. 网络中所有的主机收到这个 ARP 请求后，会检查数据包中的目的 IP 是否和自己的 IP 地址一致。如果不相同，就会忽略此数据包；如果相同，该主机首先将发送端的 MAC 地址和 IP 地址添加到自己的 ARP 列表中，如果 ARP 表中已经存在该 IP 的信息，则将其覆盖，然后给源主机发送一个 ARP 响应数据包，告诉对方自己是它需要查找的 MAC 地址。

4. 源主机收到这个 ARP 响应数据包后，将得到的目的主机的 IP 地址和 MAC 地址添加到自己的 ARP 列表中，并利用此信息开始数据的传输。如果源主机一直没有收到 ARP 响应数据包，表示 ARP 查询失败。

53.为什么既有IP地址，又有MAC 地址？

MAC地址和IP地址都有什么作用？

• MAC地址是数据链路层和物理层使用的地址，是写在网卡上的物理地址，用来定义网络设备的位置，不可变更。
• IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。IP地址用来区别网络上的计算机。

为什么有了MAC地址还需要IP地址？

如果我们只使用MAC地址进行寻址的话，我们需要路由器记住每个MAC地址属于哪个子网，不然一次路由器收到数据包都要满世界寻找目的MAC地址。而我们知道MAC地址的长度为48位，也就是最多共有2的48次方个MAC地址，这就意味着每个路由器需要256T的内存，显然是不现实的。

和MAC地址不同，IP地址是和地域相关的，在一个子网中的设备，我们给其分配的IP地址前缀都是一样的，这样路由器就能根据IP地址的前缀知道这个设备属于哪个子网，剩下的寻址就交给子网内部实现，从而大大减少了路由器所需要的内存。

为什么有了IP地址还需要MAC地址？

• 只有当设备连入网络时，才能根据他进入了哪个子网来为其分配IP地址，在设备还没有IP地址的时候，或者在分配IP的过程中。我们需要MAC地址来区分不同的设备。

• IP 地址可以比作为地址，MAC 地址为收件人，在一次通信过程中，两者是缺一不可的。

54.ICMP 协议的功能？

ICMP（Internet Control Message Protocol） ，网际控制报文协议。

• ICMP 协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。

• 它是一个非常重要的协议，它对于网络安全具有极其重要的意义。它属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。

• 当遇到 IP 数据无法访问目标、IP 路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送 ICMP 消息。

比如我们日常使用得比较多的 ping，就是基于 ICMP 的。

55.说下 ping 的原理？

ping，Packet Internet Groper，是一种因特网包探索器，用于测试网络连接量的程序。Ping 是工作在 TCP/IP 网络体系结构中应用层的一个服务命令， 主要是向特定的目的主机发送 ICMP（Internet Control Message Protocol 因特网报文控制协议） 请求报文，测试目的站是否可达及了解其有关状态。

一般来说，ping 可以用来检测网络通不通。它是基于ICMP协议工作的。假设机器 A ping 机器 B，工作过程如下：

1. ping 通知系统，新建一个固定格式的 ICMP 请求数据包
2. ICMP 协议，将该数据包和目标机器 B 的 IP 地址打包，一起转交给 IP 协议层
3. IP 层协议将本机 IP 地址为源地址，机器 B 的 IP 地址为目标地址，加上一些其他的控制信息，构建一个 IP 数据包
4. 先获取目标机器 B 的 MAC 地址。
5. 数据链路层构建一个数据帧，目的地址是 IP 层传过来的 MAC 地址，源地址是本机的 MAC 地址
6. 机器 B 收到后，对比目标地址，和自己本机的 MAC 地址是否一致，符合就处理返回，不符合就丢弃。
7. 根据目的主机返回的 ICMP 回送回答报文中的时间戳，从而计算出往返时间
8. 最终显示结果有这几项：发送到目的主机的 IP 地址、发送 & 收到 & 丢失的分组数、往返时间的最小、最大 & 平均值

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