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网络基础原理专题

1. IP 分片的原因及相关报文控制字段

因为不同的链路类型对应的网络层 MTU 可能不一致，会导致发送方发出的最大尺寸数据包超出接收方

的 MTU。为了避免因超出 MTU 而导致的数据包无法接收处理，所以需要对数据包进行分片

IP 报文中有 3 个字段对分片进行控制

■ID 字段是标识符，用于标识该分片来自哪一个数据包

· Flag 字段有 3 个标志位。第一个标志位保留，第二个标志位标识数据包是否禁止分片，第三个标

志位标识该分片是否为最后一个分片

· Fragment Offset 是分片偏移，用于描述该分片在完整数据包中的位置和重组顺序

2. ARP、RARP、免费 ARP 协议原理和使用场景

。ARP 是地址解析协议，用于根据目的 IP 地址来解析出 MAC 地址，进行二层通讯。工作原理是通过广

播发送 ARP 查询请求来请求目的 IP 的 MAC 地址，与发送方处于同一广播域的主机收到该请求后，如

果确认查询的 IP 是本机，则单播回应本机的 MAC 地址；如果发现查询的 IP 不是本机，则不回应；发

送方接收到 ARP 回应后，把该 IP 和 MAC 地址写入本机 ARP 缓存表，下次再与该 IP 进行二层通讯，

则直接使用表中的记录来进行

ARP 的使用场景分两种情况

如果目的 IP 和本机 IP 属于同一网段，则 ARP 请求查询的就是目的 IP 的 MAC 地址

如果目的 IP 和本机 IP 不属于同一网段，当本机存在到达目的 IP 的路由时，则 ARP 请求查询的就

是该路由下一跳的 MAC 地址；如果没有明细路由，就请求查询缺省路由下一跳 (也就是网关)的

MAC 地址

。RARP 是逆向 ARP 协议，用于根据本机的 MAC 地址来查询出本机的 IP 地址，一般常见的场景是用于

无盘工作站，无盘终端需要通过自己的 MAC 地址向服务器请求 IP 地址后才能进行系统引导

。免费 ARP 是主动使用自己的 IP 地址作为目标地址发送 ARP 请求

0 免费 ARP 主要作用有三种

用于检查网络中是否有主机和本机 IP 地址重复

用于通告本机新的 MAC 地址

·在 VRRP 备份组中通告主备发生变化

3. Ping 功能工作原理和 Tracert 功能工作原理

。 Ping 用于检测网络连通性，工作原理：源主机向目的主机发起 ICMP echo-request 报文；目的主机

收到报文后会向源主机发送 ICMP echo-reply 报文。在规定的时候间内，源主机如果没有接到 ICMP

的应答包，则说明目标主机不可达；如果接收到了 ICMP 回送响应消息，则说明目标主机可达。此时

，源主机会检查，用当前时刻减去该数据包最初从源主机上发出的时刻，就是 ICMP 数据包的时间延迟

。 Tracert 用于跟踪数据包经过的路由器，工作原理：源主机向目的主机发送 TTL 值为 1 的 echo-

request 报文，该报文在到达第一个路由器时就因为 TTL 值耗尽而丢弃，此时该路由器会向源主机返

回一个 ICMP 超时报文；源主机收到后会再次向目的主机发送 TTL 值为 2 的 echo-request 报文，该报

文到达第二个路由器时丢弃，第二台路由器再向源主机返回 ICMP 超时报文；源主机收到后会继续发送

TTL 值+1 的 echo-request 报文, 直到到达目的主机为止, 目的主机会回复 port-unreachable

报文。最后源主机就会把沿途经过的路由器的地址依次输出显示

4. TCP 传输确认机制工作原理

TCP 协议通过传输确认机制来维护数据传输的可靠性，原理如下：

·A 主机向 B 主机发送的第一个 TCP 报文，会随机产生 Seq-Number (序列号)，一次发送多个数据

分段的话,除第一个以外的 TCP 报文的 Seq-Number 是上一个报文的 Seq-Number +报文数据的长

度

·B 主机收到 TCP 报文后，会对收到的报文进行差错校验，校验无误后，在向 A 主机回复的 TCP 报

文中,产生 Ack-Number (确认号)为收到的最后一个报文的 Seq-Number +报文数据长度,并也会随

机产生 B 主机自己的 Seq-Number

·A 主机收到 B 主机回复的报文后，通过报文的 Ack-Number 就能够确认上一次自己发送的报文是完

整无误的，并同时也对收到的报文进行差错校验，校验无误后，在下一次向 B 主机发送的 TCP 报

文中携带 Seq-Number 为上一次收到的 B 主机报文的 Ack-Number, 并携带 Ack-Number 为上一次收

到的 B 主机最后一个报文的 Seq-Number+报文数据长度

·如果在传输过程中，因为没有收到，或差错校验发现某一个 TCP 数据报文不完整，就会在下一次

向对方发送的报文中携带 Ack-Number 为错误报文的 Seq-Number；对方收到后，会把该报文进行

重传，重传确认无误后，再向对方发送正确的 Ack-Number 继续向后发送

5. TCP 连接建立与断开的工作原理

TCP 连接通过三次握手机制建立

·A 主机向 B 主机发起 TCP 连接请求,把 SYN 置位,并开始随机产生 Seq-Number

·B 主机收到请求后，向 B 主机发送请求响应，把 ACK 和 SYN 置位，并开始进行传输确认

·A 主机收到响应后，也向 B 主机发送请求响应，把 ACK 置位，并继续进行传输确认

TCP 连接断开有 2 种方式

·四次挥手方式：

A 主机向 B 主机发送 TCP 结束请求，把 FIN 置位

B 主机向 A 主机发送请求响应，把 ACK 置位

等到 B 主机把给 A 主机的数据发送完毕后，B 主机也向 A 主机发送结束请求，把 FIN 置位

A 主机向 B 主机发送请求响应，把 ACK 置位

■ Reset 强行断开

·当因为网络故障无法完成四次挥手时，可以通过直接发送 RST 置位的报文来断开 TCP 连接

；发送或收到 RST 报文，都会立即断开 TCP 连接

。为什么 TCP 握手一定是 3 次，2 次行不行

·不行。因为 TCP 连接建立的目的是为了让通讯双方互相确认。2 次握手只能完成单方确认

6. TCP 滑动窗口机制

。TCP 滑动窗口机制是为了实现流量控制的一种方式。当双方吞吐量不一样，就会导致一边快一边慢

，容易形成网络拥塞，所以需要进行控制。工作原理如下

A 主机向 B 主机一次发送了 4 个长度为 1024 的数据分段，总长度 4096

·B 主机吞吐量只能处理 2048 的长度，所以就会在下次发送给 A 的报文中携带 Window 字段为

2048

7. TCP 与 UDP 的区别与适用场景

。TCP 属于有连接，可靠的通讯协议，有各种可靠性机制来维护数据传输的可靠性；但是这些可靠性机

制也会导致需要消耗更多的资源来处理，会引入更大的时间延迟。所以 TCP 适用于对数据完整性有要

求，但对传输延迟不敏感的通讯。比如文件下载，邮件传输

。UDP 属于无连接通讯，也没有任何可靠性机制，无法保障数据传输的完整性；但相应的也更节省资

源，处理和传输的延迟都更小。所以 UDP 则适用于对延迟敏感，但是对数据完整性要求不高的通讯

。比如语音和视频的即时通讯。在某些情况下，如过对 UDP 的通讯也有数据完整性要求，可以通过

在其他层来完成

8.数据报文长度的问题

。IP 头部长度在 20-60 字节之间，且头部长度必须是 4 字节的倍数，当头部长度不是 4 字节的倍数

时，会在 Padding 字段填充 0 来达到 4 字节的倍数

。以太网帧头部和尾部的长度是 18 字节，帧总长度是 18 字节+IP 报文长度，所以如果接口的 MTU 是 1500

字节的话，那么以太网帧的最大长度就是 1518 字节；但是以太网的每个帧前还有 8 字节的前导码，标

识一个以太网帧的开始，所以算上前导码，最终实际最大长度应该是 1526 字节

。TCP 头部长度在 20-60 字节之间，且头部长度必须是 4 字节的倍数，当头部长度不是 4 字节的倍数时

，会在 Padding 字段填充 0 来达到 4 字节的倍数

。基于上面的描述，如果一个长度 1000 字节数据信息要以 TCP 协议在以太网上传出的话，实际上接口总

共需要发送的数据长度为:1000+20 (TCP 头部)+20 (IP 头部)+18 (以太网帧头部和尾部)+8 (前导码)

= 1066 字节

。如果接口 MTU 是默认的 1500 字节，那么当数据内容+TCP 头部+IP 头部的长度超出 1500 字节时，

且允许被分片，数据包将被分片处理

9.一个接口是否可以配置多个 IPv4 地址?是否可以配置多个 IPv6 地址?

。一个接口可以配置一个主 IPv4 地址，还可以另外同时配置多个子 IPv4 地址，都能同时生效

。一个接口可以同时配置多个 IPv6 全球单播地址，并且会自动产生一个链路本地地址

PPP 专题

1. PPP 链路建立过程

。在 Dead 阶段,通信双方开始建立 PPP 链路时,先进入到 Establish 阶段。

。在 Establish 阶段，PPP 链路进行 LCP 协商。协商内容包括工作方式是 SP 还是 MP、最大接收单元 MRU

、验证方式、魔术字(magic number)和异步字符映射等选项。LCP 协商成功后进入 Opened 状态，表示底

层链路已经建立。

。如果配置了验证，将进入 Authenticate 阶段，开始 CHAP 或 PAP 验证。如果没有配置验证，则直接进入

Network 阶段。

。对于 Authenticate 阶段, 如果验证失败, 进入 Terminate 阶段, 拆除链路, LCP 状态转为 Down。如

果验证成功, 进入 NCP 协商阶段, 此时 LCP 状态仍为 Opened, 而 NCP 状态从 Initial 转到 Starting。

。在 Network 阶段, PPP 链路进行 NCP 协商。NCP 协商支持 IPCP(IP Control Protocol)、MPLSCP(MPLS

Control Protocol)等协商。IPCP 协商主要包括双方的 IP 地址。通过 NCP 协商来选择和配置一个网络层协

议。只有相应的网络层协议协商成功后，该网络层协议才可以通过这条 PPP 链路发送报文。

。PPP 链路将一直保持通信，直至有明确的 LCP 或 NCP 帧关闭这条链路，或发生了某些外部事件，例如用户

干预。

。在 Terminate 阶段，如果所有的资源都被释放掉，通信双方将回到 Dead 阶段。

2. PPP 链路协商的报文类型

报文类型功能描述

Configure-Request

包含发送者试图与对端建立连接时，使用的参数列表

Configure-Ack

表示完全接受对端发送的 Configure-Request 的参数取值

Configure-Nak

表示对端发送的 Configure-Request 中的参数取值在本地不合法

Configure-Reject

表示对端发送的 Configure-Request 中的参数本地不能识别

3. PPP 捆绑的方法和区别

PPP 捆绑是为了将多条 PPP 链路捆绑为一条逻辑链路来提高网络的带宽和可靠性。捆绑方式分为 MP

和 Virtual-Template

·MP 只能用于捆绑 PPP 链路，但 VT 还可用于其他协议

·VT 的缺点是 VT 的状态无法反映物理接口的真实状态，影响路由收敛的速度；而 MP 能够做到 MP

接口状态与物理接口一致，一般推荐使用 MP

4. LCP 如何检测环路

。魔术字为一个随机产生的数字，用于检测链路环路，如果收到的 LCP 报文中的魔术字和本地产生的魔术

字相同，则认为链路有环路。

5. PAP 和 CHAP 验证工作原理, CHAP 为什么比 PAP 安全

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