信息技术大学
IP 与网络层
计算机基础面试八股 · 第 1 章 计算机网络
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IP 与网络层
计算机基础面试八股 · 第 1 章 计算机网络
IP 地址分类与子网划分
IP 地址 = 网络号 + 主机号：分类地址是历史，子网掩码与 CIDR 才是现代答案。
五类地址
A/B/C 按网络号长短分单播，D 组播，E 保留
子网掩码
掩码 1 的位数即网络号长度，借主机位划分子网
CIDR
a.b.c.d/n 斜线记法，按需分配取代分类僵化
私有段
10/8、172.16/12、192.168/16 内网专用不入公网
子网容量自测
点击作答
192.168.1.0/26 这个子网最多能容纳多少台可用主机？
NAT 原理与应用
私有地址想上网全靠 NAT：网关改写地址与端口，一个公网 IP 养活整片内网。
改写映射
出向把源改写为公网地址+端口，回程查表还原
端口复用
NAPT 用端口号区分内网多台主机的连接
代价
外网无法主动进来，穿透要打洞或中继
公司前台对应 →NAT 网关
对外一个总机号，转接时查分机表找到工位
ARP 工作过程与 ARP 欺骗
IP 地址不能直接装进帧，ARP 负责在同一局域网内问出 IP 对应的 MAC。
广播询问
「谁是 192.168.1.2」全网广播找主人
单播应答
持有者回应 MAC，双方各自缓存映射
欺骗原理
伪造应答把网关 MAC 换成自己，劫持流量
防御
静态绑定、动态检测（DAI）与交换机防护
ICMP 与 ping/traceroute
ICMP 是网络层的诊断信道：ping 测通不通，traceroute 画出沿途路径。
ping
Echo 请求/应答测往返时延与丢包率
traceroute
TTL 逐跳加一，靠超时报文暴露每跳地址
差错报告
目的不可达、超时、重定向都由 ICMP 通报
traceroute 逐跳探测
TTL 是每跳的过路费：花完就被扣下并回执一封超时报文。
1
TTL=1
第一跳路由器丢弃并回超时，暴露地址
2
TTL=2
第二跳回超时，路径再进一步
3
逐跳加一
重复直到抵达目的，完整路径浮现
IPv6 改进点
地址耗尽催生 IPv6：128 位地址之外，顺手简化了头部与配置。
地址扩容
128 位地址，容量近乎无限
头部精简
定长 40 字节，去掉校验和，转发更快
免 NAT
地址够用，端到端直连回归
自动配置
SLAAC 无状态自动配址，即插即用
本节要点
- ✓CIDR + 掩码定网络号，私有段不上公网
- ✓NAT 改写地址端口，养活整片内网
- ✓ARP 局域网问 MAC，欺骗靠伪造应答
- ✓ping 测连通，traceroute 画路径
延伸主题：给自己家网络算个子网抓一次 ARP 广播包
课后思考
先自己回答，再展开参考答案——能讲出来才算真懂。
1有了分类地址，为什么还需要 CIDR？
参考答案分类粒度太粗：B 类六万多主机用不完，C 类 254 台不够用，路由表还会爆炸；CIDR 按任意前缀长度分配，地址利用率与路由聚合都更好。
2NAT 破坏了端到端原则，为什么还被大规模使用？
参考答案IPv4 地址不够是硬约束，NAT 让一片内网共享一个公网地址，还顺手带来隔离；代价是外网不可直达、穿透要打洞，IPv6 普及才能根治。
3ping 得通 IP 却连不上端口，问题可能出在哪？
参考答案ICMP 通说明网络层可达，问题在传输层之上：端口没监听、防火墙拦 TCP、应用进程挂了——分层诊断正是各层工具各管一段。