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趣谈网络协议 - 答疑解惑第二期
你好，我是刘超。
第二期答疑涵盖第 3 讲至第 6 讲的内容。我依旧对课后思考题和留言中比较有代表性的问题作出回答。你可以点击文章名，回到对应的章节复习，也可以继续在留言区写下你的疑问，我会持续不断地解答。希望对你有帮助。
第3讲 | ifconfig:最熟悉又陌牛的命令行
课后思考题
你知道 net-tools 和 iproute2 的“历史”故事吗？
这个问题的答案，盖同学已经写的比较全面了。具体的对比，我这里推荐一篇文章https://linoxide.com/linux-command/use-ip-command-linux/，感兴趣的话可以看看。
留言问题
1.A、B、C类地址的有效地址范围是多少？
我在写的时候，没有考虑这么严谨，平时使用地址的时候，也是看个大概的范围。所以这里再回答一下。
A 类 IP 的地址第一个字段范围是 0 ～ 127 ，但是由于全 0 和全 1 的地址用作特殊用途，实际可指派的范围是 1 ～ 126 。所以我仔细查了一下，如果较真的话，你在答考试题的时候可以说， A 类地址范围和 A 类有效地址范围。
2. 网络号、IP地址、子网掩码和广播地址的先后关系是什么？
当在一个数据中心或者一个办公室规划一个网络的时候，首先是网络管理员规划网段，一般是根据将来要容纳的机器数量来规划，一旦定了，以后就不好变了。
假如你在一个小公司里，总共就没几台机器，对于私有地址，一般选择 192.168.0.0/24 就可以了。
这个时候先有的是网络号。 192.168.0 就是网络号。有了网络号，子网掩码同时也就有了，就是前面都是网络号的是 1 ，其他的是 0 ，广播地址也有了，除了网络号之外都是 1 。
当规划完网络的时候，一般这个网络里面的第一个、第二个地址被默认网关 DHCP 服务器占用，你自己创建的机器，只要和其他的不冲突就可以了，当然你也可以让 DHCP 服务自动配置。
规划网络原来都是网络管理员的事情。有了公有云之后，一般有个概念虚拟网络（ VPC ），鼠标一点就能创建一个网络，网络完全软件化了，任何人都可以做网络规划。
3. 组播和广播的意义和原理是什么？
C 类地址的主机号 8 位，去掉 0 和 255 ，就只有 254 个了。
在《 TCP/IP 详解》这本书里面，有两章讲了广播、多播以及 IGMP 。广播和组播分为两个层面，其中 MAC 层有广播和组播对应的地址， IP 层也有自己的广播地址和组播地址。
广播相对比较简单， MAC 层的广播为 f:f:f:f:f:f ， IP 层指向子网的广播地址为主机号为全 1 且有特定子网号的地址。
组播复杂一些， MAC 层中，当地址中最高字节的最低位设置为 1 时，表示该地址是一个组播地址，用十六进制可表示为 01:00:00:00:00:00 。 IP 层中，组播地址为 D 类 IP 地址，当 IP 地址为组播地址的时候，有一个算法可以计算出对应的 MAC 层地址。
多播进程将目的 IP 地址指明为多播地址，设备驱动程序将它转换为相应的以太网地址，然后把数据发送出去。这些接收进程必须通知它们的 IP 层，它们想接收的发给定多播地址的数据报，并且设备驱动程序必须能够接收这些多播帧。这个过程就是 “ 加入一个多播组 ” 。
当多播跨越路由器的时候，需要通过 IGMP 协议告诉多播路由器，多播数据包应该如何转发。
4. MTU 1500的具体含义是什么？
MTU （ Maximum Transmission Unit ，最大传输单元）是二层的一个定义。以以太网为例， MTU 为 1500 个 Byte ，前面有 6 个 Byte 的目标 MAC 地址， 6 个 Byte 的源 MAC 地址， 2 个 Byte 的类型，后面有 4 个 Byte 的 CRC 校验，共 1518 个 Byte 。
在IP层，一个IP数据报在以太网中传输，如果它的长度大于该MTU值，就要进行分片传输。如果不允许分片DF，就会发送ICMP包，这个在 ICMP 那一节讲过。
在 TCP 层有个 MSS （ Maximum Segment Size ，最大分段大小），它等于 MTU 减去 IP 头，再减去 TCP 头。即在不分片的情况下， TCP 里面放的最大内容。
在 HTTP 层看来，它的 body 没有限制，而且在应用层看来，下层的 TCP 是一个流，可以一直发送，但其实是会被分成一个个段的。
第4讲 | DHCP与PXE：IP是怎么来的，又是怎么没的？
《第4讲 | DHCP与PXE：IP是怎么来的，又是怎么没的？》
课后思考题
PXE协议可以用来安装操作系统，但是如果每次重启都安装操作系统，就会很麻烦。你知道如何使得第一次安装操作系统，后面就正常启动吗？
一般如果咱们手动安装一台电脑的时候，都是有启动顺序的，如果改为硬盘启动，就没有问题了。
好在服务器一般都提供 IPMI 接口，可以通过这个接口启动、重启、设置启动模式等等远程访问，这样就可以批量管理一大批机器。
这里提到 Cobbler ，这是一个批量安装操作系统的工具。在 OpenStack 里面，还有一个 Ironic ，也是用来管理裸机的。有兴趣的话可以研究一下。
留言问题
1.在DHCP网络里面，手动配置IP地址会冲突吗?
在一个 DHCP 网络里面，如果某一台机器手动配置了一个 IP 地址，并且在 DHCP 管理的网段里的话， DHCP 服务器是会将这个地址分配给其他机器的。一旦分配了， ARP 的时候，就会收到两个应答， IP 地址就冲突了。
当发生这种情况的时候，应该怎么办呢？ DHCP 的过程虽然没有明确如何处理，但是 DHCP 的客户端和服务器都可以添加相应的机制来检测冲突。
如果由客户端来检测冲突，一般情况是，客户端在接受分配的 IP 之前，先发送一个 ARP ，看是否有应答，有就说明冲突了，于是发送一个 DHCPDECLINE ，放弃这个 IP 地址。
如果由服务器来检测冲突， DHCP 服务器会发送 ping ，来看某个 IP 是否已经被使用。如果被使用了，它就不再将这个 IP 分配给其他的客户端了。
2.DHCP的Ofer和ACK应该是单播还是广播呢？
没心没肺 回答的很正确。
这个我们来看DHCP 的 RFC，我截了个图放在这儿：
这里面说了几个问题。
正常情况下，一旦有了 IP 地址， DHCP Server 还是希望通过单播的方式发送 OFFER 和 ACK 。但是不幸的是，有的客户端协议栈的实现，如果还没有配置 IP 地址，就使用单播。协议栈是不接收这个包的，因为 OFFER 和 ACK 的时候， IP 地址还没有配置到网卡上。
所以，一切取决于客户端的协议栈的能力，如果没配置好 IP ，就不能接收单播的包，那就将BROADCAST 设为 1 ，以广播的形式进行交互。
如果客户端的协议栈实现很厉害，即便是没有配置好 IP ，仍然能够接受单播的包，那就将 BROADCAST 位设置为 0 ，就以单播的形式交互。
3. DHCP如何解决内网安全问题？
其实 DHCP 协议的设计是基于内网互信的基础来设计的，而且是基于 UDP 协议。但是这里面的确是有风险的。例如一个普通用户无意地或者恶意地安装一台 DHCP 服务器，发放一些错误或者冲突的配置；再如，有恶意的用户发出很多的 DHCP 请求，让 DHCP 服务器给他分配大量的 IP 。
对于第一种情况， DHCP 服务器和二层网络都是由网管管理的，可以在交换机配置只有来自某个 DHCP 服务器的包才是可信的，其他全部丢弃。如果有 SDN ，或者在云中，非法的 DHCP 包根本就拦截到虚拟机或者物理机的出口。
对于第二种情况，一方面进行监控，对 DHCP 报文进行限速，并且异常的端口可以关闭，一方面还是 SDN 或者在云中，除了被 SDN 管控端登记过的 IP 和 MAC 地址，其他的地址是不允许出现在虚拟机和物理机出口的，也就无法模拟大量的客户端。
第5讲 | 从物理层到MAC层：如何在宿舍里自己组网玩联机游戏？
《第5讲 | 从物理层到MAC层：如何在宿舍里自己组网玩联机游戏？》
课后思考题
1.在二层中我们讲了 ARP 协议，即已知 IP 地址求 MAC；还有一种 RARP 协议，即已知 MAC 求 IP 的，你知道它可以用来干什么吗？
2. 如果一个局域网里面有多个交换机，ARP 广播的模式会出现什么问题呢？
盖还说出了环路的问题。
没心没肺不但说明了问题，而且说明了方案。
第6讲 | 交换机与VLAN：办公室太复杂，我要回学校
课后思考题
STP协议能够很好地解决环路问题，但是也有它的缺点，你能举几个例子吗？
STP 的主要问题在于，当拓扑发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络。
由于整个交换网络只有一棵生成树，在网络规模比较大的时候会导致较长的收敛时间，拓扑改变的影响面也较大，当链路被阻塞后将不承载任何流量，造成了极大带宽浪费。
留言问题
1.每台交换机的武力值是什么样的？
当一台交换机加入或者离开网络的时候，都会造成网络拓扑变化，这个时候检测到拓扑变化的网桥会通知根网桥，根网桥会通知所有的网桥拓扑发生变化。
网桥的 ID 是由网桥优先级和网桥 MAC 地址组成的，网桥 ID 最小的将成为网络中的根桥。默认配置下，网桥优先级都一样，默认优先级是 32768 。这个时候 MAC 地址最小的网桥成为根网桥。但是如果你想设置某台为根网桥，就配置更小的优先级即可。
在优先级向量里面， Root Bridge ID 就是根网桥的 ID ， Bridge ID 是网桥的 ID ， Port ID 就是一个网桥上有多个端口，端口的 ID 。
按照 RFC 的定义， ROOT PATH COST 是和出口带宽相关的，具体的数据如下：
2.图中的LAN指的是什么？
在这一节中，这两张图引起了困惑。
本来是为了讲二层的原理，做了个抽象的图，结果引起了大家的疑问，所以这里需要重新阐述一下。
首先，这里的 LAN1 、 LAN2 、 LAN 3 的说法的确不准确，因为通过网桥或者交换机连接，它们还是属于一个 LAN ，其实这是三个物理网络，通过网桥或者交换机连接起来，形成一个二层的 LAN 。
对于一层，也即物理层的设备，主要使用集线器（ Hub ），这里我们就用 Hub 将物理层连接起来。
于是我新画了两个图。
在这里，我用 Hub 将不同的机器连接在一起，形成一个物理段，而非 LAN 。
3.在MAC地址已经学习的情况下，ARP会广播到没有IP的物理段吗？
首先谢谢这两位同学指出错误，这里 ARP 的目标地址是广播的，所以无论是否进行地址学习，都会广播，而对于某个 MAC 的访问，在没有地址学习的时候，是转发到所有的端口的，学习之后，只会转发到有这个 MAC 的端口。
4.802.1Q VLAN 和Port-based VLAN有什么区别？
所谓 Port-based VLAN ，一般只在一台交换机上起作用，比如一台交换机， 10 个口， 1 、 3 、 5 、 7 、 9 属于 VLAN 10 。 1 发出的包，只有 3 、 5 、 7 、 9 能够收到，但是从这些口转发出去的包头中，并不带 VLAN ID 。
而 802.1Q 的 VLAN ，出了交换机也起作用，也就是说，一旦打上某个 VLAN ，则出去的包都带这个 VLAN ，也需要链路上的交换机能够识别这个 VLAN ，进行转发。
