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350
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350
OralNotes.md
@ -1,7 +1,19 @@
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还差什么？
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1-3 Theoretical Problems
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4 ask yourself questions
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3 RIP OSPF BGP?
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3 讲述一下RA RS NA NS的过程
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[toc]
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## 什么是一个自治系统？(Autonome Systeme)
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自治系统（Autonomous System，AS）指的是在互联网中由单一管理实体（如网络运营商、企业、大学等）控制的一组IP网络和路由器集合。每个自治系统都有一个唯一的自治系统号码（ASN），用于在边界网关协议（BGP）中标识和交换路由信息。自治系统内部使用统一的路由策略管理数据流，而各AS之间则通过BGP互联，从而构成全球互联网的基础架构。
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@ -335,3 +347,341 @@ NDP 维护一个 **邻居缓存表（Neighbor Cache）**，用于跟踪邻居的
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2. 自适应链路状态方法
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1. **链路状态（Link State）**：每个路由器维护整个网络的拓扑图，包含所有路由器和链路的状态。
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2. **自适应（Adaptive）**：路由器根据网络拓扑的变化动态更新链路状态数据库。
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## 讲一下RIP？
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## 什么是OSPF？
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## 什么是BGP？
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**OSPF**、**RIP** 和 **BGP** 是三种常见的路由协议，分别适用于不同的网络环境和需求。以下是它们的详细说明：
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## **1. OSPF（Open Shortest Path First）**
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### **1.1 概述**
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- **类型**：链路状态路由协议（Link-State Routing Protocol）。
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- **适用范围**：中大型企业网络、ISP 网络。
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- **标准**：RFC 2328。
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### **1.2 工作原理**
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1. **链路状态信息收集**：
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- 每个路由器通过 **Hello 协议** 发现邻居路由器，并收集链路状态信息（如链路成本、带宽等）。
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2. **链路状态广播**：
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- 每个路由器将收集到的链路状态信息封装成 **链路状态通告（LSA, Link State Advertisement）**，并广播给整个网络。
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- 使用 **泛洪（Flooding）** 机制确保所有路由器收到 LSA。
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3. **链路状态数据库同步**：
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- 每个路由器维护一个 **链路状态数据库（LSDB, Link State Database）**，存储整个网络的拓扑信息。
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- 通过交换 LSA，所有路由器的 LSDB 最终同步。
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4. **最短路径计算**：
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- 每个路由器使用 **Dijkstra 算法** 计算到所有目标网络的最短路径。
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- 根据计算结果更新路由表。
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5. **区域划分**：
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- OSPF 支持将网络划分为多个 **区域（Area）**，以减少路由信息的传播范围。
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- **Area 0** 是骨干区域，其他区域必须与 Area 0 直接或间接连接。
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### **1.3 特点**
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- **快速收敛**：在网络拓扑变化时，路由信息传播较快，收敛速度快。
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- **支持分层设计**：通过区域划分减少路由信息的传播范围。
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- **计算复杂度高**：需要更多的计算资源和存储空间。
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### **1.4 适用场景**
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- 中大型企业网络。
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- ISP 网络。
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## **2. RIP（Routing Information Protocol）**
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### **2.1 概述**
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- **类型**：距离向量路由协议（Distance-Vector Routing Protocol）。
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- **适用范围**：小型网络。
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- **版本**：RIP v1（RFC 1058）、RIP v2（RFC 2453）。
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### **2.2 工作原理**
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1. **路由表初始化**：
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- 每个路由器初始化自己的路由表，记录到直连网络的距离（通常为 0）和下一跳路由器。
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2. **定期广播路由信息**：
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- 每个路由器定期（默认 30 秒）向邻居路由器广播自己的路由表。
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- 广播的内容包括目标网络和到该网络的距离（跳数）。
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3. **更新路由表**：
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- 路由器收到邻居的路由表后，根据以下规则更新自己的路由表：
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- 如果通过邻居到达目标网络的距离更短，则更新路由表。
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- 如果邻居的路由表中包含新的目标网络，则添加到自己的路由表中。
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4. **路由收敛**：
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- 通过多次广播和更新，路由表最终收敛到稳定的状态。
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### **2.3 特点**
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- **简单易实现**：算法简单，适合小型网络。
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- **慢收敛问题**：在网络拓扑变化时，路由信息传播较慢，可能导致路由环路。
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- **最大跳数限制**：RIP 的最大跳数为 15，超过 15 跳的网络被视为不可达。
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### **2.4 适用场景**
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- 小型网络。
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- 对路由计算复杂度要求较低的场景。
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## **3. BGP（Border Gateway Protocol）**
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### **3.1 概述**
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- **类型**：路径向量路由协议（Path-Vector Routing Protocol）。
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- **适用范围**：互联网骨干网、ISP 之间的路由。
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- **版本**：BGP-4（RFC 4271）。
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### **3.2 工作原理**
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1. **建立邻居关系**：
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- BGP 路由器通过 **TCP 连接（端口 179）** 建立邻居关系（Peer）。
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- 邻居关系可以是 **内部 BGP（iBGP）** 或 **外部 BGP（eBGP）**。
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2. **交换路由信息**：
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- 邻居之间交换 **BGP 更新消息（Update Message）**，包含目标网络和路径属性（如 AS 路径、下一跳等）。
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3. **路径选择**：
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- 每个 BGP 路由器根据路径属性（如 AS 路径长度、本地优先级等）选择最佳路径。
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- 最佳路径被添加到路由表中，并广播给其他邻居。
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4. **路由策略**：
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- BGP 支持灵活的路由策略配置，如路由过滤、路径偏好设置等。
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### **3.3 特点**
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- **支持大规模网络**：BGP 是互联网的核心路由协议，支持大规模路由表。
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- **路径向量协议**：通过 AS 路径属性避免路由环路。
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- **路由策略灵活**：支持复杂的路由策略配置。
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### **3.4 适用场景**
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- 互联网骨干网。
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- ISP 之间的路由。
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- 大型企业网络的多宿主连接。
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## **4. 三种协议的对比**
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| **特性** | **OSPF** | **RIP** | **BGP** |
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| -------------- | ------------------------ | ---------- | ---------------------------- |
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| **类型** | 链路状态 | 距离向量 | 路径向量 |
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| **适用范围** | 中大型企业网络、ISP 网络 | 小型网络 | 互联网骨干网、ISP 之间的路由 |
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| **收敛速度** | 快 | 慢 | 中等 |
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| **计算复杂度** | 高 | 低 | 高 |
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| **路由策略** | 有限 | 无 | 灵活 |
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| **典型应用** | 企业内网、ISP 网络 | 小型局域网 | 互联网骨干网 |
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## **5. 总结**
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- **OSPF**：适用于中大型网络，支持分层设计和快速收敛，计算复杂度较高。
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- **RIP**：适用于小型网络，简单易实现，但存在慢收敛问题。
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- **BGP**：适用于互联网骨干网和 ISP 之间的路由，支持复杂的路由策略，但配置和管理较为复杂。
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根据网络规模和需求，可以选择合适的路由协议。
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## A200 Address Resolution and Neighbor Discovery (Theorie)
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Das RFC 826 definiert das Address Resolution Protocol (ARP). In RFC 4861 wird das Neighbor Discovery Protocol (NDP) spezifiziert. RFC 826 定义了地址解析协议（ARP）。RFC 4861 规定了邻居发现协议（NDP）。
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1. **Wozu wird ARP eingesetzt? Was ist der Unterschied zu NDP?** **ARP 的用途是什么？它与 NDP 的区别是什么？**
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My answer: ARP is used to convert the IPv4 Address to Hardware address, i.e. MAC address.
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NDP is used in IPv6 protocol
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While ARP works by broadcasting requests, NDP uses ICMPv6 messages and **multicast** addresses to achieve more efficient neighbor discovery.
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2. **Beschreiben Sie den Aufbau einer ARP-PDU und erläutern Sie die Bedeutung der einzelnen Felder!** **描述 ARP-PDU 的结构并解释各个字段的含义！**
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Hardware type 2
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protocol type 2
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hardware size 1
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protocol size 1
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op code 2
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src_ip: 4
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src_hw: 6
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dst_ip: 4
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dst_hw: 6(ff)
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3. **Welche unterschiedlichen ARP-PDUs gibt es? Welche NDP-PDUs gibt es?** **有哪些不同的 ARP-PDU？NDP-PDU 又有哪些？**
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reply and request
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NA NS RS rA
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4. **Wie lang (in Bytes) ist eine ARP-PDU in einem Netz in dem IPv4 und Ethernet eingesetzt werden?** **在 IPv4 和以太网网络中，ARP-PDU 的长度是多少字节？** 28
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5. **Wie lang (in Bytes) ist eine Neighbor Solicitation Nachricht?** **Neighbor Solicitation 消息的长度是多少字节？**
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6. **Das RFC 826 spricht von einer Tabelle (table), deren Implementierung meist als ARP-Cache bezeichnet wird. Was soll laut RFC mit einer Ethernet-SDU passieren, wenn kein Eintrag zur Ziel-IP-Adresse in der Tabelle gefunden wird?** **RFC 826 提到了一张表（table），其实现通常称为 ARP 缓存。RFC 规定如果表中没有找到目标 IP 地址的条目，对以太网 SDU 应该怎么处理？**
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First, the host broadcast the ARP request packet to every neighbor in the network.
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If the host receives the ARP reply packet, add the entry to both sides.
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else drop the packet.
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### A300 Fragmentierung und IP-Tunneling (Theorie)
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i) In wie viele Fragmente wird ein IP-Paket mit Größe 9000 Byte zerlegt, um über ein Ethernet mit MTU = 1500 Byte übertragen zu werden? Geben Sie eine vollständige Rechnung an! 一个大小为 9000 字节的 IP 包在 Ethernet 的 MTU 为 1500 字节的情况下会被分成多少个片段？请提供完整的计算过程！
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ii) Nennen Sie drei Gründe dafür, dass Netzbetreiber IP-Fragmentierung in ihren Netzen verbieten. Erläutern Sie diese Gründe! 请列举网络运营商在其网络中禁止 IP 分片的三个原因，并对这些原因进行解释！**Three Reasons Why Network Operators Prohibit IP Fragmentation and Their Explanations**
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IP fragmentation occurs when a packet exceeds the Maximum Transmission Unit (MTU) of a network link and must be broken into smaller fragments. Many **network operators prohibit IP fragmentation** due to the following reasons:
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**1. Performance Degradation & Increased Overhead**
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- Fragmentation increases the number of packets that must be processed, leading to **higher CPU and memory usage** in routers and firewalls.
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- Each fragment requires additional headers, increasing **network overhead** and reducing effective data transmission efficiency.
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- Reassembly at the destination requires buffer space, which can cause delays and resource exhaustion in high-throughput environments.
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**2. Security Risks & Susceptibility to Attacks**
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- Fragmentation makes networks vulnerable to **fragmentation-based attacks**, such as **overlapping fragments (Teardrop attack)** and **tiny fragment attacks** used to evade security filters.
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- Intrusion Detection Systems (IDS) and firewalls may struggle to inspect fragmented packets, allowing attackers to **bypass security policies** and smuggle malicious payloads.
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- Attackers can send fragmented packets with missing fragments, causing **DoS (Denial of Service)** by exhausting resources on the target system waiting for reassembly.
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**3. Complications in Path MTU Discovery (PMTUD) & Packet Loss Issues**
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- Many modern networks use **Path MTU Discovery (PMTUD)** to dynamically determine the optimal packet size. If fragmentation is allowed, incorrect PMTUD settings can result in persistent retransmissions.
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- If a single fragment of a fragmented packet is lost, the entire packet must be retransmitted, leading to **higher packet loss rates** and inefficiencies.
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- Some middleboxes (e.g., NAT devices, firewalls) drop fragmented packets, causing unpredictable failures in communication.
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### **Conclusion:**
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Because of these issues, **network operators often prohibit IP fragmentation and instead rely on techniques like MSS (Maximum Segment Size) adjustment and PMTUD** to ensure efficient packet transmission without fragmentation.
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**网络运营商在其网络中禁止 IP 分片的三个原因及其解释**
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IP 分片（IP Fragmentation）发生在数据包超过网络链路的 **最大传输单元（MTU）** 时，需要拆分成多个小片进行传输。许多**网络运营商禁止 IP 分片**的原因如下：
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**1. 性能下降 & 额外开销增加**
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- 分片会导致 **路由器和防火墙的 CPU 及内存负载增加**，因为它们需要处理更多的小数据包。
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- 每个分片都需要附加额外的头部信息，增加了**协议开销**，降低了有效数据传输效率。
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- 目标端的 **数据重组** 需要缓冲区（buffer），在高吞吐量环境下容易造成**延迟**或**资源耗尽**。
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**2. 安全风险增加 & 易受攻击**
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- 分片容易受到 **基于分片的攻击**，例如**重叠分片攻击（Teardrop attack）\**和\**微小分片攻击（Tiny Fragment Attack）**，这些攻击可用于绕过安全检查。
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- **入侵检测系统（IDS）和防火墙** 可能无法正确分析分片数据包，导致攻击者可以绕过安全策略，传输恶意负载。
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- 攻击者可以发送 **丢失部分片段的数据包**，导致目标设备的**资源耗尽（DoS 攻击）**，因为系统需要长时间等待完整数据包。
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**3. PMTUD（路径 MTU 发现）问题 & 数据丢失风险**
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- 现代网络通常使用 **路径 MTU 发现（PMTUD）** 机制来动态确定最佳数据包大小，如果允许分片，错误的 PMTUD 配置可能导致**持续的重传**问题。
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- 如果 **一个分片丢失**，整个数据包必须重新传输，导致**更高的数据丢失率**和**不必要的网络流量**。
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- 一些中间设备（如 **NAT 设备、防火墙**）可能会**直接丢弃**分片数据包，导致通信失败。
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iii) Wie wird in modernen TCP/IP-Implementierungen dafür gesorgt, dass Fragmentierung in der Regel nicht erforderlich ist? 在现代的 TCP/IP 实现中，是如何确保通常情况下不需要分片的？
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### **How Do Modern TCP/IP Implementations Avoid the Need for Fragmentation?**
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Modern TCP/IP implementations use several techniques to **minimize or eliminate IP fragmentation**, ensuring efficient packet transmission. The key mechanisms include:
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#### **1. Path MTU Discovery (PMTUD)**
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- **PMTUD dynamically determines the maximum packet size** that can be transmitted without fragmentation.
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- It works by sending packets with the **Don't Fragment (DF) flag** set. If a router cannot forward the packet due to MTU limitations, it drops the packet and sends an **ICMP "Fragmentation Needed" message** back to the sender.
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- The sender then **reduces the packet size** accordingly until it finds a suitable MTU.
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- **Drawback:** Some networks block ICMP messages, causing PMTUD to fail.
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#### **2. TCP Maximum Segment Size (MSS) Adjustment**
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- During the **TCP handshake**, both communicating hosts negotiate the **Maximum Segment Size (MSS)**, which defines the largest payload a TCP segment can carry.
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- The MSS is set to ensure that the TCP segment, when combined with headers, does not exceed the MTU.
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- This prevents the need for IP fragmentation at the transport layer.
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#### **3. IPv6 Enforces No Fragmentation by Routers**
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- Unlike IPv4, **IPv6 does not allow routers to fragment packets**. Instead, **only the sender can fragment** based on the discovered MTU.
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- IPv6 requires **end-to-end PMTUD**, ensuring that packets fit within the smallest MTU along the path.
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- This shifts the responsibility of fragmentation from routers to the sender, improving network efficiency.
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#### **4. Datagram Packetization Layer Path MTU Discovery (DPLPMTUD)**
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- To address ICMP blocking issues in traditional PMTUD, **DPLPMTUD** uses **probe packets** of increasing sizes to discover the optimal MTU.
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- This method is more reliable since it does not rely on ICMP messages.
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- Supported in protocols like **QUIC and modern TCP implementations**.
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### **Conclusion:**
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Modern TCP/IP implementations avoid fragmentation by:
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1. **Using PMTUD** to dynamically adjust packet sizes.
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2. **Negotiating MSS** in TCP to prevent oversized packets.
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3. **Relying on IPv6's no-fragmentation rule** and sender-side control.
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4. **Using DPLPMTUD** as an advanced method for MTU discovery.
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### **在现代的 TCP/IP 实现中，是如何确保通常情况下不需要分片的？**
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现代 TCP/IP 实现采用多个技术来**减少或避免 IP 分片**，从而提高数据传输效率。主要方法包括：
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#### **1. 路径 MTU 发现（PMTUD）**
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- **PMTUD 负责动态确定数据包的最大可传输大小**，以避免分片。
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- 它通过发送 **“不分片（DF）”标志** 的数据包来测试路径 MTU。
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- 如果路由器无法转发该数据包（因为 MTU 限制），它会丢弃数据包并返回 **ICMP “需要分片”** 消息。
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- 发送方根据反馈**调整数据包大小**，直到找到合适的 MTU。
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- **缺点：**某些网络会屏蔽 ICMP 消息，导致 PMTUD 失败。
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#### **2. TCP 最大段大小（MSS）调整**
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- 在 **TCP 握手** 过程中，双方会协商 **最大段大小（MSS）**，决定 TCP 段的最大有效负载。
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- MSS 设定时会确保 TCP 段加上 **IP 和 TCP 头部** 不会超过 MTU。
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- 这样可以在 **传输层避免 IP 分片**，确保数据包大小适应网络环境。
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#### **3. IPv6 取消路由器分片**
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- IPv6 **不允许路由器对数据包进行分片**，只有**发送端**可以执行分片。
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- IPv6 依赖 **端到端的 PMTUD**，确保数据包适应最小 MTU。
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- 这使得分片的控制权交给发送方，**提升了网络效率**。
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#### **4. 数据报分组层路径 MTU 发现（DPLPMTUD）**
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- 传统 PMTUD 依赖 ICMP 消息，但某些网络会**屏蔽 ICMP**，导致失败。
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- **DPLPMTUD** 通过发送不同大小的**探测数据包**来测试路径 MTU，而不依赖 ICMP。
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- 这种方法更可靠，并已在 **QUIC 和现代 TCP 实现** 中得到支持。
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### **总结：**
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现代 TCP/IP 通过以下方式避免分片：
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1. **使用 PMTUD** 动态调整数据包大小。
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2. **TCP 通过 MSS 协商**，确保 TCP 段不会超出 MTU 限制。
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3. **IPv6 取消路由器分片**，让发送方控制数据包大小。
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4. **DPLPMTUD 提供更先进的 MTU 发现机制**，解决 ICMP 屏蔽问题。
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### A301 IPv6 (Theorie)
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i) Erklären Sie anhand eines Beispiels auf einer Ihrer VMs wie link-local Adressen aus der MAC-Adresse abgeleitet werden! 请结合您虚拟机中的一个示例，解释链路本地地址是如何从 MAC 地址派生的！
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1. Split the MAC address into two halves:
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- `08:00:27:53:8a:e0` → `08:00:27` and `53:8a:e0`
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2. Insert `FF:FE` in the middle:
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- `08:00:27:FF:FE:53:8a:e0`
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3. Invert the 7th bit (Universal/Local bit) of the first byte (08):
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- Convert `08` to binary: `00001000`
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- Flip the **7th bit**: `00001010` (which is `0A` in hex)
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- New identifier: **0A:00:27:FF:FE:53:8A:E0**
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4.
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5. ```
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FE80::0A00:27FF:FE53:8AE0
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```
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ii) Wie implementiert IPv6 „Broadcasts”? IPv6 是如何实现“广播”的？
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iii) Welches sind die privaten Adressbereiche in IPv6, analog zu 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 und 192.168.0.0/16 in IPv4? IPv6 中的私有地址范围与 IPv4 中的 10.0.0.0/8、172.16.0.0/12 和 192.168.0.0/16 对应的是什么？
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iv) Für besondere Zwecke, außer für den privaten Gebrauch, sind noch weitere Bereiche reserviert. Wie teilt sich der IPv6 Addressraum auf? Hinweis: IANA, ignorieren Sie die vom IETF reservierten Bereiche 除了私人用途外，还有其他特殊用途的地址范围被保留。IPv6 地址空间如何划分？提示：请参考 IANA，并忽略由 IETF 保留的范围。
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