今天我会带你把《模块二：网络层协议》中涉及的课后练习题，逐一讲解，并给出每个课时练习题的解题思路和答案。
【问题】下面这几个地址 127.0.0.1, localhost, 0.0.0.0 有什么不同？
【解析】127.0.0.1是本地回环地址（loopback），发送到 loopback 的数据会被转发到本地应用。
localhost 指代的是本地计算机，用于访问绑定在 loopback 上的服务。localhost 是一个主机名，不仅仅可以指向 IPv4 的本地回环地址，也可以指向 IPv6 的本地回环地址 [::1]。
0.0.0.0是一个特殊目的 IP 地址，称作不可路由 IP 地址，它的用途会被特殊规定。通常情况下，当我们把一个服务绑定到0.0.0.0，相当于把服务绑定到任意的 IP 地址。比如一台服务器上有多个网卡，不同网卡连接不同的网络，如果服务绑定到 0.0.0.0 就可以保证服务在多个 IP 地址上都可以用。
【问题】请你总结下 IPv6 和 IPv4 究竟有哪些区别？
【解析】IPv6 和 IPv4 最核心的区别是地址空间大小不同。IPv6 用 128 位地址，解决了 IP 地址耗尽问题。因为地址空间大小不同，它们对地址的定义，对路由寻址策略都有显著的差异。
在路由寻址策略上，IPv6 消除了设备间地址冲突的问题，改变了划分子网的方式。在 IPv4 网络中，一个局域网往往会共享一个公网 IP，因此需要 NAT 协议和外网连接。
在划分子网的时候，IPv4 地址少，需要子网掩码来处理划分子网。IPv6 有充足的地址，因此不需要局域网共享外网 IP。也正因为 IPv6 地址多，可以直接将 IPv6 地址划分成站点、子网、设备，每个段都有充足的 IP 地址。
因为 IPv6 支持的 IP 地址数量大大上升，一个子网可以有 248 个 IP 地址，这个子网可能是公司网络、家庭网络等。这样 IP 地址的分配方式也发生了变化，IPv4 网络中设备分配 IP 地址的方式是中心化的，由 DHCP（动态主机协议）为局域网中的设备分配 IP 地址。而在 IPv6 网络中，因为 IP 地址很少发生冲突，可以由设备自己申请自己的 IP 地址。
另外因为 IPv6 中任何一个节点都可以是一个组播节点，这样就可以构造一个对等的网络，也就是可以支持在没有中心化的路由器，或者一个网络多个路由器的情况下工作。节点可以通过向周围节点类似打探消息的方式，发现更多的节点。这是一个配套 IPv6 的能力，叫作邻居发现（ND）。
【问题】IPv6 协议还需要 NAT 吗？
【解析】IPv6 解决了 IP 耗尽的问题，为机构、组织、公司、家庭等网络提供了充足的 IP 资源，从这个角度看是不是就不需要 NAT 协议了呢？
在没有 IPv6 之前，NAT 是 IP 资源耗尽的主流解决方案。在一个内网中的全部设备通过 NAT 协议共享一个外网的 IPv4 地址，是目前内外网对接的主要方式。IPv6 地址资源充足，可以给全球每个设备一个独立的地址。从这个角度看 IPv6 的确不需要 NAT 协议。
但是目前的情况，是 IPv6 网络还没有完全普及。尽管很多公司已经支持自己的互联网产品可以使用 IPv6 访问，但是公司内部员工使用的内部网络还是 IPv4。如果要连接 IPv6 和 IPv4 网络，仍然需要 NAT 协议（NAT64），这个协议可以让多个 IPv6 的设备共享一个 IPv4 的公网地址。
【问题】请你用自己最熟悉的语言，写一个 UDP 连接程序，然后用 Wireshark 抓包。
【解析】关于这个实战问题，我以 Java 为例，写了一个回声服务（即客户端发送什么服务段返回什么），以下是服务端程序：
var socket = new DatagramSocket(8888);var buf = new byte[256];while (true) {DatagramPacket packet= new DatagramPacket(buf, buf.length);System.out.println("try receive...");socket.receive(packet);var address = packet.getAddress();int port = packet.getPort();packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port);String received= new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());socket.send(packet);}
以下是客户端程序：
var buf = "Hello".getBytes();var socket = new DatagramSocket();var address = InetAddress.getByName("localhost");var packet= new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 8888);socket.send(packet);socket.receive(packet);String received = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());System.out.format("Server echo : %s\n", received);
通过观察上面两段程序，你会发现发送和接收的都是Datagram报文。而且服务端和客户端之间不需要建立连接。服务端可以通过读取客户端的地址区分客户端，客户端通过服务端地址和端口发送数据到服务端。
这个模块我们围绕局域网和 IP 协议展开，包括 ARP、IPv4、IPv6、NAT 等基本概念，探讨了 IPv6 的工作原理，以及 IPv6 和 IPv4 的兼容策略。IP 协议几乎是网络层的唯一协议，因此是大厂面试最为热门的内容之一。
你可以通过以下几个维度去理解这部分知识：
最底层设备如何向设备发送信息（MAC 地址、路由器、ARP 协议等）？
小型局域网是怎样工作的（交换机和路由器）？
中型局域网如何工作的？
局域网如何对接外网（NAT）？
互联网中如何定位设备和网络（IP 协议的路由和寻址是如何工作的）？
通过上面这样的一个分层的总结，你可以逐层分析下自己是否已经理解了这个模块最核心的内容。这部分知识最大的价值在于平时在遇到网络问题时，可以找到一些思考方向。比如说为什么部分产品要解决 NAT 穿透的问题？网吧的用户会遇到什么问题？为什么你 Ping 不通同一个局域网的另一台机器？
到这里，传输层协议和网络层协议就介绍完了，它们是计算机网络最底层的基础知识，建议你踏实学习，打好基础。
发现求知的乐趣，我是林䭽，感谢你学习本次课程。 接下来我们将进入《模块三：网络编程》的学习，下一讲介绍“10 | Socket 编程：epoll 为什么用红黑树？”，再见！