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软考：软件设计师 — 5.计算机网络

news 来源：原创 2024/9/17 2:59:01

五. 计算机网络

1. OSI 七层模型

层次	名称	主要功能	主要设备及协议
7	应用层	实现具体的应用功能	POP3、FTP、HTTP、Telent、SMTP DHCP、TFTP、SNMP、DNS
6	表示层	数据的格式与表达、加密、压缩
5	会话层	建立、管理和终止会话
4	传输层	端到端的连接	TCP、UDP
3	网络层	分组传输和路由选择	三层交换机、路由器 ARP、RARP、IP、ICMP、IGMP
2	数据链路层	传送以帧为单位的信息	网桥、交换机（多端口网桥）、网卡 PPTP、L2TP、SLIP、PPP
1	物理层	二进制传输	中继器、集线器（多端口中继器）

中继器、集线器等设备均在同一个冲突域。

中继器在物理层上实现局域网网段互连，用于扩展局域网网段的长度。集线器是一种特殊的多路中继器，也具有信号放大功能。

网桥用于连接两个局域网网段，工作于 MAC 子层，只要两个网络的 MAC 子层以上的协议相同，都可以用网桥互连。网桥具有过滤帧的功能。

交换机中，多个端口在同一个网络（在同一个广播域）。一个接口对应一个冲突域。

路由器连接逻辑上分开的网络，一个接口对应一个广播域或一个冲突域。

例题1：

集线器与网桥的区别是（）。

A.集线器不能检测发送冲突，而网桥可以检测冲突。

B.集线器是物理层设备，而网桥是数据链路层设备。

C.网桥只有两个端口，而集线器是一种多端口网桥。

D.网桥是物理层设备，而集线器是数据链路层设备。

解析1：

根据七层模型中硬件的定义可知，集线器是物理层设备，网桥是数据链路层设备，B 选项正确，D 选项错误。A 选项中，集线器与网桥都不能检测发送冲突，只能进行隔离，A选项错误。C 选项中，多端口网桥是交换机，集线器是多端口中继器，C 选项错误。

例题2：

以下关于网络层次与主要设备对应关系的叙述中，配对正确的是（）。

A.网络层 — 集线器

B.数据链路层 — 网桥

C.传输层 — 路由器

D.会话层 — 防火墙

解析2：

集线器位于物理层，网桥位于数据链路层，路由器位于网络层，防火墙不属于硬件设备，可位于网络层或应用层。因此选 B。

2. TCP / IP 协议簇

（1）常见协议功能基础

POP3：默认 110 端口，邮件收取。
SMTP：25 端口，邮件发送。
FTP：20 数据端口 / 21 控制端口，文件传输协议。
HTTP：80 端口，超文本传输协议，网页传输。
DHCP：67 端口，IP 地址自动分配。
SNMP：161 端口，简单网络管理协议。
DNS：53 端口，域名解析协议，记录域名与 IP 的映射关系。
TCP：可靠的传输层协议。
UDP：不可靠的传输层协议。
ICMP：因特网控制协议，PING 命令来自该协议。
IGMP：组播协议。
ARP：地址解析协议，IP 地址转为 MAC 地址。
RARP：反向地址解析协议，MAC 地址转为 IP 地址。

TCP、UDP 协议是基于 IP 协议的。

例题1：

以下关于 TCP/IP 协议和层次对应关系的表示中，正确的是（）。

解析1：

TCP、UDP 协议是基于 IP 协议的，所以首先排除 BD 选项。SMTP 是邮件发送协议，基于 TCP 协议，所以选项 A 正确。

例题2：

默认情况下，FTP 服务器的控制端口为（），上传文件时的端口为（）。

A.大于 1024 的端口 B.20 C.80 D.21

解析2：

根据 FTP 协议的定义可知，20 为数据端口，21 为控制端口，因此选 DB 选项。

例题3：

若一台服务器只开放了 25 和 110 两个端口，那么这台服务器可以提供（）服务。

A.E-Mail B.WEB C.DNS D.FTP

解析3：

根据各常用协议的默认端口可知，25 端口是 SMTP，110 端口是 POP3，分别用来控制邮件的发送和收取，所以这台服务器可以提供 E-Mail 服务，选项 A 正确。WEB 服务通常与 HTTP 协议有关。

（2）TCP 与 UDP

关于 TCP 与 UDP 协议的详细内容，可以参考文章：Java知识点整理 4 — 计算机网络

	TCP	UDP
共同点	基于 IP 协议的传输层协议，可以端口寻址。
不同点	面向连接（连接管理）、三次握手、流量控制、差错校验和重传、IP 数据报按序接收不丢失不重复、可靠性强、牺牲通信量、效率低。	不可靠、无连接、错误检测功能弱，无拥塞控制、无流量控制，有助于提高传输效率。不对无序 IP 数据报重新排序、不负责重传、不消除重复 IP 数据报、不对已收到的数据报进行确认、不负责建立或终止连接，这些由 UDP 进行通信的应用程序处理。
相关协议	HTTP、FTP、Telnet、POP3、SMTP	DNS、DHCP、TFTP、SNMP

例题1：

TCP 和 UDP 协议均提供了（）能力。

A.连接管理 B.差错校验和重传 C.流量控制 D.端口寻址

解析1：

它们都是基于 IP 协议的传输层协议，都具有端口寻址功能，选 D。ABC 都是 TCP 协议具有的功能，可靠性强，但效率低。

例题2：

相比于 TCP，UDP 的优势为（）。

A.可靠传输 B.开销较小 C.拥塞控制 D.流量控制

解析2：

UDP 的优势在于开销小，效率高，TCP 是保证了可靠性，牺牲了效率。因此选 B。

（3）协议应用扩展

DHCP 协议

用于 IP 地址自动分配，C/S模型结构。分配方式有固定分配、动态分配和自动分配。

其中分配的 IP 地址为 169.254.X.X 和 0.0.0.0 是无效 IP 地址。

DNS 协议

浏览器输入域名	HOSTS -> 本地DNS缓存 -> 本地DNS服务器 -> 根域名服务器 -> 顶级域名服务器 -> 权限域名服务器
主域名服务器接收到域名请求	本地DNS缓存 -> 根域名服务器

HOSTS 文件提供域名到 IP 地址的映射关系。如果在 HOSTS 中没找到，就按序向下寻找。

例题1：

采用 DHCP 动态分配 IP 地址，如果某主机开机后没有得到 DHCP 服务器的响应，则该主机获取的 IP 地址属于网络（）。

A.202.117.0.0/24 B.192.168.1.0/24 C.172.16.0.0/16 D.169.254.0.0/16

解析1：

DHCP 协议分配的 169.254.X.X 和 0.0.0.0 是无效 IP 地址，因此选 D。

例题2：

在浏览器地址栏输入一个正确的网址后，本地主机将首先在（）查询该网址对应的 IP 地址。

A.本地DNS缓存 B.本机hosts文件 C.本地DNS服务器 D.根域名服务器

解析2：

在浏览器输入域名后，将首先去本机 hosts 文件中查询对应的 IP 地址，找不到按序向下查询，如果是服务器接收到域名请求的话，则先查本地 DNS 缓存。选 B。

3. 网络诊断命令

ping：用于检查网络是否连通。
tracert：用于确定 IP 数据包访问目标所采取的路径，若网络不通，能定位到具体哪个结点不通。
ipconfig：显示 TCP/IP 网络配置值，如：IP 地址，MAC 地址，网关地址等。
nslookup：查询 DNS 记录。
netstat：用于显示网络连接、路由表和网络接口信息。

网络中整个侦听的过程其实就是 TCP 三次握手的建立过程。

第一次握手：客户端发送SYN包（SEQ = x）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。SYN是同步序列编号。
第二次握手：服务器收到SYN包，会确认客户端的SYN（ACK = x+1），同时自己也发送一个SYN包（SEQ = y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK（ACK = y+1），发送完后，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。ESTABLISHED状态表示连接建立成功，可以传输数据。

例题1：

在 Windows 操作系统下，要获取某个网络开放端口所对应的应用程序信息，可以使用命令（）。

A.ipconfig B.tracerout C.netstat D.nslookup

解析1：

获取某个网络开放端口所对应的应用程序信息可用 netstat 命令，选 C。B 选项是 tracert 命令的 Linux 版本。

例题2：

测试网络连通性通常采用的命令是（）。

A.netstat B.ping C.msconfig D.cmd

解析2：

ping 命令通常用于检查网络是否连通，选 B。

例题3：

使用（）命令可以释放当前主机自动获取的 IP 地址。

A.ipconfig/all B.ipconfig/reload C.ipconfig/release D.ipconfig/reset

解析3：

A 项用于查看 ip 地址的全部配置情况，C 项用于释放当前主机自动获取的 ip 地址。没有 BD 选项这样的命令。

4. IP 地址与子网划分

（1）IP 地址分类与特殊 IP 地址

IP 地址的表示采用点分十进制，采用 32 位二进制，划分成 4 段，每段 8 位二进制，由网络号和主机号两部分构成。常用的是 A、B、C 三类。其中，A 类的网络号 8 位，B 类的网络号 16位，C 类的网络号 24 位。

例如，A 类 IP 地址中，主机号有 24 位，那么可以表示的主机地址有 $2^{24}$ 种，但需要排除两个特殊的地址，分别是全 0 和全 1 作主机号。全 0 表示网络的地址，全 1 表示广播地址，因此主机地址有 $2^{24}$ - 2 种。

特殊的 IP 地址：

IP	说明
127网段	回拨地址，本地环回地址。通常用于本地测试。
主机号非全 0 和非全 1	可作为子网中的主机号使用。
主机号全 0 地址	代表这个网络本身，可作为子网地址使用。
主机号全 1 地址	特定子网的广播地址。
169.254.0.0	保留地址，用于 DHCP 失效（Windows）
0.0.0.0	保留地址，用于 DHCP 失效（Linux）

例题：

在一台安装好 TCP/IP 协议的计算机上，当网络连接不可用时，为了测试编写好的网络程序，通常使用的目的主机 IP 地址为（）。

A.0.0.0.0

B.127.0.0.1

C.10.0.0.1

D.210.225.21.255/24

解析：

为了测试编写好的网络程序，通常使用本地环回地址 127.0.0.1，选 B。D 项中是一个普通的 IP 地址类型，其后面的 /24 是指有 24 位作为网络位，那么主机号有 8 位。

（2）子网划分与路由汇聚

IP 地址的表示方式有：

A/B/C/D/E 类地址
IP 地址/n（n 代表网络位数）
子网掩码

其中，子网掩码的表示为网络号位置全为 1，主机号位置全为 0。和 IP 地址进行与操作。

子网划分：

将一个网络划分成多个子网（取部分主机号当子网号）

例如，将 B 类 IP 地址 168.195.0.0 划分成 27 个子网，子网掩码为多少？每个子网可表示多少个主机？

首先看到 B 类 IP 地址，其网络号为 16 位。27 个子网需要 5 位二进制才能表示， $2^{5}$ = 32，所以子网号为 5，那么子网掩码就是：原 16 位网络号 + 5 位子网号 + 主机号，并且子网掩码网络号全为 1，主机号全为 0，所以子网掩码是：11111111 11111111 11111000 00000000，即 255.255.248.0。网络号有 16 + 5 = 21 位，那么主机号有 32 - 21 = 11 位，可以表示 $2^{11} -2$ 个主机地址，不要忘记减去全 0 和全 1 的情况。

或者，将 B 类 IP 地址 168.195.0.0 划分成若干子网，每个子网内有主机 700 台，则子网掩码为多少？

同样，子网掩码为原 16 位网络号 + 子网号 + 700 台主机，其中 700 台主机可由 $2^{10}$ 表示，即 10 位二进制（1024 - 2 = 1022），那么主机号有 10 位，因此子网号有 32 - 16 - 10 = 6 位，可以表示 $2^{6}$ 个子网。那么子网掩码为：11111111 11111111 11111100 00000000，即 255.255.252.0。

路由汇聚：

将多个网络合并成一个大的网络（取部分网络号当主机号）

例如，设有两个子网 202.118.133.0/24 和 202.118.130.0/24，如果进行路由汇聚，得到的网络地址是？

首先可以看到两个子网的前 16 位地址是相同的，都是 202.118，然后再第 16 - 23 位不同，那么将其转化为二进制为：133 -> 1000 0101，130 -> 1000 0010，也就是它们的末三位不同，因此是从第 21 位开始发生变化的。将相同的部分全部取出，变化的部分全部置为 0，所以变成了 1000 0000，即 128。但注意，之前是前 24 位表示网络位，现在将变化的 3 位置 0 ，所以网络位减三，变成 21 位。所以路由汇聚后得到的网络地址为 202.118.128.0/21。

所以路由汇聚就是将大网络进行汇聚，就比如先确定国家和省份，然后再去细分网络，确定更为细致的位置。在题目中就是先找到网络 202.118.128，然后再分别去确定 133 和 130。

例题：

与地址 220.112.179.92 匹配的路由表的表项是（）。

A.220.112.145.32/22

B.220.112.145.64/22

C.220.112.147.64/22

D.220.112.177.64/22

解析：

首先可以看到选项中的地址与题目中地址的前 16 位均相同，因此变化的是第 16 - 23 位。并且选项中给出了网络号的位数为 22 ，所以剩下的 22 - 16 = 6 位，依然是相同的。其中 179 的二进制形式为：10110011，可用除基取余法快速计算。145 的二进制形式为：10010001，147 的二进制形式为：10010011，177 的二进制形式为：10110001，显然 177 的前六位与 179 的前六位相同，所以 D 项是匹配的。

（3）IPv6

IPv4 能表示的空间有 $2^{32}$ ，大概有 40 亿左右。但随着全世界人口的增加，IPv4 已经逐渐不够用，因此出现了 IPv6。IPv6 是设计用于替代现行版本 IP 协议（IPv4）的下一代 IP 协议。

IPv6 地址长度为 128 位，地址空间相比于 IPv4 增大了 $2^{96}$ 倍。

IPv6 的地址类型：

单播地址：用于单个接口的标识符，传统的点对点通信。
多播地址：一点对多点的通信，数据报交付到一组计算机中的每一个。IPv6 没有广播的术语，而是将广播看做多播的一个特例。
任播地址：泛播地址，这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据包在交付时只交付给其中一个，通常是距离最近的一个。

IPv6 地址表示：（冒分十六进制）

IPv6 地址由 8 个 16 进制字段构成，例如：

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344

可以简写成：2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

如果因为省略而出现了两个以上的冒号，则可以压缩为一个，但这种零压缩在地址中只能出现一次。因此：

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab（整段 0 可以记作 1 个 0）

2001:0DB8::1428:57ab（连续多段 0 可以省略）

2001:DB8::1428:57ab（高位 0 可以省略）

IPv4 / IPv6 过渡技术：

双协议栈技术：双栈技术通过节点对 IPv4 和 IPv6 双协议栈的支持，从而支持两种业务的共存。
隧道技术：通过在 IPv4 网络中部署隧道，实现在 IPv4 网络上对 IPv6 业务的承载，保证业务的共存和过渡。隧道技术包括：6to4隧道、6over4隧道、ISATAP隧道。
NAT-PT 技术：使用网关设备连接 IPv6 和 IPv4 网络。当 IPv4 和 IPv6 节点互相访问时，NAT-PT 网关实现两种协议的转换翻译和地址映射。

5. 网络规划与设计

整体流程：

需求分析 -> 网络规划原则 -> 网络设计与实施原则 -> 层次化网络设计

需求分析

网络功能要求；网络的性能要求；网络运行环境的要求；网络的可扩充性和可维护性要求。

网络规划原则

实用性原则；开放性原则；先进性原则。

网络设计与实施原则

可靠性原则；安全性原则；高效性原则；可扩展性原则。

层次化网络设计

包括核心层、汇聚层、接入层。

层次化网络：

核心层：主要是高速数据交换，实现高速数据传输、出口路由，常用冗余机制。

汇聚层：网络访问策略控制、数据包处理和过滤、策略路由、广播域定义、寻址。

接入层：主要是针对用户端，实现用户接入、计费管理、MAC 地址认证、MAC 地址过滤、收集用户信息，可以使用集线器代替交换机。

例题：

以下关于层次化局域网模型中核心层的叙述，正确的是（）。

A.为了保障安全性，对分组要进行有效性检查。

B.将分组从一个区域高速地转发到另一个区域。

C.由多台二、三层交换机组成。

D.提供多条路径来缓解通信瓶颈。

解析：

核心层只负责数据的高速转发，因此 B 选项正确。A 选项中分组检查由汇聚层处理。核心层大多由三层交换机或路由器构成，C 项错误。D 项中提到通信瓶颈，通常是瓶颈在哪里就在哪里提供路径，核心层只有出口路由，没有路径等相关概念，属于混淆项。

6. 网络接入技术

计算机网络分类

按分布范围分：

局域网（LAN）：无线局域网（WLAN，802.11，Wi-Fi）
城域网（MAN）：无线城域网（WMAN，802.16，WiMax）
广域网（WAN）：无线广域网（WWAN，3G/4G）
因特网：无线个人网（WPAN，802.15，Bluetooth）

按拓扑结构分：

总线型、星型、环型、树型等。

网络接入技术

有线接入：

公用交换电话网络（PSTN）
数字数据网（DDN）
综合业务数字网（ISDN）
非对称数字用户线路（ADSL）
同轴光纤技术（HFC）

其中，非对称数字用户线路（ADSL）又分为静态IP、PPPoA（基于 ATM）、PPPoE（基于以太网）三种接入方式。

无线接入：

IEEE 802.11（WiFi）
IEEE 802.15（Bluetooth）
红外（IrDA）
WAPI

例题1：

使用 ADSL 接入 Internet，用户端需要安装（）协议。

A.PPP B.SLIP C.PPTP D.PPPoE

解析1：

ADSL 接入 Internet 需要安装 PPPoE 协议，该协议基于以太网接入，选 D。A 项是点对点协议，C 项是点对点隧道协议。

例题2：

下列无线网络技术中，覆盖范围最小的是（）。

A.802.15.1 蓝牙

B.802.11n 无线局域网

C.802.15.4 ZigBee

D.802.16m 无线城域网

解析2：

覆盖范围最小的是蓝牙技术，选 A。C 项是子蜂技术，相比蓝牙要大一些。

7. WWW 服务

www 服务即万维网服务。Internet 地址：域名格式和IP地址格式。

URL

URL，即统一资源定位符，是互联网上标准资源的地址。互联网上的每个文件都有一个唯一的 URL，它包含的信息指出文件的位置以及浏览器应该怎么处理它。

URL格式：

协议名://主机名.组名.最高层域名例如：http://www.baidu.com

protocol://hostname[:port] path /filename

protocol 指定使用的传输协议，最常见的是 HTTP 或 HTTPS 协议，也可以有其他协议，如 file、ftp、gopher、mms等。

hostname 是指主机名，即存放资源的服务域名或 IP 地址。如 www，也可将 www.baidu.com 整体作为主机名。

port 是指各种传输协议所使用的默认端口号，一般可以省略，如 http 默认端口号为 80。

path 是指路径，由一个或者多个 "/" 分隔，一般用来表示主机上的一个目录或者文件地址。

filename 是指文件名，该选项用于指定需要打开的文件名称。

一般情况下，一个 URL 可以采用 "主机名.域名" 的形式打开指定页面，如 www.baidu.com，也可单独使用 "域名" 来打开，如 baidu.com，但这样做的前提是需要进行相应的设置和对应。

常见域名：

组织模式	含义	地理模式	含义
com	商业组织	cn	中国
edu	教育机构	hk	中国香港
gov	政府机构	mo	中国澳门
mil	军事部门	tw	中国台湾
net	主要网络支持中心	us	美国
org	上述以外组织	uk	英国
int	国际组织	jp	日本