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软考-软件设计师-计算机网络

article 2025/3/25 22:00:12

一、七层模型

中继器：信号会随着距离的增加而逐渐衰减，中继器可以接受一端的信息再将其原封不动的发给另一端，起到延长传输距离的作用；

集线器：多端口的中继器，所有端口公用一个冲突域；

网桥：用于连接两个不同类型网络的设备，即链接两个局域网的存储转发设备；

交换机：多端口的网桥，用来将多个设备联网起来，是数据链路层的，不能划分网络层的广播，它的各个端口形成一个广播域，每个链接主机节点接口可以划分成一个冲突域；

三层交换机：添加了路由功能的交换机；

局域网工作在物理层和数据链路层中，典型设备是交换机，内部有广播。

局域网只能在两层设备（中继器、集线器、网桥、交换机、网卡）内进行交流，第三层的设备（三层交换机、路由器）则不能进行交流。

冲突域：所有直接连在一起的，且必须竞争以太网总线的节点可以认为是处在同一个冲突域中，也就是一次只能有一个设备发送信息，其他只能等待。

总结：

一个交换机有多个冲突域和一个广播域

一个集线器有一个冲突域和一个广播域

该题考察的是局域网和广域网的差异问题。

A选项中计算机P和计算机Q是用网桥连接起来的，网桥是二层设备，因此P和Q在同个局域网内。

B选项中计算机P和计算机S中间隔了个路由器，路由器是三层设备，局域网不能透过三层去传输网络信息，因此P和S之间的路径不能通过。

C选项中计算机Q和计算机R连接在同一个网桥下，但是隔了个集线器，集线器是一层设备，因此Q和R可以互通。

D选项中计算机S和计算机T之间是通过交换机连接的，并不影响之间的通信。

二、网络技术标准与协议

图注：TCP之上的五个协议都是基于TCP的，所以都是可靠的协议； UDP上四个协议是不可靠的。图中所示均为TCP/IP协议族的组成。

ICMP：因特网控制报文协议。用ping命令检查网络是否通畅属于ICMP协议。

ARP：地址解析协议。把IP地址转为MAC地址。

RARP：反向地址解析协议。把MAC地址转为IP地址。

TCP：在通信时会建立连接。被称为可靠的协议，有验证机制，在传输信息时会有反馈信息。

UDP：在通信时不建立连接。被称为不可靠的协议，无验证和反馈过程。

HTTP：超文本传输协议。用来传输网页数据。

FTP：文件传输协议，20为数据口，21为控制口。

Telnet：远程登录协议。

POP3：邮件接受协议

SMTP：简单邮件传送协议。报文采用ASCII格式。

DHCP：用来做动态IP地址的分配工作。

TFTP：小文件传输协议。

SNMP：简单网络管理协议。

DNS：域名解析协议。

Samba、CIFS、NFS：均是文件共享协议，其中Samba可以跨平台。三者既可以用TCP实现，也可以用UDP实现。

使用ping命令进行网络检测，按照由近及远原则，首先执行的是ping.127.0.0.1，其次是ping本地IP，再次是ping默认网关，最后是ping远程主机。

数据的封装和分用：实际上，当应用程序用 TCP 传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络，其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（以太网包括尾部），这个过程称作封装。

每一层数据是由上一层数据+本层首部信息组成的，其中每一层的数据，称为本层的协议数据单元，即 PDU。

应用层：用户数据在应用层中会被加密、编码传输

传输层：在传输层中，经过 TCP 协议封装的数据将会加上 TCP 首部，此时的 PDU被称为 TCP 报文段或简称为 TCP 段。经过 UDP 协议封装的数据将会加上 UDP 首部，此时的 PDU 被称为 UDP 数据报。该层的数据单元也可以统称为断。TCP/UDP 首部主要包含源进程端口号和目的进程端口号

网络层：经过 IP 协议封装的 PDU 被称为 IP 数据报，也被称为包。IP 首部主要包含源 IP 地址和目的 IP 地址，以及上层传输层协议的类型

链路层：链路层中 PDU 被进一步封装为帧，传输媒介不同，帧的类型也不同，比如通过以太网传输的就是以太网帧，而令牌环网上传输的则是令牌环帧。以太网帧首部主要包含源 MAC 地址和目的 MAC 地址，以及帧类型（用于确定上层协议类型）。最终，帧被以比特流的形式通过物理传输介质进行传输给目的主机，此时数据传输的单位就是比特

当目的主机收到一个以太网数据帧时，并且通过匹配帧中的 MAC 地址发现目的地就是本机，那么数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个过程称作分用。

1、TCP协议

3次握手，4次挥手

2、DHCP协议

图注：DHCP服务器向客户机分配的IP地址会有租约，租约默认为八天，若客户机的地址一直未改变，DHCP服务器就会将之前的IP地址重新分配给客户机，而DHCP服务器的分配方式则有三种：固定分配，动态分配，自动分配；较特殊的IP地址： 169.254.X.X(windows系统中分配该IP);0.0.0.0(lilux系统中分配该IP）,这两个IP地址称之为假地址，即未与DHCP服务器连接上时即会被分配这两个地址，一旦分配到的地址是Windows系统的169.254开头或Linux的0.0开头的，是不能和外界通信的，说明局域网DHCP服务器出故障了或者计算机原因等，没能和服务器联系上，阻止设备无休止的申请IP地址，用假地址“搪塞”过去。

windows中有关DHCP服务的命令：

ipconfig：显示信息。

ipconfig/all：显示详细信息，可查看DHCP服务是否已启用以及显示它已配置且所要使用的附加信息(如IP地址等)，并且显示内置于本地网卡中的物理地址，只能在向DHCP服务器租用其IP地址的计算机上起作用。

ipconfig/renew：更新所有适配器，即重新申请IP地址。

ipconfig/release：释放所有匹配的连接(IP地址)，只能在向DHCP服务器租用其IP地址的计算机上起作用。

ipconfig/flushdns：清除DNS缓存。当访问一个网站时系统首先从DNS缓存中读取该域名所对应的IP地址，如果查找不到时，就会到系统中查找hosts文件。

DHCP客户端可从DHCP服务器获得本机IP地址、DNS服务器的地址、DHCP服务器的地址、默认网关的地址等。

3、DNS协议

访问站点一般用域名访问，但是计算机实际只通过IP地址识别站点，域名只是为了便于人们记住站点，这时计算机就需要查询域名的IP地址，就用到了DNS协议。

递归查询：A询问B，B帮助A查询到答案再亲口告诉A。

迭代查询：A询问B，B如果不知道答案， A就去询问别人，直到找到知道答案的人。

递归查询返回的查询结果是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。

注：

(1)主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。

(2)本地域名服务器向根域名服务器的查询采用迭代查询。

DNS服务器域名请求流程：

(1)客户机发出域名请求，并将该请求发送给本地域名服务器；

(2)当本地域名服务器收到请求后，就先查询本地的缓存，如果有该记录项，则本地域名服务器就直接把查询的结果返回；

(3)如果本地的缓存中没有该记录，则本地域名服务器就直接把请求发给根域名服务器，然后根域名服务器再返回给本地域名服务器一个所查询的域(根的子域)的主域名服务器的地址；

(4)本地服务器再向上一步返回的域名服务器发送请求，然后接收请求的服务器查询自己的缓存，如果没有记录，则返回相关的下级的域名服务器的地址；

(5)重复第四步，直到找到正确的记录；

(6)本地域名服务器把返回结果保存到缓存，以备下一次使用，同时还将返回结果到客户机。

从域名查询IP地址的一个过程：

1、先查本地DNS缓存；

2、再查找hosts文件；

3、再查本地DNS服务器；

4、再查根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器（本地到根是迭代查询）；

三、计算机网络的分类

拓扑结构

在办公室中，一般采用星型结构，中心节点一般是交换机。

四、网络规划与设计

图注：核心层只负责高速数据的交换，且采用冗余设计，即采用几台设备处理这些数据，这样做可以提高安全性，因此对设备的性能有较高要求。

顶层是核心层，底层是接入层，功能都比较单一。核心层高速数据转发，性能要求很高，经常具有冗余设计，比如使用两个交换机完成一个任务，这样一个交换机出现问题不至于系统瘫痪。分层设计应该自下而上，从而确定核心层需要什么样的性能来解决问题。

五、IP地址与子网划分

1、IP地址

A、B、C类是普通的IP地址，平常广泛应用，D、E类属于特殊用途的IP地址。

A类地址规定了前8个bit位是网络号，后24个bit位是主机号。1个A类地址网络包含了2^24-2台可用主机（共224个地址，可用为224-2）。减去的2是全0和全1的地址，A类地址首位必须为0。

A类地址的子网掩码是255.0.0.0。

B类地址规定了前16个bit位是网络号，后16个bit位是主机号。每一个B类网络容纳2^16-2个可用主机。

B类地址的子网掩码是255.255.0.0。

C类地址规定了前24个bit位是网络号，后8个bit位是主机号。容纳的可用主机数是2^8-2，即254台。

C类地址的子网掩码是255.255.255.0。

主机位全0的地址代表的是这个网络的网络地址。

主机位全1的地址代表的是这个网络的广播地址。

网络地址：IP地址与其子网掩码进行与操作。

如61.116.7.131/26所在网络的网络地址：用IP地址与其子网掩码255.255.255.192进行与操作可得网络地址：61.116.7.128/26

2、子网划分

子网掩码的概念：将一个IP地址划分为n个子网或者将n个子网合并都需要利用子网掩码，子网掩码是用来区分一个IP地址哪些部分是网络号，哪些部分是主机号的。子网掩码为1的部分对应的是网络号，为0的部分对应的是主机号。

求子网掩码的步骤：

（1）将IP地址十进制转化为二进制数，再将网络号的二进制数全部转换为1；

（2）根据2k>=N求出取主机号的位数k，N为子网划分的个数；

（3）将K位数的主机号转换为1，最终将该转换过的IP地址二进制数化为十进制数。

把网络划分子网，是把部分主机号当成子网号，如取了5位主机号当子网号，就是2^5=32个子网。

把网络117.15.32.0/23划分为117.15.32.0/27，得到的子网是2^4=16个，原本是23个网络号位，现在要变成27个网络号位，那就只能把原来的9位主机号位取4位出来当子网号位，取的这4个主机号位就变成网络号位，那么就是2^4=16个子网了。

上例关于子网掩码的另一个解读：

B类地址的子网掩码是255.255.0.0，现在要划分成27个子网，取5位主机号当子网号，

如果是变成地址块的写法就是168.195.0.0/21，这个地址块的子网掩码就是255.255.248.0。

注意：两个IP地址在同一网络（网段），也就是他们的网络位是保持一致的（相同的）。

3、无分类编制（无类域间路由）

图注：/20，斜杠后的数字表示网络号位有多少位，如上图20个网络号位，那么就剩12个主机号位，所以，一共有的地址是212个，主机数是212-2个。

这个地址块最小地址（网络地址）：1000 0000 0000 1110 0010 0000 0000 0000

这个地址块最大地址（广播地址）：1000 0000 0000 1110 0010 1111 1111 1111

黄色部分是网络号，共20位，最大的时候，主机号位全是1，那么第三段就是47了

解析：网络号有20个bit位，主机号有12位，C类子网的前24个bit位是网络号，后8个bit位是主机号，由于给出的地址块的前20位是网络号，需要从主机中拿出4位来做子网号，4个位的子网号可以得到24个子网，即16个。

4、特殊含义的IP地址

10.0.0.0 /8 和 172.16.0.0 /12 和 192.168.0.0 /16 三个为内部IP地址，不可上公网，是局域网分配的内部IP地址，局域网用一个公网IP联接因特网。

后面两个保留地址，在DHCP服务器故障时，我们电脑获得了这样的地址，其实是个假地址，这是操作系统分给的假地址，阻止设备无休止的申请IP地址，用假地址“搪塞”过去。

127回播地址的使用情况：用于测试，开发了一个服务器端的程序和客户端的程序，两方需要做调试的时候，假设只有一台主机可用，可以把服务器部署在这个主机上，客户端也部署在这个服务器上做测试，这时可以用到127网段的地址，可设置服务器的地址为127.0.0.1，这时连接到的是本机。还可用127网段的地址来测试目前的网卡的TCP/IP协议族是否正常，直接ping 127.0.1，如果ping通，说明本机的TCP/IP协议是可以正常运转的。