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计网考试复习大纲 -整理版

这是基于老师发布的大纲整理的复习资料，补充了部分题目和我的个人笔记。

考试题型

  • 一、单项选择题（在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案）（本大题共 20 小题，每小题 1 分，共 20 分）
  • 二、应用问题分析计算题（本大题共 5 小题，每题 10 分，共 50 分）
  • 三、综合能力拓展题（共 30 分）

知识点复习

1. 曼彻斯特编码等

  • 曼彻斯特编码：

    • 看中间跳变：从高到低为 1，从低到高是 0。

  • 差分曼彻斯特编码：

    • 遇 0 不变（位开始处有跳变），遇 1 翻转（位开始处无跳变）。

    • 特点：抗干扰性更好，看不了第一位。

2. 计算机网络的五层协议体系结构，每层的主要协议原理及作用

  • 应用层

    • 协议：FTP, SNMP (简单网络管理协议), HTTP, DHCP (动态主机配置，自动分配 IP)。

    • 作用：规定应用程序的数据格式，通过 TCP/UDP 为不同程序传递数据。

  • 运输层

    • 协议：TCP (可靠), UDP (不可靠)。

    • 作用：将接收到的信息分配到不同端口 (Port)，实现端到端通信。

  • 网络层

    • 协议：IP, ARP (IP 转换为 MAC), ICMP (网络诊断报错，如 ping), RIP (路由信息协议)。

    • 作用：负责分组转发和路由选择。

  • 数据链路层

    • 协议：PPPoE (点对点), ATM, HDLC (流量控制), CSMA/CD。

    • 作用：将网络层数据封装成帧，在相邻节点间传输。

  • 物理层

    • 介质：网线、光纤电缆、双绞线。

    • 作用：电脑间实际连接的介质，传输比特流。

**📝 典型考题 **

  • ICMP 通常被认为是 网络 层的协议。

  • ARP 通常被认为是 网络 层的协议（虽然它是为链路层服务的）。

  • 数据链路层中传输的数据块称为 帧。

3. 集线器、中继器、交换机和路由器等网络设备的工作原理、解决了哪些网络问题及相互间的区别

  • 集线器 (Hub)

    • 工作于 物理层。

    • 连接多个设备到局域网中，使其可以共享同一介质（共享带宽，半双工）。

    • 简单的信号拓展，可以一定程度上延长网络信号的传输距离。

    • 相当于多端口的中继器。

  • 中继器 (Repeater)

    • 工作于 物理层。

    • 将接收端口的信号放大整形后发送到另一个端口。

    • 解决了信号衰减问题，可以延长网络距离（也就是“再生”数字信号）。

    • 缺点：中继器为单端口，不参与任何寻址或路由，不理解帧结构，不能隔离冲突域。

  • 交换机 (Switch)

    • 工作于 数据链路层（局域网内部）。

    • 处理数据帧，能理解数据帧的 MAC 地址。

    • 是集线器的升级版，根据 MAC 地址表进行智能转发（独享带宽，全双工）。

    • 作用：隔离冲突域（Collision Domain），但不隔离广播域。

  • 路由器 (Router)

    • 工作于 网络层。

    • 负责在不同网络（子网）中通信。

    • 可连接不同网络，实现数据包的路由，分割广播域。

    • 根据 NAT 允许多个内部设备共享一个公共 IP 地址访问互联网。

**📝 典型考题 **

  • 在 OSI 的七层模型中，集线器工作在 物理层**。

  • 路由器最主要的功能是 选择数据分组传输的最佳路径。

4. 以太网帧的各字段的作用

  • IEEE 802.3 帧格式

  • 前导码：前面 7+1 字节，用于时钟同步，不算入帧长。

  • 数据字段：46 ~ 1500 字节。如果数据不够 46 字节，必须填充。

  • 校验和 (FCS)：4 字节，使用 CRC 循环冗余校验（32位）。

  • 最小帧长：64 字节（6 目的MAC + 6 源MAC + 2 类型 + 46 数据 + 4 FCS）。

  • 最大帧长：1518 字节。

  • 帧结构顺序：目标 MAC 地址 | 源 MAC 地址 | 协议类型 | IP 头 + 数据 | CRC。

**📝 典型考题 **

  • 以太网数据帧最大长度是 1518B**。

  • IEEE 802.3 标准规定的以太网的物理地址长度是 48bit。

-IP 数据报携带了 TCP 报文，其中 IP 头部长度为 20B，总长度字段内容为十六进制数 04B0，TCP 头部长度为 32B。请求出 TCP 数据段中数据部分的长度。

5. 五层中各层传输的数据单位是什么

  • 应用层：报文 (Message)

  • 传输层：报文段 (Segment, TCP) / 用户数据报 (Datagram, UDP)

  • 网络层：数据包 / 分组 (Packet) / IP 数据报

  • 数据链路层：帧 (Frame)

  • 物理层：比特 (Bit)

6. 有哪些传输介质，如何分类的

  • 有线传输介质

    • 双绞线：LAN 连接，电话线（抗干扰一般）。

    • 同轴电缆：有线电视，早期以太网。

    • 光纤：互联网骨干网，长途通信，抗电磁干扰强，带宽高。

  • 无线传播介质

    • 无线电波：WiFi，蓝牙，广播。

    • 微波：长距离通信，蜂窝网络。

    • 红外线：遥控器，短距离数据传输（不能穿墙）。

📝 典型考题

  • 目前网络传输媒体中传输速率最高的是 光纤。

7. 网络拓扑结构有哪些？

  • 星型、总线型、环形、网状、树型。

8. IP 协议格式、IP 地址及 IP 地址的分类、子网掩码、子网划分、IP 地址规划等的概念和工作原理

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|      Time to Live (TTL)       |   Protocol    | Header Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        Source IP Address                        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                     Destination IP Address                      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Options                         |    Padding                    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

**📝 典型考题 **

  • 利用 子网掩码 可以判断两台主机是否处于同一子网。

  • IP 地址 192.168.1.0 代表 一个 C 类网络号。

  • 某地址块为 128.34.57.26/22。求该地址块的第一个地址和最后一个地址，以及该地址块中包含的地址个数。

  • 请指出下列 IP 地址中的错误。
    （1）112.56.48.76.20
    （2）183.256.76.253

9. 常见的网络命令的使用方法和作用

  • ipconfig：查看和管理接口配置信息，显示 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS。

  • ping：测试另一台主机的连通性（基于 ICMP）。

  • tracert：跟踪数据包从当前计算机到目的主机经过的路由器的路径。

  • nslookup：查询 DNS 服务器（域名解析）。

10. CIDR 的工作原理及作用

  • 无类别域间路由 (CIDR)。

  • 原理：打破了 IP 地址的传统 A/B/C 类划分，允许根据需求灵活地划分网络和子网。

  • 表示法：IP 地址 / 前缀长度（例如 192.168.1.0/24）。

    • 前缀用于标识网络位。

    • 后缀用于标识主机位。

11. IPv6 地址及简化表示

  • 128 位长度。

  • 用冒号十六进制表示（如 2001:0DB8:0000:...）。

  • 压缩规则：

    • 可以省略每组左侧的 0。

    • 如果出现连续几组的 0，可以用双冒号 :: 表示（注意：全地址只能用一次 ::）。

12. 如何辨别 IP 地址是否正确？如何区分哪些 IP 地址是否可用（可配在主机上）？

  • 每个数字必须是 0-255。

  • 四个用点分割的十进制数字组成。

  • 注意保留地址：

    • 网络地址：主机位全 0（代表网段，不可用）。

    • 广播地址：主机位全 1（代表广播，不可用）。

    • 127.x.x.x：环回地址（本机测试）。

📝 典型考题)

  • 如果子网掩码是 255.255.0.0，那么 112.11.0.0 是网络地址，112.11.255.255 是广播地址。

-请问下列 IP 地址能否分配给主机？如果不能，请说明理由。
（1）131.107.256.80
（2）231.222.0.11
（3）126.1.0.0
（4）198.121.254.255
（5）202.117.34.32

13. 路由协议如何分类？常见的路由协议的工作原理及应用场景

  • 按照工作区域划分

    • 内部网关协议 (IGP)：RIP, OSPF, EIGRP。

    • 外部网关协议 (EGP)：BGP。

  • 按工作原理划分

    • 距离矢量路由协议：RIP, EIGRP。

    • 链路状态路由协议：OSPF, IS-IS。

  • 应用场景分类

    • 静态路由：管理员手动配置。

      • 优点：安全、资源占用少。

      • 缺点：无法自动适应网络变化，拓扑变了要人工改。

      • 场景：小型网络。

    • 默认路由：0.0.0.0/0。

      • 当找不到匹配路由时，把包扔给它。通常指向出口网关。

    • 动态路由协议 (重点)

      • RIP (距离矢量)：

        • 原理：以跳数为度量，最大 15 跳（16 跳为不可达）。每 30 秒广播完整路由表。

        • 防环机制：水平分割、毒性逆转。

        • 缺点：收敛慢，“坏消息传得慢”，只适合小型网络。

      • OSPF (链路状态)：

        • 原理：以带宽/开销为度量。路由器之间交换 Hello 报文，泛洪 LSA 建立链路状态数据库 (LSDB)。

        • 算法：使用 Dijkstra (SPF) 算法计算最短路径。

        • 优点：收敛快，无环路，适合大中型网络。

14. UDP 和 TCP 协议的工作原理、应用场景、各自的特点（优缺点）等

**📝 典型考题

一个 UDP 用户数据报的数据部分为 8192B，在数据链路层使用以太网传送。请问应划分成几个 IP 数据报？每个 IP 数据报的总长度字段和片偏移字段的值各是多少？

假设 TCP 使用的最大窗口是 65535B，而传输信道不会产生差错，带宽也不受限制。若报文段的平均往返时延为 20ms，请问能得到的最大吞吐量是多少？

如果应用程序愿意使用 UDP 完成可靠传输，这可能吗？请说明理由。

15. 常见应用层协议的作用、使用方法

  • DNS：域名系统，UDP 53，域名 $\to$ IP。

  • FTP：文件传输协议，TCP 21 (控制) / 20 (数据)。

  • TFTP：简单文件传输协议，UDP 69，轻量级。

  • Telnet：远程终端协议，TCP 23，明文传输（不安全）。

  • SSH：加密远程终端协议，TCP 22，替代 Telnet。

  • SNMP：简单网络管理协议，UDP 161/162。

  • HTTP：超文本传输协议，TCP 80。

  • HTTPS：加密的 HTTP，TCP 443。

  • SMTP：简单邮件传输协议，TCP 25，用于发送邮件。

  • POP3：邮局协议 v3，TCP 110，用于接收邮件（下载后通常删除）。

  • IMAP：互联网消息访问协议，TCP 143，用于接收和管理邮件（保留在服务器）。

  • DHCP：动态主机配置协议，UDP 67/68，自动分配 IP。

16. 三次握手建立连接的过程及四次挥手释放连接的过程

  • 三次握手 (建立连接)

    1. SYN：客户端发送 SYN=1, seq=x。客户端进入 SYN-SENT。

    2. SYN + ACK：服务端回复 SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1。服务端进入 SYN-RCVD。

    3. ACK：客户端回复 ACK=1, seq=x+1, ack=y+1。双方进入 ESTABLISHED。

  • 四次挥手 (释放连接)

    1. FIN：客户端说“我发完了”，发送 FIN=1, seq=u。

    2. ACK：服务端说“我知道了”，发送 ACK=1, ack=u+1。（此时客户端半关闭，只能收不能发）。

    3. FIN + ACK：服务端说“我也发完了，挂吧”，发送 FIN=1, seq=w, ack=u+1。

    4. ACK：客户端说“好的，再见”，发送 ACK=1, ack=w+1。等待 2MSL 后关闭。

**📝 典型考题 **

  • 当 TCP 客户进程与 TCP 服务器进程建立连接时，TCP 报文段首部中的 SYN 字段置 1。

17. 有哪些延迟，发送延迟和传播延迟的计算，有效数据传输率的计算

  • 总延迟 = 处理延迟 + 排队延迟 + 发送延迟 + 传播延迟

  • 发送延迟 (Transmission Delay)：

    • 取决于数据长度和信道带宽（推力）。

    • 公式：

      $$d_{trans} = \frac{L (\text{数据长度})}{R (\text{带宽/发送速率})}$$

  • 传播延迟 (Propagation Delay)：

    • 取决于距离和介质中的光速（路程）。

    • 公式：

      $$d_{prop} = \frac{D (\text{距离})}{V (\text{传播速度})}$$

  • 有效数据传输率 (Throughput)：

    • $$\text{有效传输率} = \frac{\text{有效数据量}}{\text{总耗时}}$$

📝 典型考题
一个信道的带宽是 4kHz，数字信号的电平取值存在 4 种可能，请问理想状态下该信道的最大数据传输率是多少？若考虑到信道噪声，信噪比为 30dB，则该信道的最大数据传输率是多少？（注：log₂1001 ≈ 10）

18. CRC 校验的工作原理和过程，根据给出的生成多项式求出 FCS 码

  • 题目：假设待发送数据 $M = 101101$，生成多项式为 $G(X) = X^4 + X^2 + 1$。

  • 第一步：确定除数

    • $X^4 \rightarrow 1$, $X^3 \rightarrow 0$, $X^2 \rightarrow 1$, $X^1 \rightarrow 0$, $X^0 \rightarrow 1$。

    • 除数 $P = 10101$。

  • 第二步：补 0

    • 最高次幂 $r=4$，在 $M$ 后面补 4 个 0。被除数变为 1011010000。

  • 第三步：模 2 除法

    • 异或运算（同 0 异 1）。

  • 第四步：求 FCS

    • 余数即为 FCS。如果余数位数不足 $r$ 位，前面补 0。

📝 典型考题

  • 要发送的数据是 101110，已知 CRC 码的生成多项式 $G(X) = X^3 + 1$，求帧校验序列 FCS。

  • 若接收方收到的二进制序列是 1010111001100111，CRC 生成多项式为 X⁴ + X² + X + 1。请判断数据传输过程中是否发生了差错。

19. TCP 传输报文段的工作原理和过程，其中的序号、报文段长度、确认号是如何计算的？

  • 序号 (seq)：

    • 本报文段数据的第一个字节的编号。

    • 例：初始 seq = $x$，发送了 10 字节。下一个报文段 seq = $x + 10$。

  • 报文段长度：

    • 长度 = IP总长度 - IP首部 - TCP首部。

  • 确认号 (ack)：

    • 期望收到对方下一个报文段的第一个字节序号。

    • $$\text{ack} = \text{已收到的最后字节序号} + 1$$

      。

20. CDMA 中可根据收到的信号序列推断哪些站点发送了信号？具体发送的是 0 还是 1

  • 原理：正交性。每个站点的码片序列互相垂直（内积为 0）。

  • 计算方法：

    • 发送 1 = 原码片 $S$。

    • 发送 0 = 反码片 $-S$。

  • 典型例题：

    • 已知：A 站码片 $S_A: (-1, -1, -1, +1, +1, -1, +1, +1)$。

    • 收到信号 $R: (-1, +1, -3, +1, -1, -3, +1, +1)$。

    • 判断 A 发了什么？

    • 计算内积 $R \cdot S_A$：

      $(-1)(-1) + (+1)(-1) + (-3)(-1) + (+1)(+1) + (-1)(+1) + (-3)(-1) + (+1)(+1) + (+1)(+1)$

      $= 1 - 1 + 3 + 1 - 1 + 3 + 1 + 1 = 8$

    • 归一化：$8 / 8 = +1$。

    • 结论：A 发送了 1。

21. 路由器上的路由表更新的原理和过程

  • 核心考点：RIP 更新逻辑。

  • 假设 A 收到邻居 B 发来的路由表：

    1. 修改：先把 B 发来的所有距离 $+1$，下一跳改为 B。

    2. 更新原则：

      • 新网络：A 里没有的，直接加进去。

      • 同下一跳：如果 A 里有该网段且下一跳也是 B，无条件更新（哪怕距离变远了也要听 B 的最新消息）。

      • 不同下一跳：如果 A 里有该网段但下一跳不是 B，只在距离更短时更新。

**📝 典型考题

某网络中路由器 B 的当前路由表如表 1 所示，B 收到从路由器 C 发来的路由信息如表 2 所示。请给出路由器 B 更新后的路由表。
表 1: 路由器 B 的当前路由表
| 目的网络 | 距离 | 下一跳|
|------- -| ----|---- ------|
| N1 | 7 | A |
| N2 | 2 | C |
| N6 | 8 | F |
| N8 | 4 | E |
| N9 | 4 | F |

表 2: 从路由器 C 发来的路由信息
| 目的网络 | 距离 |
|----------|-- -|
| N2 | 4 |
| N3 | 8 |
| N6 | 4 |
| N8 | 3 |
| N9 | 5 |

22. 传输层中拥塞避免算法的工作原理及过程、关键步骤

  • 四大阶段：

    1. 慢开始 (Slow Start)：$cwnd$ 从 1 开始，每收到一个 ACK 加倍（指数增长），直到 $ssthresh$。

    2. 拥塞避免 (Congestion Avoidance)：达到 $ssthresh$ 后，每经过一个 RTT，$cwnd$ 加 1（线性增长）。

    3. 快重传 (Fast Retransmit)：收到 3 个重复 ACK，立刻重传丢失的包，不等待超时。

    4. 快恢复 (Fast Recovery)：发生快重传后，$ssthresh$ 减半，$cwnd$ 设置为新的 $ssthresh$，然后进入拥塞避免。

  • (更多细节参考博客：CS168 学习小结 互联网应用的基石：DNS 与传输层|yumoni的小窝)

假设 TCP 拥塞控制算法中，慢开始的阈值为 10，当拥塞窗口上升到 16 时，发送端检测出超时，TCP 重新启用慢开始和拥塞避免。请计算第 1 次到第 15 次传输过程中拥塞窗口的值。

23. 平均划分子网的方法、可变长子网掩码 VLSM 划分子网的方法

  • 基础公式：

    • 子网数：$2^n$ ($n$ 为借位)。

    • 可用主机数：$2^m - 2$ ($m$ 为剩余主机位)。

  • 平均划分 (FLSM) 例题：

    • 题目: 将 192.168.1.0/24 平均划分为 4 个子网。

    • $2^n \ge 4 \Rightarrow n=2$。借 2 位。

    • 新掩码：/26 (255.255.255.192)。

    • 步长：$256 - 192 = 64$。

    • 子网1：192.168.1.0 ~ .63

    • 子网2：192.168.1.64 ~ .127

  • VLSM 划分 (重点难点)：

    • 原则：先大后小。

    • 实战演练：192.168.1.0/24 分配给 A (60台), B (28台), C (12台)。

    1. A (60台)：$2^m - 2 \ge 60 \Rightarrow m=6$。借 2 位 (/26)。

      • 范围：192.168.1.0 ~ .63。

    2. B (28台)：从 .64 开始。$2^m - 2 \ge 28 \Rightarrow m=5$。借 3 位 (/27)。

      • 范围：192.168.1.64 ~ .95 (步长32)。

    3. C (12台)：从 .96 开始。$2^m - 2 \ge 12 \Rightarrow m=4$。借 4 位 (/28)。

      • 范围：192.168.1.96 ~ .111 (步长16)。

📝 典型考题

  • 现有一个 C 类网段 193.160.80.0，要将其划分为 6 个子网…（考 VLSM 或 FLSM 计算）。

24. 根据所给的路由表和目的网络来计算下一跳

  • 原则：最长前缀匹配 (Longest Prefix Match)。

  • 将目的 IP 与路由表中的掩码做“与”运算，匹配位数最长的那个条目就是下一跳。

📝 典型考题

  • 某路由器所建立的路由表内容如下表所示。
目的网络 子网掩码 下一跳
128.96.39.0 255.255.255.128 接口 0
128.96.39.128 255.255.255.128 接口 1
128.96.40.0 255.255.255.128 R2
192.4.153.0 255.255.255.192 R3
0.0.0.0 0.0.0.0 R4

现收到 5 个分组，其目的 IP 地址分别是：
（1）128.96.39.143；
（2）128.96.40.142；
（3）128.96.40.15；
（4）192.4.153.129；
（5）192.4.153.49。
请计算出它们的下一跳。

25. NAT 和 VPN 的工作原理及如何实现的

  • NAT (网络地址转换)

    • 作用：解决 IP 短缺，将内网私有 IP 转换为公网 IP。

    • NAPT (端口映射)：

      • 外出：内网 192.168.1.5:1234 $\to$ 路由器换成 公网IP:5001。

      • 进入：收到发给 公网IP:5001 的包 $\to$ 查表查到是 192.168.1.5:1234。

  • VPN (虚拟专用网络)

    • 隧道技术 (Tunneling)：把一个 IP 包封装在另一个 IP 包的数据部分。

    • 加密技术：外层包是公网 IP，内层包是私有 IP（被加密）。

    • 过程：封装 $\to$ 加密 $\to$ 公网传输 $\to$ 解密 $\to$ 解封装。

**📝 典型考题

  • 虚拟专用网 VPN 采用的类似点对点通信的安全技术是 隧道技术。

26. 私有地址、公有地址、私有地址有哪些地址段

类别 私有地址范围 CIDR 表示法 备注
A 类 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 10.0.0.0/8 大型网络
B 类 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 172.16.0.0/12 注意是 16-31
C 类 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 192.168.0.0/16 家庭/小型网络

27.别问我为什么下一个是30

  • 因为老师没发中间的几个

30. 流量控制和拥塞控制过程

(见第 22 点，此处略。复习时注意区分：流量控制是点对点（通过滑动窗口），拥塞控制是全局性（通过 cwnd）。)

31. ARP 协议的工作原理及作用

  • ARP (Address Resolution Protocol)

  • 作用：已知 IP，求 MAC。

  • 工作原理：

    1. 查缓存：A 先看自己有没有 B 的 MAC。

    2. 广播请求：A 大喊“谁是 192.168.1.2？把 MAC 给我！”（目标 MAC 全 F）。

    3. 单播响应：B 收到后，悄悄告诉 A“我是 .2，我的 MAC 是 BB:BB”。

    4. 更新缓存：A 记下来。

32. CSMA/CD 的工作原理及过程

  • 载波监听多路访问/冲突检测 (Ethernet 核心)

  • 口诀：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。

  • 过程：

    1. 准备：封装成帧。

    2. 监听：信道忙则等，空闲（保持 96 比特时间）则发。

    3. 冲突检测：

      • 如果在争用期 ($2\tau$) 内检测到电压异常（碰撞）。

      • 停止发送。

      • 发干扰信号 (Jamming)：让大家都知道撞车了。

    4. 退避：执行截断二进制指数退避算法，随机等一会儿再重试。

**📝 典型考题

  • 以太网使用的 MAC 层协议是 CSMA/CD 协议**。

  • 无线局域网解决媒体争用的协议是 CSMA/CA（注意区别）。

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