03-计算机网络基础

Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 +0000

03-计算机网络基础（基于第3小时）

软考-系统架构设计师 | 第1篇架构设计基础出题形式：单项选择题 | 分值占比：2-4 分教材参考：第3章计算机网络基础知识

0. 考点分析

本章虽然内容广，但作为系统架构设计师考试中的"次要"科目，重点集中在 5 个方向：

网络性能指标（速率、带宽、吞吐量、时延）
局域网/以太网/WLAN/WAN/MAN 特性（尤其以太网最小帧长 64 字节、最大 1518 字节）
网络设备与工作层级对应（Hub/中继器→物理层；网桥/交换机→数据链路层；路由器/防火墙→网络层）
OSI/RM 七层模型与 TCP/IP 协议族（TCP vs UDP；FTP/HTTP/HTTPS/DNS 端口号；IPv6 过渡技术）
网络冗余设计与分层设计（接入层/汇聚层/核心层；备用路径 vs 负载分担）

1. 核心知识点

1.1 网络性能指标

性能指标：速率、带宽、吞吐量、时延 非性能指标：费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性、可维护性

1.2 通信技术

技术	说明	类比
复用技术	一条信道同时传多路数据（TDM 时分、FDM 频分、CDM 码分）	一条路上多辆货车
多址技术	一条线上同时传多个用户数据（TDMA、FDMA、CDMA）	一辆车的货物分给不同用户
5G 通信	高速率、低时延、接入用户数高	新一代移动通信

信道分类：逻辑信道（虚拟线路，可有连接/无连接）+ 物理信道

信号过程：信号变换 → 编码 → 交织 → 调制 → 信道 → 解调 → 解码 → 信号变换

1.3 网络分类与拓扑

局域网（LAN）：在有限地理范围内互联的封闭型计算机网络

5 种局域网拓扑结构：

1

总线型 星型 树型 环型 网状

1.4 关键网络技术

以太网（Ethernet）：

IEEE 802.3 定义
最小帧长：64 字节（最大帧长：1518 字节）
设置最小帧长是为了避免冲突
最小帧长 = 根据网络中检测冲突的最长时间来定

无线局域网（WLAN）：

IEEE 802.11 标准（a/b/g/n/ac）
802.11n：200 Mb/s
802.11ac：1 Gb/s
3 种拓扑：点对点型（网络互联/延长）、Hub 型（终端接入）、完全分布型（理论探讨）

广域网（WAN）：

跨更广区域互联，使用路由器和网关
组成：通信子网 + 资源子网
3 类：公共传输网络、专用传输网络、无线传输网络
相关技术：SONET、SDH、DDN、FR、ATM

城域网（MAN）：

IEEE 802.6 标准
单个城市范围内
3 层结构：核心层、汇聚层、接入层

移动通信网（5 代演进）：

代	特征
1G	模拟信号传输
2G	数字通信技术
3G	扩展频谱
4G	快速发展繁荣
5G	多业务、多技术融合（SBA + 网络切片）

5G 核心特征：

SBA（Service-Based Architecture）服务化架构：网络功能灵活定制和按需组合
网络切片技术：在单个物理网络中切分出多个分离的逻辑网络
FlexE（Flexible Ethernet）硬切片

1.5 网络设备与工作层级

设备	工作层级
集线器（Hub）	物理层
中继器（Repeater）	物理层
网桥（Bridge）	数据链路层
交换机（Switcher）	数据链路层
路由器（Router）	网络层
防火墙（Firewall）	网络层（作为网络对外门户）

交换机功能：集线、中继、桥接、隔离冲突域

交换机协议：

STP（生成树协议）：解决链路环路问题
链路聚合协议：提升端口带宽和链路可靠性

1.6 OSI/RM 七层模型（必背）

层	主要功能	详细说明
7. 应用层	处理网络应用	直接为终端用户服务，提供各类应用过程的接口和用户接口
6. 表示层	管理数据表示方式	数据编码约定、本地句法转换，使不同终端可互通信
5. 会话层	建立和维护会话连接	远程进程通信、安全验证、退出机制、断点恢复
4. 传输层	端到端传输	TCP 保证数据包无差错、按序、无丢失、无冗余；服务访问点为端口
3. 网络层	源节点和目的节点之间传输	虚电路/数据报分组交换、路由选择、阻塞控制、网络互连、诊断
2. 数据链路层	提供点到点的帧传输	封装成帧、链路管理、差错控制、流量控制
1. 物理层	在物理链路上传输比特流	机械、电气、功能、规程特性

记忆口诀（自下而上）：物链网输会表应（或 “Please Do Not Throw Sausage Pizza Away”）

1.7 TCP/IP 协议族

TCP/IP 模型 = 应用层 + 传输层 + 网际层 + 网络接口层（硬件层）

对应关系：

ISO/OSI 模型	TCP/IP 协议	TCP/IP 模型
应用层 / 表示层 / 会话层	FTP / Telnet / SMTP / NFS / SNMP	应用层
传输层	TCP / UDP	传输层
网络层	IP / ICMP / ARP / RARP	网际层
数据链路层 / 物理层	Ethernet / IEEE 802.3 / FDDI / Token-Ring / ARCnet	网络接口层（硬件层）

1.8 应用层协议

协议	全称	端口	传输层	关键特性
FTP	File Transport Protocol	20（数据） + 21（控制）	TCP	需建立 2 条 TCP 连接
TFTP	Trivial File Transfer Protocol	69	UDP	简单、开销小；不可靠、超时重传；无认证
HTTP	Hypertext Transfer Protocol	80	TCP	从 WWW 服务器传超文本到浏览器
HTTPS	HTTP Secure	443	TCP	HTTP + SSL/TLS；传输加密 + 身份认证
DHCP	Dynamic Host Configuration Protocol	67/68	UDP	集中分配 IP/网关/DNS；多服务器时客户端用第一个收到的 OFFER
DNS	Domain Name System	53	UDP/TCP	域名→IP；PTR 记录做 IP→域名反向解析

DNS 查询方式：

方式	特点
迭代查询	查询得到的是其他服务器的引用，本地服务器需访问被引用的服务器做进一步查询
递归查询	要求服务器彻底进行名字解析，并返回最后的结果

1.9 传输层协议对比（高频）

维度	TCP	UDP
连接性	面向连接	无连接
可靠性	可靠（差错校验+重传、流量控制、拥塞控制）	不可靠
数据量	数据量少	数据量大
可靠性要求	高	不高
速度	相对慢	快
端口寻址	有	有

关键点：TCP 和 UDP 都提供"端口寻址"能力（高频反选题）

1.10 网络层协议

IPv6 称为"下一代互联网协议"
数据报目的地址：单播、多播/组播、任播
IPv4 → IPv6 过渡技术：
1. 双协议栈技术
2. 隧道技术
3. NAT-PT 技术

1.11 路由器协议

IGP（Interior Gateway Protocol）：在一个自治系统（AS）内运行
EGP（Exterior Gateway Protocol）：在 AS 之间；为简单树型拓扑设计
BGP（Border Gateway Protocol）：在 EGP 经验上制定，Internet 上唯一的网关协议

路由器功能：异种网络互连、子网协议转换、数据路由、速率适配、隔离网络、报文分片和重组、备份、流量控制

1.12 网络工程

3 阶段：

网络规划：以需求为导向，兼顾技术和工程可行性
网络设计：
- 逻辑设计：网络结构设计、技术选型、IP 地址和路由设计、网络冗余设计、网络安全设计
- 物理设计：布线设计、机房设计、设备选型
网络实施：工程实施计划、设备验收、安装调试、系统试运行和切换、用户培训

1.13 网络冗余设计（高频考点）

目的：避免网络组件单点失效造成应用失效
备用路径：在主路径失效时才启用
负载分担：通过并行链路提供流量分担来提高性能

关键反选题：备用路径是"失效时启用"而非"同时投入使用"——这正是考试常设的陷阱

1.14 网络分层设计

层级	定位	关键职责
接入层	直接面向用户	解决相邻用户互访、提供足够带宽、地址/用户认证、计费、用户信息收集（IP/MAC/访问日志）
汇聚层	核心层和接入层分界面	网络访问策略控制、数据包处理/过滤/寻址、其他数据处理（是否需要视规模而定）
核心层	网络主干	高速转发通信、高可靠性/性能/吞吐量；双机冗余热备份非常必要

1.15 无线网络覆盖范围（典型数据）

技术	覆盖范围
802.15.1 蓝牙	~10 m
802.15.4 ZigBee	10 ~ 100 m
802.11n 无线局域网	~100 m
802.16m 无线城域网	2 ~ 10 km

2. 关键概念速查

概念	定义/说明	常见考点
OSI 七层	物链网输会表应	层名/功能对应
TCP/IP 四层	应用/传输/网际/网络接口	与 OSI 对应
TCP 端口 80	HTTP	端口号
TCP 端口 443	HTTPS	端口号
FTP 端口	数据 20、控制 21	双连接
TFTP 端口	UDP 69	不可靠
以太网最小帧长	64 字节	避冲突
以太网最大帧长	1518 字节	帧结构
DHCP 客户端	取第一个 OFFER 报文	多服务器场景
IPv4→IPv6 过渡	双栈/隧道/NAT-PT	三种技术
STP	生成树协议	防环路
BGP	边界网关协议	Internet 唯一网关协议
IGP / EGP	内部/外部网关协议	AS 内/间
备用路径	主路径失效时启用	区别于负载分担
负载分担	并行链路分流量	高性能
接入层/汇聚层/核心层	3 层网络架构	职责区分

3. 典型例题

从源文本"练习题"中精选 3 道最具代表性题目

例题 1：以太网帧长

题目：在以太网标准中规定的最小帧长是（1）字节。最小帧长是根据（2）来定的。（1）A．20 B．64 C．128 D．1518 （2）A．网络中传送的最小信息单位 B．物理层可以区分的信息长度 C．网络中发生冲突的最短时间 D．网络中检测冲突的最长时间

答案：B D

解析：以太网规定最小帧长为 64 字节，最大帧长为 1518 字节。设置最小帧长的目的就是保证发送端在发送完一帧之前能够检测到是否发生冲突，因此最小帧长要根据网络中检测冲突的最长时间来定。

例题 2：TCP vs UDP

题目：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

答案：D

解析：TCP 与 UDP 都有端口号的概念，都能基于端口进行进程寻址。但 TCP 是面向连接的，提供连接管理、差错校验和重传、流量控制；UDP 是无连接的，没有连接管理、差错重传、流量控制这些能力。

例题 3：无线网络覆盖范围

题目：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

答案：A

解析：蓝牙覆盖范围约 10 m 以内；802.11n 无线局域网 ~~100 m；ZigBee 10~~100 m；802.16m 无线城域网 2~10 km。蓝牙覆盖范围最小。

例题 4：网络冗余设计

题目：以下关于网络冗余设计的叙述中，错误的是（）。 A．网络冗余设计避免网络组件单点失效造成应用失效 B．备用路径与主路径同时投入使用，分担主路径流量 C．负载分担是通过并行链路提供流量分担来提高性能的 D．网络中存在备用链路时，可以考虑加入负载分担设计

答案：B

解析：网络冗余设计的目的就是避免单点失效；备用路径是在主路径失效时启用，而非常态同时使用。负载分担才是通过并行链路提供流量分担的常时机制。

4. 高频考点

本章最常考的内容集中在 4 个方向：

OSI 七层模型与 TCP/IP 协议族：七层名称（物链网输会表应）、各层功能、对应设备（Hub→物理层、Switch→数据链路层、Router/Firewall→网络层），以及 TCP/IP 协议（TCP/UDP/IP/ICMP/ARP/RARP）在四层模型中的位置
常见应用层协议的端口号：HTTP 80 / HTTPS 443 / FTP 20+21 / TFTP 69 / DNS 53，以及 FTP 双连接（数据 20、控制 21）几乎是必考
TCP vs UDP 关键差异：都提供端口寻址，但只有 TCP 提供连接管理/差错重传/流量控制——此为反选题最爱
网络冗余设计的"备用路径" vs “负载分担”：备用路径是"主路径失效时才启用"，不是"同时启用分担流量"——必考的细节陷阱

其他常考点：IPv4→IPv6 过渡（双协议栈/隧道/NAT-PT）、DHCP 客户端取第一个 OFFER 报文、5G SBA + 网络切片特征。

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