软考中级软件设计师——计算机网络篇
一、计算机网络体系结构
1.OSI七层模型
1. 物理层（Physical Layer）
-
功能：传输原始比特流（0和1），定义物理介质（如电缆、光纤）的电气、机械特性。
-
关键设备：中继器（Repeater）、集线器（Hub，相当于多路中继器）。
2. 数据链路层（Data Link Layer）
-
功能：
-
将比特流封装为 帧（Frame），进行物理寻址（MAC地址）。
-
错误检测（CRC校验）、流量控制（如滑动窗口协议）。
-
-
关键设备：交换机（Switch，多端口网桥）、网桥（Bridge）。
-
协议：以太网（Ethernet）、PPP（点对点协议）、HDLC。
-
重要概念：
-
MAC地址：48位，全球唯一（如
00-1A-2B-3C-4D-5E）。 -
VLAN（虚拟局域网）：通过交换机划分逻辑广播域。
-
3. 网络层（Network Layer）
-
功能：
-
逻辑寻址（IP地址） 和 路由选择（决定数据包传输路径）。
-
实现不同网络间的互联（如互联网）。
-
-
关键设备：路由器（Router）。
-
协议：IP、ICMP、ARP、RIP、OSPF、BGP。
-
重要概念：
-
IP地址分类：IPv4（如
192.168.1.1）、IPv6（如2001:db8::1）。 -
子网划分与CIDR：如
192.168.1.0/24表示前24位为网络号。 -
路由协议：静态路由 vs 动态路由（RIP、OSPF）。
-
4. 传输层（Transport Layer）
-
功能：
-
提供端到端（进程到进程）的可靠或不可靠数据传输。
-
流量控制（防止发送方淹没接收方）和 拥塞控制（防止网络过载）。
-
-
协议：
-
TCP（传输控制协议）：面向连接、可靠传输（如网页浏览）。
-
UDP（用户数据报协议）：无连接、高效传输（如视频流）。
-
-
重要概念：
-
端口号：标识应用程序（如HTTP用80，DNS用53）。
-
三次握手（TCP连接建立）：
SYN → SYN-ACK → ACK。 -
四次挥手（TCP连接释放）：
FIN → ACK → FIN → ACK。
-
5. 会话层（Session Layer）
-
功能：建立、管理和终止会话（Session）连接，支持数据同步。
-
实际应用：远程登录（如SSH）、断点续传。
6. 表示层（Presentation Layer）
-
功能：
-
数据格式转换（如加密/解密、压缩/解压缩）。
-
确保不同系统间的数据兼容性（如ASCII与Unicode转换）。
-
-
实际应用：SSL/TLS加密、JPEG图像编码。
7. 应用层（Application Layer）
-
功能：为用户提供网络服务接口（如文件传输、电子邮件）。
-
协议：HTTP、FTP、SMTP、DNS、DHCP。
-
常见应用：
-
HTTP：网页传输（状态码如
404 Not Found）。 -
DNS：域名解析（将
www.example.com转换为IP地址）。
-
| OSI七层模型 | TCP/IP四层模型 | 关键设备 | 设备作用 | 典型示例 |
|---|---|---|---|---|
| 应用层 | 应用层 | 无专用设备 | 通过软件协议提供服务（如HTTP、FTP）。 | 浏览器、邮件客户端 |
| 表示层 | ↑ | ↑ | 数据格式转换（如加密、压缩）。 | SSL加密设备（软硬件结合） |
| 会话层 | ↑ | ↑ | 建立/管理会话连接（如远程登录）。 | VPN网关 |
| 传输层 | 传输层 | 网关（部分功能） | 连接不同协议的网络（如TCP与UDP转换）。 | 四层交换机（基于端口转发） |
| 网络层 | 网络层 | 路由器 | 跨网络路由数据包，基于IP地址寻址，分割广播域。 | Cisco路由器、华为AR系列 |
| 数据链路层 | 网络接口层 | 交换机 | 基于MAC地址转发帧，分割冲突域。 | 华为S5700交换机 |
| 网桥 | 连接两个局域网段，过滤MAC地址。 | 透明网桥 | ||
| 物理层 | ↑ | 集线器 | 广播转发比特流，所有端口共享冲突域和广播域。 | D-Link集线器 |
| 中继器 | 放大信号，扩展网络传输距离。 | 光纤中继器 |
8.广播域和冲突域
1. 冲突域（Collision Domain）
-
定义：网络中可能发生数据冲突（多个设备同时发送数据导致信号碰撞）的区域。
-
层级关系：由 物理层和数据链路层 的设备控制。
-
设备影响：
-
集线器（Hub）：所有端口属于同一个冲突域。
-
交换机（Switch）：每个端口是一个独立的冲突域。
-
2. 广播域（Broadcast Domain）
-
定义：网络中能接收同一广播消息（如ARP请求）的所有设备的集合。
-
层级关系：由 数据链路层和网络层 的设备控制。
-
设备影响：
-
交换机和集线器：所有端口默认属于同一个广播域。
-
路由器（Router）：每个接口属于不同的广播域。
-
| 设备/层级 | 所在层 | 分割冲突域 | 分割广播域 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 集线器（Hub） | 物理层 | ❌ | ❌ | 小型局域网（已淘汰） |
| 交换机（Switch） | 数据链路层 | ✔️（每个端口） | ❌（默认） | 企业局域网（通过VLAN分割广播域） |
| 路由器（Router） | 网络层 | ✔️（每个接口） | ✔️（每个接口） | 连接不同网络（如互联网接入） |
2.TCP/IP四层模型
1. 应用层（Application Layer）
-
功能：直接面向用户或应用程序，提供具体的网络服务。
-
核心协议：
-
HTTP/HTTPS：网页浏览（端口80/443）。
-
FTP：文件传输（上传端口20/控制端口21）。
-
SMTP/POP3/IMAP：电子邮件发送与接收。
-
DNS：域名解析（端口53）。
-
DHCP：动态IP地址分配（端口67/68）。
-
-
典型设备：无专用硬件，由软件实现（如浏览器、邮件客户端）。
2. 传输层（Transport Layer）
-
功能：提供进程到进程的通信，确保数据完整性和传输效率。
-
核心协议：
-
TCP：面向连接、可靠传输（三次握手、流量控制、拥塞控制）。
典型应用：网页加载（HTTP）、文件下载（FTP）。 -
UDP：无连接、高效传输（无重传机制）。
典型应用：视频流（如Zoom）、DNS查询。
-
-
关键概念：
-
端口号：标识应用程序（如HTTP用80，DNS用53）。
-
数据单元：TCP称为“段（Segment）”，UDP称为“数据报（Datagram）”。
-
3. 网络层（Internet Layer）
-
功能：实现跨网络的数据包路由和逻辑寻址。
-
核心协议：
-
IP：无连接协议，负责数据包的路由与转发（IPv4/IPv6）。
-
ICMP：网络诊断（如
ping、tracert）。 -
ARP：将IP地址解析为MAC地址。
-
RARP：反向地址解析（已淘汰，由DHCP取代）。
-
-
典型设备：路由器（Router）、三层交换机。
4. 网络接口层（Network Interface Layer）
-
功能：处理物理介质上的数据传输，包括帧封装和本地网络寻址。
-
核心协议：
-
Ethernet：局域网通信（基于MAC地址）。
-
PPP：点对点通信（如拨号上网）。
-
Wi-Fi（IEEE 802.11）：无线局域网标准。
-
-
典型设备：
-
数据链路层：交换机（Switch）、网桥（Bridge）。
-
物理层：集线器（Hub）、网卡（NIC）、光纤调制解调器。
-
| TCP/IP四层模型 | 对应OSI层 | 核心功能 |
|---|---|---|
| 应用层 | 应用层 + 表示层 + 会话层 | 提供用户接口和网络服务（如文件传输、邮件收发）。 |
| 传输层 | 传输层 | 实现端到端通信，提供可靠或不可靠的数据传输。 |
| 网络层 | 网络层 | 负责逻辑寻址（IP地址）和路由选择（跨网络传输数据包）。 |
| 网络接口层 | 数据链路层 + 物理层 | 处理物理介质上的数据传输（帧封装、MAC地址寻址）。 |
3.协议族
二、网络层核心协议
| 协议 | 功能 | 关键特点 |
|---|---|---|
| IP | 逻辑寻址、路由选择、数据包分片与重组 | 无连接、不可靠（依赖上层协议补充可靠性），支持IPv4(32位)和IPv6（128位） |
| ICMP | 网络诊断与错误报告（如ping、tracert） | 封装在IP数据包中，用于传输控制信息（如目标不可达、超时） |
| ARP | 将IP地址解析为MAC地址（局域网通信必需） | 广播请求、单播响应，维护本地ARP缓存表 |
| RARP | 通过MAC地址反向解析IP地址（已被DHCP取代） | 历史协议，实际中极少使用 |
| 路由协议 | 动态管理路由表，优化网络路径 | 静态路由（手动配置） vs 动态路由（RIP、OSPF、BGP） |
IPv4地址分类
| 类别 | 地址范围（首字节） | 网络位/主机位 | 默认子网掩码 | 最大网络数 | 最大主机数 | 用途 | 私有地址范围 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A类 | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | 8位网络 / 24位主机 | 255.0.0.0 | 126 (2⁷−2) | 16,777,214 (2²⁴−2) | 超大型网络（ISP、国家级） | 10.0.0.0 - 10.255.255.255 |
| B类 | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | 16位网络 / 16位主机 | 255.255.0.0 | 16,384 (2¹⁴) | 65,534 (2¹⁶−2) | 中型网络（企业、校园） | 172.16.0.0 - 172.31.255.255 |
| C类 | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | 24位网络 / 8位主机 | 255.255.255.0 | 2,097,152 (2²¹) | 254 (2⁸−2) | 小型网络（家庭、办公室） | 192.168.0.0 - 192.168.255.255 |
| D类 | 224.0.0.0 - 239.255.255.255 | 不划分网络与主机 | 无 | 无 | 无 | 多播通信（组播） | 无私有地址 |
| E类 | 240.0.0.0 - 255.255.255.255 | 保留 | 保留 | 保留 | 保留 | 实验和研究用途 | 无私有地址 |
1. 子网划分计算
题目：将 192.168.1.0/24 划分为4个子网，求子网掩码和每个子网的地址范围。
解析：
-
需4个子网 → 借用2位主机位（2²=4）。
-
子网掩码：
255.255.255.192（/26）。 -
子网范围：
-
子网1：
192.168.1.0~63 -
子网2：
192.168.1.64~127 -
子网3：
192.168.1.128~191 -
子网4：
192.168.1.192~255
-
2. 协议功能判断
题目：以下哪个协议用于跨网络路由数据包？
A. ARP B. IP C. ICMP D. UDP
答案：B
解析：IP协议负责逻辑寻址和路由选择，ARP用于MAC解析，ICMP用于网络诊断，UDP是传输层协议。
3. IPv6地址类型
题目：IPv6地址 fe80::1a2b:3c4d:5e6f 属于哪种类型？
A. 全局单播 B. 链路本地 C. 任播 D. 组播
答案：B
解析：fe80::/10 是链路本地地址前缀，用于本地网络通信。
三、传输层核心协议
-
TCP协议
-
特点：可靠传输、连接管理、差错校验和重传、流量控制、拥塞控制、端口寻址，其中流量控制采用的是:可变大小的滑动窗口协议。
-
三次握手：SYN → SYN-ACK → ACK（建立连接）。
-
四次挥手：FIN → ACK → FIN → ACK（释放连接）。
-
-
UDP协议
-
特点：无连接、不可靠、高效，适用于实时应用（视频会议、DNS查询）。
-
对比TCP：UDP包头简单（仅8字节），无流量控制。
-
VOIP允许某种程度上的数据丢失,采用不可靠的传输层协议UDP。
-
四、应用层协议
-
HTTP/HTTPS
-
HTTP状态码：
200 OK、404 Not Found、503 Service Unavailable。 -
HTTPS = HTTP + SSL/TLS，默认端口443。
-
-
DNS
域名解析过程（递归查询与迭代查询），记录类型（A、CNAME、MX）。 -
FTP
端口：控制端口21，数据端口20（主动模式）。 -
电子邮件协议
SMTP（发邮件，端口25）、POP3（收邮件，端口110）、IMAP（端口143）。 - DHCP(动态主机配置协议)
- DHCP 协议的功能是:集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP 地址、Gateway 地址、DNS 服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。
- DHCP 客户端可以从 DHCP 服务器获得本机 IP 地址、DNS 服务器地址、DHCP 服务器地址和默认网关的地址等。
- Windows 无效地址:169.254.X.X
- Linux无效地址:0.0.0.0
- 169.254.X.X是 Windows 系统在 DHCP 信息租用失败时自动给客户机分配的 IP 地
五、网络设备与拓扑
-
常见设备
-
集线器（物理层）、交换机（数据链路层，MAC地址表）、路由器（网络层，IP寻址）。
-
-
VLAN（虚拟局域网）
-
逻辑划分广播域，基于端口或MAC地址。
-
-
NAT（网络地址转换）
-
私有IP ↔ 公有IP转换（如
192.168.x.x转换为公网IP）。
-
六、网络安全
-
加密算法
-
对称加密（AES、DES） vs 非对称加密（RSA、ECC）。
-
数字签名：用私钥加密哈希值，验证数据完整性。
-
-
防火墙
-
包过滤防火墙、应用层网关（代理防火墙）。
-
-
常见攻击
-
DDoS（分布式拒绝服务）、ARP欺骗、SQL注入。
-
七、Windows命令
- ipconfig/release:DHCP 客户端手工释放IP 地址
- ipconfig/flushdns:清除本地 DNS 缓存内容
- ipconfig/displaydns:显示本地 DNS 内容
- ipconfig/registerdns:DNS 客户端手工向服务器进行注册
- ipconfig:显示所有网络适配器的IP地址、子网掩码和缺省网关值
- ipconfig/al:显示所有网络适配器的完整 TCP/IP 配置信息，包括 DHCP 服务是否已启动ipconfig/renew:DHCP 客户端手工向服务器刷新请求(重新申请IP 地址)
八、URL
协议名://主机名.域名.域名后缀.域名分类/目录/网页文件
主域名服务器在接收到域名请求后，查询顺序是本地缓存、本地 hosts 文件、本地数据库、转发域名服务器。
DNS域名查询的次序是:本地的hosts 文件→本地 DNS 缓存→本地 DNS 服务器→根域名服务器。
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HTTPS核心机制拆解
目录 引言 HTTPS和HTTP的区别 常见加密方式 数据摘要 数字证书与数据签名 HTTPS请求过程 结语 引言 HTTPS是什么？是一个应用层协议，在HTTP协议的基础上引入了一层加密层。为什么需要HTTPS？答案是显而易见的，要加密…...
我的食物信使女友
第一章：初识那是一个普通的周三下午，阳光透过咖啡馆的玻璃窗洒在木质的桌子上，空气中弥漫着咖啡的香气和轻柔的爵士乐。我坐在角落的一个位置，手中捧着一本已经翻了几十页的小说，但心思却完全不在文字上。我的生活就像…...
【D1，2】 贪心算法刷题
文章目录 不同路径 II整数拆分 不同路径 II 初始化的时候不能整列初始化为1，因为如果有障碍物，后面的都不能到达 也不能整列初始化为0，因为状态转移的时候第一行第一列都没有检查，因此不能部分初始化 整数拆分 需要考虑几种情况…...
C++多态的详细讲解
【本节目标】 1. 多态的概念 2. 多态的定义及实现 3. 抽象类 4. 多态的原理 5. 单继承和多继承关系中的虚函数表 前言 需要声明的，本博客中的代码及解释都是在 vs2013 下的 x86 程序中，涉及的指针都是 4bytes 。 如果要其他平台下，部…...
UE5在Blueprint中判断不同平台
在Unreal Engine 5的蓝图中，可以通过以下方法判断当前运行的平台（如Android、Windows、iOS等），并根据平台执行不同的逻辑： 方法1：使用 Get Platform Name 节点 步骤： 在蓝图图表中右键点击&am…...
多卡跑ollama run deepseek-r1
# 设置环境变量并启动模型 export CUDA_VISIBLE_DEVICES0,1,2,3 export OLLAMA_SCHED_SPREAD1 # 启用多卡负载均衡 ollama run deepseek-r1:32b 若 deepseek-r1:32b 的显存需求未超过单卡容量（如单卡 24GB），Ollama 不会自动启用多卡 在run…...
MAC电脑中右键后复制和拷贝的区别
在Mac电脑中，右键菜单中的“复制”和“拷贝”操作在功能上有所不同： 复制 功能：在选定的位置创建一个与原始文件相同的副本。快捷键：CommandD用于在当前位置快速复制文件，CommandC用于将内容复制到剪贴板。效果&…...
打卡第二十二天
知识点回顾： LDA线性判别PCA主成分分析t-SNE降维 还有一些其他的降维方式，也就是最重要的词向量的加工，我们未来再说。 作业： 自由作业：探索下什么时候用到降维？降维的主要应用？或者让AI给你出…...