二、综合应用题
## 二、综合应用题 01. 某个单位的网点由4个子网组成，结构如下图所示，其中主机H1、H2、H3和H4的IP地址和子网掩码见下表。
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| 主机 | IP地址 | 子网掩码 | | --- | --- | --- | | H1 | 202.99.98.18 | 255.255.255.240 | | H2 | 202.99.98.35 | 255.255.255.240 | | H3 | 202.99.98.51 | 255.255.255.240 | | H4 | 202.99.98.66 | 255.255.255.240 | 1）请写出路由器R1到4个子网的路由表。 2）描述主机H1发送一个IP数据报到主机H2的过程（包括物理地址解析过程）。 02. 试简述路由器的路由功能和转发功能。 03. 【2019统考真题】某网络拓扑如下图所示，其中R为路由器，主机H1-H4的IP地址配置以及R的各接口IP地址配置如图中所示。现有若干以太网交换机（无VLAN功能） <!-- page: 231 --> 第4章 网络层 219 和路由器这两类网络互连设备可供选择。
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请回答下列问题: 1）设备1、设备2和设备3分别应选择什么类型的网络设备？ 2）设备1、设备2和设备3中，哪几个设备的接口需要配置IP地址？为对应的接口配置正确的IP地址。 3）为确保主机H1～H4能够访问Internet，R需要提供什么服务？ 4）若主机H3发送一个目的地址为192.168.1.127的IP数据报，网络中哪几个主机会接收该数据报？ ## 4.7.5 答案与解析 ### 一、单项选择题 #### 01. B 网桥和交换机是第二层设备，能够分割冲突域，但不能分割广播域。路由器是第三层设备，不转发全网广播（目的地255.255.255.255），因此可以分割广播域。 #### 02. C 冲突域是指能产生冲突的所有设备的集合，也就是说，若这些设备同时发送数据，则会发生信号干扰和冲突。冲突域的大小取决于网络拓扑和设备类型。 #### 03. C 路由器工作在网络层，不转发广播包（目的地址为255.255.255.255的IP包），因此能够分隔广播域，抑制网络风暴。交换机工作在数据链路层，能够分隔冲突域，但不能分隔广播域。集线器和中继器是物理层设备，既不能分隔广播域，又不能分隔冲突域。 #### 04. C 局域网的互连需要路由器作为连接设备，同时是远程的局域网，因此要用到广域网技术。 #### 05. C 路由器是网络层设备，所以它也必须处理网络层以下的功能，即物理层和数据链路层。而传输层和应用层是网络层之上的，它们使用网络层的接口，路由器不实现它们的功能。 #### 06. C 路由器是第三层设备，要处理的内容比第二层设备交换机更多，因而转发速度比交换机慢，选 <!-- page: 232 --> 2027年计算机网络考研复习指导 项 A 错误。虽然一些路由协议也将延迟等指标作为参数进行路由选择，但路由协议使用得最多的参数是传输距离，此外还有一些其他参数，选项 B 错误。默认路由的匹配优先级最低，只要目的网络不在转发表中，就一律选择默认路由转发，选项 C 正确。路由器只能根据 IP 地址进行转发，选项 D 错误。 07. D 判断一个 IP 分组的交付方式是直接交付还是间接交付，路由器需要根据分组的目的 IP 地址和该路由器接收端口的 IP 地址是否属于同一个子网来判断。具体来说，将该分组的源 IP 地址和目的 IP 地址分别与子网掩码进行“与”操作，若得到的子网地址相同，则该分组就采用直接交付方式，否则采用间接交付方式。 08. C 路由表中包含到目的网络的下一跳路径信息。由路由表表项的组成也不难得出正确答案为选项 C。路由表也不可能包含到达所有主机的下一跳信息，否则路由转发将是不可想象的。 09. C 转发表是根据路由表生成的，路由表又是由路由算法得到的，因此路由算法决定了转发表中的内容。 10. D 路由选择处理机的任务是根据所选定的路由选择协议构造路由表，同时经常或定期地与相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。 11. D 分组转发部分包括 3 部分：① 交换结构，根据转发表对分组进行处理，将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去。② 输入端口，包括物理层、数据链路层和网络层的处理模块。③ 输出端口，负责从交换结构接收分组，再将其发送到路由器外面的线路上。 12. D 路由器的端口中有物理层、数据链路层和网络层的处理模块。输入端口在物理层接收比特流，在数据链路层提取出帧，剥去帧的首部和尾部后，分组就被送入网络层的处理模块；输出端口执行相反的操作。网络层处理模块根据分组的目的地址，查找转发表，决定输出端口。 13. D 路由器的路由选择部分包括 3 部分：① 路由选择处理机，它根据所选定的路由选择协议构造路由表，同时和相邻路由器交换路由信息。② 路由选择协议，用来更新路由表的算法。③ 路由表，它是根据路由算法得出的，一般包括从目的网络到下一跳的映射。 14. C 路由器具有较大的传输时延，因为它需要根据所接收的每个分组首部中的 IP 地址决定是否转发分组，处理分组首部的任务一般由软件完成，将带来较长的处理时间。因为局域网交换机由硬件进行帧的转发，而且不关心数据链路层以上的数据，所以具有比路由器要小得多的传输时延。从数量级上看，若局域网交换机的传输时延为几十微秒，则路由器的传输时延为几千微秒。集线器的每个接口都具有收发功能，当某个接口收到信号时，立即向所有其他接口转发，因此其传输时延最小。 15. C 路由表中默认路由的目的地址和子网掩码都是 0.0.0.0。 16. D 输出端口就是路由器的接口，每个接口都有一个标识符，如 G0/0 等。路由表中的每个条目都会指定一个接口标识符，路由器转发分组时，根据路由表中的接口标识符来确定输出端口。 <!-- page: 233 --> 第4章 网络层 221 17. A 交换机会转发广播帧，所以同一台交换机下的所有设备都在一个广播域中。路由器不会转发广播帧，因为路由器工作在网络层，它只关心IP地址，而不关心MAC地址。 18. C R1-R2 链路上的数据率在任何时候都不可能超过 4Mb/s，因此不可能发生拥塞。对于R2-R4链路，考虑这种情况：H5和H6同时以 1Mb/s 的速率向H1发送数据，H7和H8同时以 1Mb/s 的速率向H2发送数据。此时，R1右边的所有链路都正常工作，R1-R2链路也正常工作，都没有超过这些链路的带宽。但是，若这些数据全部都通过R2转发，再通过带宽为 2Mb/s 的R2-R4链路分别发送给主机H1和H2，则显然是不可能的，于是在R2的输入缓存中，进来的数据比出去的要多，数据堆积得越来越多，发送不出去，产生拥塞。选项C正确。 19. D 中继器和集线器工作在物理层，既不隔离冲突域也不隔离广播域。为了解决冲突域的问题，人们利用网桥和交换机来分隔各个网段中的通信量，建立多个分离的冲突域，但当网桥和交换机接收到一个未知转发信息的数据帧时，为了保证该帧能被目的节点正确接收，将该帧从所有的端口广播出去，可以看出网桥和交换机的冲突域等于端口个数，广播域为1。路由器可以隔离广播域和冲突域，要屏蔽数据链路层的广播帧，当然应该是网络层设备路由器。在此题的选项中，路由器是其中最高层的网络设备，其他设备能隔离的，路由器一定能隔离。 20. C 说法I和IV显然是路由器的功能。对于说法II，当路由器监测到拥塞时，可合理丢弃IP分组，并向发出该IP分组的源主机发送一个源点抑制的ICMP报文（最新标准已不再使用）。对于说法III，路由器对收到的IP分组首部进行差错检验，丢弃有差错首部的报文，但不保证IP分组不丢失。 21. C 网络层设备路由器可以隔离广播域和冲突域；数据链路层设备交换机只能隔离冲突域；物理层设备集线器、中继器既不隔离冲突域也不隔离广播域。因此共有2个广播域，4个冲突域。
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二、综合应用题 01. 【解答】 1）将H1、H2、H3、H4的IP地址分别与它们的子网掩码进行“与”操作，可得到4个子网的网络地址，分别为202.99.98.16、202.99.98.32、202.99.98.48、202.99.98.64，因此路由器R1到4个子网的路由表见下表。 | 目的网络 | 子网掩码 | 下一跳 | | --- | --- | --- | | 202.99.98.16 | 255.255.255.240 | 直接 | | 202.99.98.32 | 255.255.255.240 | 直接 | | 202.99.98.48 | 255.255.255.240 | 202.99.98.33 | | 202.99.98.64 | 255.255.255.240 | 202.99.98.33 | <!-- page: 234 --> 2027年计算机网络考研复习指导 2）主机 H1 向主机 H2 发送一个 IP 数据报的过程如下： ① 主机 H1 首先构造一个源 IP 地址为 202.99.98.18、目的 IP 地址为 202.99.98.35 的 IP 数据报，主机 H1 先把本子网的子网掩码与 H2 的 IP 地址逐位“与”，所得结果不等于 H1 的网络地址，因此 H1 与 H2 不在同一子网，无法直接交付，然后将该数据报传送给数据链路层。 ② 主机 H1 通过 ARP 获得路由器 R1（202.99.98.17）对应的 MAC 地址，并将其作为目的 MAC 地址，将 H1 的 MAC 地址作为源 MAC 地址填入封装有 IP 数据报的帧，然后将该帧发送出去。 ③ 路由器 R1 收到该帧后，去掉帧头与帧尾，得到 IP 数据报，然后根据 IP 数据报中的目的 IP 地址（202.99.98.35）去查找路由表，得到下一跳地址为直接相连。 ④ 路由器 R1 通过 ARP 得到主机 H2 的 MAC 地址，并将其作为目的 MAC 地址，将 R1 的 MAC 地址作为源 MAC 地址填入封装有 IP 数据报的帧，然后将该帧发送到子网 Net2 上。 ⑤ 主机 H2 将收到的帧，去除帧头与帧尾，并最终得到从主机 H1 发来的 IP 数据报。 ## 注意 在②（发出的帧）中，帧的目的 MAC 地址为默认网关的 MAC 地址；在④（接收的帧）中，帧的源 MAC 地址为默认网关的 MAC 地址。 ## 02. 【解答】 转发即当一个分组到达时所采取的动作。在路由器中，每个分组到达时对它进行处理，它在路由表中查找分组所对应的输出线路。通过查得的结果，将分组发送到正确的线路上。 路由算法是网络层软件的一部分，它负责确定一个进来的分组应该被传送到哪条输出线路上。路由算法负责填充和更新路由表，转发功能则根据路由表的内容来确定当每个分组到来时应该采取什么动作（如从哪个端口转发出去）。 ## 03. 【解答】 1）以太网交换机（无 VLAN 功能）连接的若干 LAN 仍然是一个网络（同一个广播域），路由器可以连接不同的 LAN、不同的 WAN 或把 WAN 和 LAN 互连起来，隔离了广播域。IP 地址 192.168.1.2/26 与 192.168.1.3/26 的网络前缀均为 192.168.1.0，视为 LAN1。IP 地址 192.168.1.66/26 与 192.168.1.67/26 的网络前缀均为 192.168.1.64，视为 LAN2。所以设备 1 为路由器，设备 2、3 为以太网交换机。 2）设备 1 为路由器，其接口应配置 IP 地址。IF1 接口与路由器 R 相连，其相连接口的 IP 地址为 192.168.1.253/30，253 的二进制表示形式为 11111101，因此 IF1 接口的网络前缀也应为 192.168.1.111111，已分配 192.168.1.253，去除全 0 和全 1，IF1 接口的 IP 地址应为 192.168.1.254。LAN1 的默认网关为 192.168.1.1，LAN2 的默认网关为 192.168.1.65，网关的 IP 地址是具有路由功能的设备的 IP 地址，通常默认网关地址就是路由器中的 LAN 端口地址，设备 1 的 IF2、IF3 接口的 IP 地址分别设置为 192.168.1.1 和 192.168.1.65。 3）私有地址段：C 类 192.168.0.0～192.168.255.255，即 H1～H4 均为私有 IP 地址，若要能够访问 Internet，R 需要提供 NAT 服务，即网络地址转换服务。 4）主机 H3 发送一个目的地址为 192.168.1.127 的 IP 数据报，主机号全为 1，为本网络的广播地址，因为路由器可以隔离广播域，所以只有主机 H4 会接收到数据报。 <!-- page: 235 --> 第4章 网络层 223 # 4.8 本章小结及疑难点 1. “尽最大努力交付”有哪些含义？ 1）不保证IP数据报无差错地到达目的主机； 2）不保证在规定时间内交付； 3）不保证按发送顺序交付； 4）不保证不重复交付； 5）不主动丢弃数据报。仅在以下情况丢弃：首部检验和出错，或因缓存满而无法处理。 IP首部包含“首部检验和”字段。凡交付给目的主机的IP数据报，其首部均未检出差错（有错即被丢弃）。因此，IP层可确保首部完整性，但不保证数据部分正确性或传输可靠性。目前互联网绝大多数流量基于此模型。若应用需要可靠传输，则由高层协议（如TCP）实现。 2. 假定在一个局域网中，计算机A广播ARP请求以获取计算机B的硬件地址，此时由谁发送ARP响应？返回的是谁的硬件地址？ - 若 A 与 B 在同一局域网：计算机 B 收到 ARP 请求后，直接向 A 单播 ARP 响应，返回 B 自身的硬件地址。 - 若 B 不在 A 所在局域网：A 的 ARP 请求无法到达 B。此时，连接该局域网的路由器（A 的默认网关）会代理响应，向 A 返回路由器在该局域网接口的硬件地址。 3. 数据报首部只有源和目的 IP 地址，未指明下一跳路由器，如何确定转发路径？ 路由器收到数据报后，根据路由表查出下一跳的IP地址，但不会修改IP数据报内容。该IP地址随后交由数据链路层处理：通过ARP将下一跳IP地址解析为对应的MAC地址，并填入MAC帧首部，从而在物理网络中正确送达下一跳。此过程对每个数据报重复执行。 那么，能否在路由表中直接使用硬件地址以避免ARP查询？ 答案是不能。IP地址的抽象性屏蔽了底层网络差异，是互联网可扩展性的基础。若路由表直接使用平面化的硬件地址，将导致表项数量剧增、管理复杂，反而得不偿失。 4. “路由器实现了物理层、数据链路层、网络层”的含义是什么？ 这句话是指：路由器具备处理物理层、数据链路层和网络层协议的能力。具体而言： - 在物理层，路由器能接收和发送比特流； - 在数据链路层，它能识别帧结构、解析MAC地址，并完成帧的解封装与重新封装； - 在网络层，它能读取IP数据报首部，根据目的IP地址查询路由表，做出转发决策。 因此，当路由器转发数据时，会先解封装输入帧，提取出IP数据报，再根据下一跳接口重新封装成适合输出链路的新帧。正是这种能力，使路由器可以互连底层技术不同的网络（例如以太网与PPP链路）。这与仅工作在物理层的中继器或仅在数据链路层的交换机有本质区别。 <!-- page: 236 --> 第5章 # 传输层 ## 【考纲内容】 （一）传输层提供的服务 传输层的功能；传输层的寻址与端口；无连接服务与面向连接服务 （二）UDP UDP 数据报；UDP 检验 （三）TCP TCP 报文段；TCP 连接管理；TCP 可靠传输；TCP 流量控制与拥塞控制 ## 【复习提示】 传输层是整个网络体系结构中的关键层次。要求掌握传输层在计算机网络中的功能、工作方式及原理等，掌握UDP及TCP（如首部格式、可靠传输、流量控制、拥塞控制、连接管理等）。其中，TCP报文分析、连接管理、流量控制与拥塞控制机制，出选择题、综合题的概率均较大，因此要将其工作原理透彻掌握，以便能在具体的题目中灵活运用。 ## 5.1 传输层提供的服务 ### 5.1.1 传输层的功能 数据链路层提供链路上相邻节点之间的逻辑通信，网络层提供主机之间的逻辑通信。传输层位于网络层之上、应用层之下，为运行在不同主机上的进程之间提供逻辑通信①。传输层是面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。即使网络层协议不可靠（例如，导致分组丢失、失序或重复），传输层仍能为应用程序提供可靠的服务。 以图5.1为例说明传输层的作用。假设局域网 LAN1 上的主机 A 和局域网 LAN2 上的主机 B 通过互连的广域网 WAN 进行通信。一台主机中常有多个应用进程同时与另一台主机中的多个应用进程通信，其中 APx 表示主机中参与通信的应用进程。传输层的主要功能如下。 ### 1. 应用进程之间的逻辑通信 从网络层角度看，通信的两端是两台主机，IP 数据报首部指明了这两台主机的 IP 地址。但“主机之间的通信”的实质是主机中应用进程之间的通信，也称为端到端的逻辑通信。IP 虽能将分组送达目的主机，但该分组仅停留在主机的网络层，并未交付给具体的应用进程。而从传输层视角看，通信的真正端点并非主机，而是主机中的进程。 ① 逻辑通信是指对等层之间的通信看似沿水平方向传送，但实际上并不存在一条水平方向的物理连接。 <!-- page: 237 --> 第5章 传输层 225
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图5.1 传输层为相互通信的进程提供逻辑通信
## 2. 复用和分用
复用是指发送方的多个应用进程可使用同一个传输层协议传送数据。分用是指接收方的传输层在剥去报文首部后，能将数据正确交付给对应的目的应用进程。
> **注意**
> 网络层也具备复用和分用的功能，但其复用是指将不同传输层协议的数据封装成IP数据报发送；分用则是指接收方网络层根据首部的协议字段，将数据交付给相应的传输层协议。
## 3. 差错检测
传输层对收到的整个报文（包括首部和数据部分）进行差错检测。对于TCP，若接收方发现报文段出错，则要求发送方重传。对于UDP，若发现数据报出错，则直接丢弃。相比之下，网络层的IP数据报仅对其首部进行校验，不检查数据部分。
## 4. 提供面向连接和无连接的传输服务
传输层向上层屏蔽了底层网络的复杂性（如拓扑结构、路由协议等），使应用进程感知到的是一条端到端的逻辑通信信道。该信道的特性取决于所采用的传输层协议：使用TCP（面向连接）时，尽管底层网络仅提供“尽最大努力”的服务，逻辑信道仍表现为一条全双工的可靠信道；使用UDP（无连接）时，逻辑信道则仍为不可靠信道。
## 5.1.2 传输层的寻址与端口
### 1. 端口的作用
端口是传输层与应用层交互的接口；应用进程通过端口将数据向下交付给传输层；传输层则通过端口将收到的数据向上交付给正确的应用进程。发送时，应用进程将数据送至指定端口，传输层读取后封装并发送；接收时，传输层将数据送至对应端口，应用进程从中读取。TCP和UDP通过首部中的源端口和目的端口两个字段，实现传输层与应用层之间的服务访问。
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2027年计算机网络考研复习指导
# 注意
数据链路层的服务访问点是帧的“类型”字段，网络层的服务访问点是IP数据报的“协议”字段，传输层的服务访问点是“端口号”字段，应用层的服务访问点是“用户界面”。
## 2. 端口号
应用进程通过端口号标识，端口号长度为16比特，可表示65536（即 $2^{16}$ ）个不同的端口号。端口号仅具有本地意义，即只用于标识本机应用层中的进程；不同主机的相同端口号是没有关联的，且UDP和TCP的端口号彼此也是独立的。
根据用途，可将端口分为两类。
1）服务器端使用的端口号。又分为两类：①熟知端口号（0～1023），由IANA分配给最重要的TCP/IP应用程序，供所有用户熟知；②登记端口号（1024～49151），供未获熟知端口号的应用程序使用，需在IANA登记以避免冲突。常见熟知端口号如下：
| 应用程序 | FTP | TELNET | SMTP | DNS | TFTP | HTTP | SNMP |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 熟知端口号 | 21 | 23 | 25 | 53 | 69 | 80 | 161 |
2）客户端使用的端口号（49152～65535）。此类端口号在客户进程运行时动态分配，故又称短暂端口号。服务器从客户报文中提取源端口号，并将其作为回送数据的目的端口。通信结束后，该临时端口号被系统回收，可供其他客户进程复用。
## 3. 套接字
在网络中，通过 IP 地址区分不同的主机，通过端口号区分同一主机中的不同应用进程，将端口号与 IP 地址拼接，即构成套接字（Socket）：
套接字（Socket）= (IP地址：端口号)
套接字唯一标识网络中某台主机上的一个应用进程，是通信的端点。
在通信过程中，主机A发往主机B的报文包含目的端口和源端口。其中，源端口构成“返回地址”的一部分；当B回复A时，其报文的目的端口即为A原报文中的源端口。注意：同一IP地址可参与多个TCP连接，同一端口号也可出现在多个不同的TCP连接中。