计算机网络基础知识及练习题

计算机网络作为现代信息社会的“神经脉络”，支撑着数据通信、资源共享与分布式应用的运行。掌握其核心知识，既是理解互联网运作逻辑的基础，也是网络运维、安全防护等领域的入门前提。本文将系统梳理网络基础概念，并通过典型练习题深化对知识的理解与应用。一、网络体系结构：分层模型的逻辑与实践网络体系结构通过分层设计降低系统复杂度，核心模型包括OSI七层模型与TCP/IP四层模型。1.OSI七层模型（从下到上）物理层：负责比特流的传输（如电压、光信号），涉及传输介质（双绞线、光纤）与接口标准（RJ-45、LC）。数据链路层：将比特流封装为帧，实现差错检测（如CRC校验）与介质访问控制（如CSMA/CD、CSMA/CA），典型协议有以太网（Ethernet）、PPP。网络层：负责数据包的路由与转发，核心协议为IP（IPv4/IPv6），同时包含ICMP（差错控制）、ARP（地址解析）。传输层：提供端到端的通信服务，分为两类：UDP：无连接、不可靠但低延迟，适用于视频流、DNS查询等对实时性要求高的场景。会话层：管理会话的建立、维护与终止（如RPC、NetBIOS）。表示层：处理数据的格式转换（加密、压缩、编码），如SSL/TLS在此层（或传输层）实现加密。2.TCP/IP四层模型（简化实用）网络接口层：对应OSI的物理层+数据链路层。网络层：对应OSI的网络层。传输层：对应OSI的传输层。应用层：对应OSI的会话层+表示层+应用层。练习题1（选择题）：在OSI模型中，实现“将域名转换为IP地址”功能的协议属于哪一层？A.物理层B.网络层C.传输层D.应用层解析：DNS（域名系统）属于应用层协议，负责域名与IP的映射，因此选D。二、传输介质：有线与无线的技术特性传输介质是网络信号的“载体”，分为有线与无线两类。1.有线介质双绞线（UTP）：常见为5类（100Mbps/100m）、超5类（1Gbps/100m）、6类（10Gbps/100m），通过RJ-45接口连接，抗干扰能力较弱但成本低。光纤：分为单模光纤（长距离，10km+，用于城域网/广域网）与多模光纤（短距离，550m内，用于局域网），传输速率可达10Gbps+，抗干扰性强。同轴电缆：曾用于以太网（10Base-2/5），现因布线复杂逐渐被双绞线/光纤替代。2.无线介质WiFi：基于IEEE802.11标准，分为802.11n（300Mbps）、ac（1Gbps+）、ax（WiFi6，10Gbps+），工作在2.4GHz（穿墙强但速率低）或5GHz（速率高但穿墙弱）频段。蓝牙：短距离（10m内）无线通信，用于外设连接（如耳机、键盘），典型协议为蓝牙5.0（速率2Mbps，低功耗）。蜂窝网络：如4G（LTE）、5G（NR），提供广域无线覆盖，支持移动终端的高速数据传输。练习题2（简答题）：对比单模光纤与多模光纤的核心差异（从传输距离、光源、成本三方面分析）。解析：传输距离：单模光纤支持10km以上，多模光纤通常≤550m；光源：单模用激光（方向性强），多模用LED（发散角大）；成本：单模光纤及配套设备（如光模块）成本更高，多模相对低廉。三、IP地址与子网划分：网络寻址的核心逻辑IP地址是网络中设备的“身份标识”，分为IPv4与IPv6，当前以IPv4为主，需掌握地址分类、子网掩码与子网划分。1.IPv4地址结构32位二进制，通常表示为点分十进制（如192.168.1.1）。A类地址：第1位为0，范围0.0.0.0~127.255.255.255，默认子网掩码255.0.0.0，用于大型网络。B类地址：前2位为10，范围128.0.0.0~191.255.255.255，默认子网掩码255.255.0.0，用于中型网络。C类地址：前3位为110，范围192.0.0.0~223.255.255.255，默认子网掩码255.255.255.0，用于小型网络。D类（组播）、E类（保留）：不用于单播地址。2.子网掩码与子网划分子网掩码用于区分网络位与主机位（全1为网络位，全0为主机位）。例如，192.168.1.0/24（CIDR表示）中，/24表示前24位为网络位，后8位为主机位，子网掩码为255.255.255.0。子网划分：通过借用主机位扩展网络位，实现“一个大网络划分为多个小网络”。例如，将192.168.1.0/24划分为4个子网，需借用2位主机位（2²=4），新的子网掩码为/26（255.255.255.192），子网为192.168.1.0/26、64/26、128/26、192/26。练习题3（计算题）：某公司申请到C类地址段192.168.5.0/24，需划分成3个子网，分别容纳50台、30台、20台主机。请给出每个子网的网络地址、子网掩码、可用主机范围。解析：1.确定子网数量与主机位需求：50台主机：需至少6位主机位（2⁶-2=62≥50），因此子网掩码为/26（255.255.255.192），借用2位网络位（2²=4≥3）。30台主机：需5位主机位（2⁵-2=30），子网掩码/27（255.255.255.224）。20台主机：需5位主机位（同上）。2.划分步骤：子网1（50台）：网络地址192.168.5.0/26，可用主机1-62（192.168.5.1~192.168.5.62），广播地址63。子网2（30台）：网络地址192.168.5.64/27，可用主机65-94（192.168.5.65~192.168.5.94），广播地址95。子网3（20台）：网络地址192.168.5.96/27，可用主机____（192.168.5.97~192.168.5.126），广播地址127。四、网络协议：通信规则的底层逻辑1.TCP与UDP的核心差异特性TCPUDP------------------------------------------------------------------------连接性面向连接（三次握手建立）无连接（直接发送）可靠性可靠（重传、拥塞控制）不可靠（无确认机制）传输效率较低（开销大）较高（开销小）3.DHCP与DNSDHCP：动态主机配置协议，自动分配IP地址、子网掩码、网关等参数，避免手动配置的繁琐与冲突。练习题4（选择题）：下列场景中，更适合使用UDP协议的是？A.银行转账系统（需高可靠性）B.在线视频会议（需低延迟）C.电子邮件发送（需完整送达）D.网页浏览（需数据完整）解析：UDP适合对实时性要求高、可容忍少量丢包的场景，视频会议需低延迟，因此选B。A、C、D需可靠性，适合TCP。五、网络安全：威胁与防护的攻防逻辑网络安全围绕“保密性、完整性、可用性”（CIA）展开，需识别威胁并采取防护措施。1.常见威胁恶意软件：病毒（需宿主文件）、木马（伪装合法程序窃取数据）、蠕虫（自主传播，如SQLSlammer）。网络攻击：DDoS（分布式拒绝服务，耗尽目标带宽/连接）、ARP欺骗（篡改ARP表，劫持通信）、SQL注入（利用数据库漏洞）。2.防护措施防火墙：分为包过滤防火墙（基于IP、端口过滤）与应用层防火墙（如WAF，防护Web攻击），阻断非法访问。加密技术：对称加密（如AES）：同一密钥加密/解密，速度快，适合大量数据。VPN：虚拟专用网络，通过隧道技术（如IPsec、OpenVPN）在公网建立加密通道，保障远程访问的安全性。练习题5（简答题）：解析：证书验证：客户端通过CA（证书颁发机构）的公钥验证服务器证书的合法性，确保连接的是真实服务器（防止中间人攻击）。总结：从理论到实践的网络知识体系计算机网络知识的核心在于“分层理解、协议逻辑、地址