计算机网络基础

计算机网络是软件设计师考试的重要考点，主要考查网络协议、IP地址计算和常用网络命令。

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一、网络体系结构

1.1 OSI七层模型

层次	名称	功能	协议/设备
7	应用层	提供应用服务	HTTP, FTP, SMTP, DNS
6	表示层	数据格式转换、加密	SSL, JPEG
5	会话层	建立、管理会话	RPC
4	传输层	端到端传输	TCP, UDP
3	网络层	路由寻址	IP, ICMP, 路由器
2	数据链路层	帧传输	交换机, MAC
1	物理层	比特传输	网卡, 中继器, 集线器

1.2 TCP/IP四层模型

TCP/IP层	对应OSI层	协议
应用层	应用层+表示层+会话层	HTTP, FTP, DNS, SMTP
传输层	传输层	TCP, UDP
网络层	网络层	IP, ICMP, ARP
网络接口层	数据链路层+物理层	Ethernet

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二、常用协议

2.1 TCP vs UDP

特性	TCP	UDP
连接性	面向连接	无连接
可靠性	可靠传输	不可靠
传输方式	字节流	数据报
速度	较慢	较快
应用场景	文件传输、网页	视频、游戏

2.2 TCP三次握手

客户端                    服务器
   |                        |
   |------ SYN(seq=x) ----->|  第一次握手
   |                        |
   |<-- SYN+ACK(seq=y,ack=x+1) --|  第二次握手
   |                        |
   |------ ACK(ack=y+1) --->|  第三次握手
   |                        |
   |      连接建立成功       |

为什么需要三次握手：

• 防止失效的连接请求到达服务器
• 确认双方的接收和发送能力

2.3 TCP四次挥手

客户端                    服务器
   |                        |
   |------ FIN(seq=u) ----->|  第一次挥手
   |                        |
   |<----- ACK(ack=u+1) ----|  第二次挥手
   |                        |
   |      (服务器发送数据)    |
   |                        |
   |<----- FIN(seq=w) ------|  第三次挥手
   |                        |
   |------ ACK(ack=w+1) --->|  第四次挥手
   |                        |

2.4 常用端口号

协议	端口	说明
FTP控制	21	文件传输控制
FTP数据	20	文件传输数据
SSH	22	安全远程登录
Telnet	23	远程登录
SMTP	25	邮件发送
DNS	53	域名解析
HTTP	80	网页
POP3	110	邮件接收
HTTPS	443	安全网页

2.5 HTTP状态码

类别	范围	说明	常见状态码
1xx	100-199	信息性	100 Continue
2xx	200-299	成功	200 OK, 201 Created
3xx	300-399	重定向	301 永久重定向, 302 临时重定向
4xx	400-499	客户端错误	400 Bad Request, 404 Not Found
5xx	500-599	服务器错误	500 Internal Error, 503 Service Unavailable

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三、IP地址

3.1 IP地址分类

类别	第一字节范围	网络号位数	主机号位数	默认子网掩码
A类	1-126	8	24	255.0.0.0
B类	128-191	16	16	255.255.0.0
C类	192-223	24	8	255.255.255.0
D类	224-239	组播地址	-	-
E类	240-255	保留	-	-

3.2 特殊IP地址

地址	说明
127.0.0.1	本地回环地址
0.0.0.0	任意地址
255.255.255.255	广播地址
10.x.x.x	A类私有地址
172.16.x.x - 172.31.x.x	B类私有地址
192.168.x.x	C类私有地址

3.3 子网划分

CIDR表示法

192.168.1.0/24 表示前24位是网络号

子网掩码计算

示例：192.168.1.100/26

1. /26 表示网络位26位，主机位6位
2. 子网掩码：11111111.11111111.11111111.11000000 = 255.255.255.192
3. 子网大小：2^6 = 64个地址
4. 可用主机数：64 - 2 = 62个（去掉网络地址和广播地址）

计算网络地址

步骤：IP地址 AND 子网掩码

IP地址：     192.168.1.100
子网掩码：   255.255.255.192

192.168.1.100 = 11000000.10101000.00000001.01100100
255.255.255.192 = 11111111.11111111.11111111.11000000
                  ─────────────────────────────────
网络地址：        11000000.10101000.00000001.01000000
                = 192.168.1.64

计算广播地址

步骤：网络地址 + (2^主机位数 - 1)

网络地址：192.168.1.64
主机位：6位
广播地址：192.168.1.64 + 63 = 192.168.1.127

计算默认网关

通常：网络中第一个可用地址

网络地址：192.168.1.64
默认网关：192.168.1.65（网络地址+1）

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四、常用网络命令

4.1 PING命令

用途：测试网络连通性

使用ICMP协议

诊断顺序（由近到远）：

1. ping 127.0.0.1 - 测试本地TCP/IP协议栈
2. ping 本地IP - 测试本地网卡
3. ping 默认网关 - 测试到网关的连通
4. ping 远程主机 - 测试到远程的连通

4.2 常用命令

命令	用途
ping	测试网络连通性
ipconfig (Windows)	显示网络配置信息
ifconfig (Linux)	显示网络配置信息
tracert (Windows)	追踪路由路径
traceroute (Linux)	追踪路由路径
netstat	显示网络连接状态和端口
nslookup	DNS查询
arp	查看ARP缓存

4.3 netstat命令

用途：显示网络连接、端口使用情况

常用参数：

• netstat -a：显示所有连接和端口
• netstat -n：以数字形式显示地址和端口
• netstat -o：显示进程ID
• netstat -b：显示程序名称（需管理员权限）

查看端口对应程序：netstat -ano 或 netstat -ab

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五、加密技术

5.1 对称加密 vs 非对称加密

特性	对称加密	非对称加密
密钥	加密解密用同一密钥	公钥加密，私钥解密
速度	快	慢
安全性	密钥分发困难	较安全
典型算法	DES, AES, 3DES	RSA, ECC

5.2 常见加密算法

算法	类型	说明
DES	对称	56位密钥，已不安全
3DES	对称	三重DES
AES	对称	128/192/256位密钥
RSA	非对称	基于大数因子分解
MD5	摘要	128位摘要，已不安全
SHA	摘要	SHA-1 160位，SHA-256 256位

5.3 数字签名

过程：

1. 发送方用私钥对消息摘要加密（签名）
2. 接收方用公钥验证签名

作用：

• 认证：确认发送者身份
• 完整性：确保消息未被篡改
• 不可否认性：发送者不能否认发送

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六、考试要点

高频考点

1. TCP三次握手过程
2. 常用端口号
3. IP地址分类和子网计算
4. 网络命令用途
5. 对称加密vs非对称加密

典型例题

题1：要获取某网络端口对应的应用程序信息，应使用什么命令？ 答案：netstat

题2：192.168.1.100/28的子网掩码是？ 答案：255.255.255.240（/28表示28位网络位）

题3：FTP的控制连接端口是？ 答案：21

题4：RSA属于什么加密算法？ 答案：非对称加密

PING诊断顺序记忆

本回环 → 本地IP → 默认网关 → 远程主机
127.0.0.1 → 本机 → 网关 → 目标
由近及远排查问题

常用端口记忆

21-FTP控制，20-FTP数据
22-SSH安全，23-Telnet登
25-SMTP发邮件，53-DNS解析名
80-HTTP网页，443-HTTPS安全访