软考中级嵌入式——第四章网络基础知识

Zs1379111341

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Zs1379111341 · 2026-05-19 09:56:55 发布

1.OSI/RM模型（开放系统互连参考模型）

层号	层名	英文名称	数据单元（PDU）	核心功能	常见协议/设备
7	应用层	Application	报文（Message）	为用户提供网络服务接口，如文件传输、电子邮件、远程登录	HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet
6	表示层	Presentation	报文	数据格式转换、加密/解密、压缩/解压	SSL/TLS（部分）、JPEG, ASCII, EBCDIC
5	会话层	Session	报文	建立、管理、终止应用程序之间的会话（同步、检查点）	RPC, NetBIOS, SIP
4	传输层	Transport	数据段（Segment）	端到端通信、可靠传输（差错控制、流量控制、拥塞控制）	TCP, UDP, SCTP
3	网络层	Network	数据包（Packet）	路由选择、逻辑寻址（IP地址）、分组转发	IP, ICMP, ARP, RIP, OSPF 设备：路由器
2	数据链路层	Data Link	数据帧（Frame）	差错控制（CRC）、流量控制、MAC寻址、封装成帧	以太网, PPP, HDLC, 802.11 设备：交换机、网桥
1	物理层	Physical	比特（bit）	定义电气、机械、过程接口规范，传输原始比特流（0/1）	双绞线、光纤、同轴电缆、集线器、中继器

OSI七层模型
- 应用层：和用户打交道传输报文
- 表示层：数据结构处理，压缩等传输报文
- 会话层：建立用户会话传输报文
- 传输层：建立端到端的连接传输段
- 网络层：路由器做路由选择传输包，将报文段分解成数据包，头部增加IP
- 数据链路层：网桥、交换机传输帧，将数据包分解成一帧一帧，增加帧头帧尾
- 物理层：集中器、中继器传输bit流

2.TCP/IP

2.1TCP/IP协议族

2.1.1应用层协议

基于TCP
1. FTP：文件传输协议，在客户端和服务器之间传输文件，端口20和21（控制端口和数据端口）
2. HTTP：超文本传输协议，端口80， HTTPS端口443
3. Telent：远程登录服务，端口23 （被SSH取代）
4. POP3：邮局协议，用于接收邮件，从服务器下载邮件到本地，默认端口110，（IMAP4）
5. SMTP：简单邮件传输协议，用于发送电子邮件，默认端口25
基于UDP
1. DHCP：动态主机配置协议，端口67
2. TFTP：极简文件传输协议，端口69
3. SNMP：简单网络管理协议，用于网络设备的管理和监控
4. DNS：域名解析，将域名解析为IP地址，端口53

2.1.2传输层协议

TCP：传输控制协议，提供可靠的、面向连接的字节服务。
UDP：用户数据包协议，提供无连接、不可靠的数据包服务

2.1.3网络层协议

ARP：地址解析协议，将IP地址解析成MAC地址
RARP：反向地址解析，将MAC地址解析成IP地址（功能已被DHCP取代）
IP：网际协议，提供无连接、不可靠的数据包传输服务
ICMP：互联网控制报文协议，传递网络控制消息和错误报告（Ping 命令使用）
IGMP：互联网组网管理协议。管理IP多播组成员

2.1.4按功能划分

与电子邮件相关：SMTP、POP3、IMAP4、MIME、PGP
与网页访问相关：HTTP、HTTPS
远程访问、管理：Telent、RAS
域名、IP地址解析相关：DNS
FTP访问：FTP
轻量目录访问协议：LDAP

3.IP地址与网络划分

3.1IPv4：32位=网络ID位数+主机ID位数

3.1.1网络分类

A类网络：第一位恒为0，网络位8+主机位24 ，首八位范围（1-126）除去0和127 ，大型网络
B类网络：第一、二位恒为10，网络位16+主机位16，首八位范围（128-191），中型网络
C类网络：第一、二、三位恒为110，网络位24+主机位8，首八位范围（192-223），小型网络

3.1.2IP地址掩码

标准地址掩码：A类（255.0.0.0） B类（255.255.0.0） C类（255.255.255.0）
地址掩码表示方法：点分十进制（255.255.255.0），位计数（172.21.0.0/24）
网络号：由网络部分+全0的主机位来表示

3.1.3计算IP所属网段

地址掩码和IP地址进行与运算
10101100 00010101 00100011 00010001 = 172.21.35.17 (IP地址)
11111111 11111111 00000000 00000000 = 255.255.0.0（地址掩码）
10101100 00010101 00000000 00000000 = 172.21.0.0 （进行与运算得所属网络号）

3.1.4变长子网掩码

网络部分+子网部分+主机部分
子网是主网的一个子集
只要符合网络位+主机位=32即可
网络号由分配的子网掩码来决定
如：192.168.100.1/27
- 11000000 10101000 01100100 000 00001 = 192.168.100.1（IP地址）
- 11111111 11111111 11111111 111 00000 = 255.255.255.224 （子网掩码）
- 网络地址24位，子网地址3位，主机地址空间5位
- 共2^3=8个子网，每个子网的子网号 192.168.100.0 .32 .64 .96 .128 .160 .192 .224
- 每个子网可用IP地址数：2^5 = 32 减去全0（子网号）全1（广播地址），最终可用空间30个

3.1.5特殊含义IP地址

127网段：回播地址
全0地址：为获取IP地址时使用的地址（用于源地址）
全1地址：本地子网的广播
主机号全1地址：特定子网的广播
10.0.0.0/8 A类私有地址：10.0.0.1至10.255.255.254
172.16.0.0/12 B类私有地址：172.16.0.1至172.31.255.254
193.168.0.0/16 C类私有地址：192.168.0.1至192.168.255.254
169.254.0.0：保留地址，用于DHCP失效

3.2IPv6：128位=类型前缀+其他部分

冒分16进制表示：16位一组，8组，如：12AB:0:0:CD30:0:0:0:0
0压缩编码：为减少字符长度，用双冒号压缩中间的0
- 连续的多个 0 块可以用双冒号 :: 替代，但整个地址中只能使用一次。
- 选择最长的连续零块进行压缩。本例中：
  - 第2-3块：两个连续零块 0:0
  - 第5-8块：四个连续零块 0:0:0:0（最长）
- 因此将第5-8块压缩为 ::，得到 12AB:0:0:CD30::。
IPv4与IPv6网络通信时相关技术：随着 IPv4 地址枯竭，IPv6 逐步部署，但两者将在很长一段时间内共存。为了让 IPv6 节点与 IPv4 节点互通，业界发展出了三类主流过渡技术：双协议栈、隧道技术和翻译技术。
- 双协议栈：网络节点（主机、路由器等）同时运行 IPv4 和 IPv6 协议栈，并各自分配 IPv4 和 IPv6 地址。通信时根据对端支持的协议版本和 DNS 解析结果，选择使用 IPv4 或 IPv6。
- 隧道技术：将 IPv6 数据包封装在 IPv4 数据包中，通过现有 IPv4 网络传输，到达隧道终点后再解封装还原 IPv6 包。本质上是在 IPv4 海洋中为 IPv6 孤岛建立“虚拟链路”。
- 翻译技术：将 IPv6 与 IPv4 协议进行互相转换，包括头部语义映射、地址映射等。使纯 IPv6 节点和纯 IPv4 节点无需任何修改就能通信。

4.DNS与DHCP

4.1DNS（Domain Name System，域名系统）

核心功能：域名 → IP 地址（最常用）
命名空间与层级结构：DNS 采用树形层级结构，根域为 .，顶级域（TLD）如 .com、.cn，二级域如 baidu.com，子域如 www.baidu.com。
DNS查询模式：
- 递归查询：客户端向本地 DNS 服务器发起查询，本地 DNS 服务器必须返回最终结果（要么 IP，要么错误）。
- 迭代查询：本地 DNS 服务器向根域、TLD、权威服务器依次发起查询，对方只返回下一级服务器的地址，不负责最终结果。
实际工作流程（以 www.baidu.com 为例）：

每一级 DNS 服务器都会缓存解析结果（根据 TTL 时间），提高后续查询速度。

4.2DHCP协议：

客户机/服务器模型
租约默认为8天
当租约过半时，客户机需要向DHCP服务器申请续租
当租约超过87.5%时，如果仍然没有和当初的DHCP服务器联系上，则开始联系其他服务器。
三种分配方式：固定分配（管理员手动分配）、动态分配（通过DHCP自动分配，有租期）、自动分配（DHCP分配永久ip）

5.网络规划与设计

网络分层设计：
- 接入层：用户接入、计费管理、MAC地址认证、收集用户信息
- 汇聚层：网络访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址。需要更高的性能，更少的接口和更高的交换速率
- 核心层：高速数据交换，常用冗余机制。使用双星结构

6.网络故障诊断

ipconfig命令：查看与管理 IP 配置
- ipconfig：显示所有网络适配器（以太网、Wi-Fi、虚拟网卡等）的基本 IPv4 地址、子网掩码、默认网关。
- ipconfig /all：显示详细配置，包括 MAC 地址、DHCP 租约时间、DNS 服务器地址等。
- ipconfig /release：释放当前通过 DHCP 获取的 IPv4 地址（通常用于让网卡“放弃”IP）。
- ipconfig /renew：重新向 DHCP 服务器申请 IP 地址（必须先 release 或处于自动获取状态）。
- ipconfig /flushdns：清空本地 DNS 缓存。当网站解析异常或更换 DNS 后常用。
tracert命令：路由追踪
- 显示数据包从本机到达目标主机所经过的每一跳路由器的 IP 地址和响应时间。用于定位网络延迟或中断发生在哪一段。
ping命令:测试网络连通性
- ping：发送 ICMP 回显请求，测试本机与目标主机是否连通，并测量往返时间（RTT）。
- ping-t ：持续 ping，直到用户按 Ctrl+C 中断。常用于观察网络稳定性。
- ping-l ：指定发送的数据包大小（字节），默认 32。可测试 MTU 或大包延迟。
- ping-a：将目标 IP 解析为主机名。ping -n 10 127.0.0.1
- ping-n：指定发送的 ICMP 请求次数（默认4次）。
- ping 127.0.0.1 ：回环地址测试，检查本机的 TCP/IP 协议栈是否正常工作。如果不通，说明协议栈损坏。
route print命令：查看路由表
- 显示本机的 IPv4 和 IPv6 路由表。路由表决定了数据包发往不同目标时应走哪个网卡或网关。
netstat命令:网络统计与连接查看
- netstat/a：显示所有连接和侦听端口
- netstat/e:显示以太网统计
- netatat/r：显示路由表，与 route print 效果相同。
- netstat/n:以数字形式显示地址和端口号

命令	主要用途
ipconfig	查看 IP 配置，管理 DHCP 和 DNS 缓存
tracert	追踪路由路径，定位网络故障点
ping	测试连通性、延迟、协议栈健康
route print	查看路由表
netstat	查看连接、监听端口、统计、路由表