《计算机网络》第二学期期末试卷A (精选01)

Arbitrary__

360人浏览 · 2026-05-26 18:35:22

Arbitrary__ · 2026-05-26 18:35:22 发布

《计算机网络》第二学期期末试卷A (精选01)

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一、计算机网络基础知识（每小题 5 分，共 40 分）

1、学生 A 希望访问某网站 www.tsinghua.edu.cn，A 在其浏览器中输入：

https://www.tsinghua.edu.cn，直到网站首页显示在其浏览器中。

请问：在此过程中，参考 TCP/IP 模型（不考虑最下层），数据经过了哪几层，各层都用到了哪些协议？

::::: details 查看答案与解析

答案：
数据主要经过了应用层、传输层和网络层（网际层）。
各层用到的主要协议如下：

应用层：HTTP/HTTPS（获取网页）、DNS（域名解析）。
传输层：TCP（HTTPS传输）、UDP（DNS查询）。
网络层：IP（数据报寻址）、ARP（获取网关MAC地址）。

解析：

域名解析：浏览器首先需要知道服务器的 IP 地址，向 DNS 服务器发起查询。此过程使用 DNS 协议（应用层），基于 UDP 传输（传输层）。
建立连接：获取 IP 后，浏览器与服务器通过三次握手建立 TCP 连接（传输层）。
安全传输：HTTPS 在 TCP 之上建立 TLS/SSL 安全通道进行加密传输（应用层/传输层之间）。
请求网页：连接建立后，浏览器发送 HTTP GET 请求（应用层）。
数据路由：所有数据在网络中传输时都被封装为 IP 数据报（网络层），并通过 ARP 协议获取下一跳（如默认网关）的 MAC 地址。

难度: ⭐
考点: #TCP/IP模型 #网络协议

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

TCP/IP 四层模型：应用层、传输层、网际层、网络接口层。
常见协议端口：DNS (53), HTTP (80), HTTPS (443)。

::: tip 思路分析
从用户输入 URL 到页面显示的经典流程出发，追踪数据包的生成与传输，按层次归纳所用协议。
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::: warning 易错点

遗漏 DNS 或 ARP 等辅助协议。
混淆协议所在的层次（如误认为 ARP 是数据链路层或物理层）。
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:::: details 🔄 举一反三

当你在浏览器输入 ping www.baidu.com 时，用到了哪些协议？
::: details 查看练习答案与解析
答案：DNS、UDP、ICMP、IP、ARP。解析：首先通过 DNS 解析域名，然后使用 ICMP 协议进行连通性测试。
:::
在 TCP/IP 模型中，ARP 协议属于哪一层？
::: details 查看练习答案与解析
答案：网络层（网际层）。
解析：ARP 负责将网络层的 IP 地址解析为链路层的 MAC 地址。
:::
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2、简述计算机网络三层设备类型及其在碰撞域和广播域上的区别。

::::: details 查看答案与解析

答案：

第一层（物理层）设备：如集线器（Hub）、中继器。
- 碰撞域：不能隔离碰撞域（所有端口属于同一个碰撞域）。
- 广播域：不能隔离广播域（所有端口属于同一个广播域）。
第二层（数据链路层）设备：如以太网交换机（Switch）、网桥。
- 碰撞域：能隔离碰撞域（每个端口都是一个独立的碰撞域）。
- 广播域：不能隔离广播域。
第三层（网络层）设备：如路由器（Router）。
- 碰撞域：能隔离碰撞域。
- 广播域：能隔离广播域（每个端口都是一个独立的广播域）。

解析：

碰撞域（Collision Domain）：连接在同一物理介质上的所有站点的集合，这些站点竞争同一信道，容易发生冲突。交换机通过识别 MAC 地址并进行存储转发，实现了端口间的隔离。
广播域（Broadcast Domain）：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。路由器工作在三层，默认不转发广播报文，从而隔离了广播域。

难度: ⭐
考点: #网络设备 #碰撞域 #广播域

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

碰撞域属于物理层概念，广播域属于数据链路层/网络层概念。
VLAN（虚拟局域网）也可以在二层隔离广播域。

::: tip 思路分析
对比物理层、数据链路层 and 网络层核心设备的功能特点，层级越高，处理数据的粒度越细，隔离能力越强。
:::

::: warning 易错点

误认为交换机（二层）可以隔离广播域。
混淆集线器和交换机的工作原理。
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:::: details 🔄 举一反三

一个 24 口的百兆交换机，默认情况下有几个碰撞域和几个广播域？
::: details 查看练习答案与解析
答案：24 个碰撞域，1 个广播域。解析：交换机每个端口独享带宽，是一个独立的碰撞域；但默认属于同一个局域网，无法隔离广播。
:::
路由器工作在 OSI 模型的哪一层？其核心功能是什么？
::: details 查看练习答案与解析
答案：网络层。核心功能是路由选择和分组转发。
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3、简述拥塞控制和流量控制的定义和区别。

::::: details 查看答案与解析

答案：

定义：
- 流量控制（Flow Control）：抑制发送端的发送速率，以确保接收端来得及接收，防止接收缓冲区溢出。
- 拥塞控制（Congestion Control）：防止过多的数据注入到网络中，以避免网络中的路由器或链路过载。
区别：
- 范围不同：流量控制是点对点的控制（端到端）；拥塞控制是全局性的控制（涉及所有主机和路由器）。
- 感知机制：流量控制基于接收方通告的窗口大小（rwnd）；拥塞控制基于网络丢包或延迟感知的拥塞窗口（cwnd）。

解析：

流量控制解决的是“接收方处理不过来”的问题，通过滑动窗口机制实现。
拥塞控制解决的是“网络带宽不够用”的问题，通过慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复四个算法动态调整。

难度: ⭐
考点: #流量控制 #拥塞控制 #TCP协议

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

发送窗口 = $\min(\text{cwnd}, \text{rwnd})$ 。

::: tip 思路分析
从控制的对象（发送方/接收方 vs 全局网络）和目的出发进行对比记忆。
:::

::: warning 易错点

将两者的定义混淆。
认为拥塞控制只是发送方单方面决定的。
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:::: details 🔄 举一反三

TCP 的拥塞避免算法中，拥塞窗口（cwnd）是如何增长的？
::: details 查看练习答案与解析
答案：每个轮次（RTT）加 1，呈加法增大（AIMD 中的 AI 部分）。
解析：当 cwnd 达到阈值（ssthresh）后，进入拥塞避免阶段，窗口由指数增长变为线性增长。
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4、简述主机 1（IP 地址为 192.168.1.1/24，MAC 地址为 E1）向主机 2（IP 地址为192.168.1.2/24，MAC 地址为 E2）发送数据时 ARP 协议的工作过程。

::::: details 查看答案与解析

答案：

查询缓存：主机 1 检查本地的 ARP 缓存表，寻找 192.168.1.2 对应的 MAC 地址。若存在，则直接使用并发送数据。
广播请求：若缓存中没有，主机 1 在局域网内广播发送 ARP 请求报文（源 IP 为 192.168.1.1，源 MAC 为 E1，目的 IP 为 192.168.1.2，目的 MAC 为全 F）。
识别响应：局域网内的所有主机收到该广播。主机 2 发现请求的 IP 与自己匹配，先将主机 1 的 IP-MAC 映射存入自己的 ARP 缓存。
单播回复：主机 2 向主机 1 单播发送 ARP 响应报文（源 IP 为 192.168.1.2，源 MAC 为 E2）。
记录并发送：主机 1 收到响应，将主机 2 的 MAC 地址（E2）记入 ARP 缓存，随后开始封装并发送数据帧。

解析：
ARP（地址解析协议）实现了从网络层 IP 地址 to 数据链路层 MAC 地址的映射。核心机制是“广播询问，单播回答”。

难度: ⭐
考点: #ARP协议 #局域网通信

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

ARP 缓存表具有老化机制（TTL），防止拓扑变化导致地址错误。

::: tip 思路分析
按照“查表 -> 广播 -> 匹配 -> 响应 -> 记录”的顺序梳理网络交互流程。
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::: warning 易错点

混淆请求（广播）和响应（单播）的发送方式。
跨网段通信时误认为直接请求目标主机（实际应请求网关）。
:::
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:::: details 🔄 举一反三

如果主机 2 的 ARP 缓存表是满的，它还会记录主机 1 的映射吗？
::: details 查看练习答案与解析
答案：会。ARP 缓存通常采用 LRU（最近最少使用）算法进行替换更新。
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5、已知信道带宽为 6KHz、采用如下图所示的QAM调制，分别计算在不考虑噪声情况下和信噪比为30dB 情况下的最大数据传输速率。(要求列出简要计算步骤)

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

::::: details 查看答案与解析

答案：

不考虑噪声情况：最大数据传输速率为 48 Kbps。
信噪比为 30dB 情况：最大数据传输速率约为 59.8 Kbps。

解析：

分析星座图：
由图可知，QAM 调制星座图共有 16 个点，表示有 16 种不同的状态（码元）。因此，每个码元携带的数据量为：

$\log_2(16) = 4 \text{ bits}$
无噪声情况（奈奎斯特定理）：

$C_{\max} = 2W \log_2(N)$

其中 $6\text{ KHz}$ ， $N = 16$ 。
$C_{\max} = 2 \times 6000 \times 4 = 48000 \text{ bps} = 48 \text{ Kbps}$
有噪声情况（香农公式）：

$C_{\max} = W \log_2(1 + S/N)$

已知信噪比 $SNR_{dB} = 30\text{ dB}$ ，转换为比值：
$\log_{10}(S/N) \Rightarrow S/N = 10^3 = 1000$

$C_{\max} = 6000 \times \log_2(1 + 1000) \approx 6000 \times 9.9672 = 59803 \text{ bps} \approx 59.8 \text{ Kbps}$

难度: ⭐⭐
考点: #奈氏准则 #香农公式 #QAM调制

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

奈氏准则适用于无噪声信道。
香农公式给出了有噪声信道的极限传输速率。

::: tip 思路分析
首先通过图像识别出码元状态数，再分别应用奈氏和香农两个核心公式计算。
:::

::: warning 易错点

误将 30dB 直接代入香农公式，忘记转换为比值。
星座图点数数错。
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:::: details 🔄 举一反三

若信道带宽为 4KHz，采用 4 相位、每相位 2 种振幅的 QAM 调制，无噪声下的最大速率是多少？
::: details 查看练习答案与解析
答案：24 Kbps。解析：状态数 $\times 2 = 8$ 。 $\times 4\text{K} \times \log_2(8) = 24\text{ Kbps}$ 。
:::
信噪比为 20dB 时，带宽为 3KHz 的信道最大容量是多少？
::: details 查看练习答案与解析
答案：约 20 Kbps。
解析： $S / N = 100$ 。 $3\text{K} \times \log_2(101) \approx 3\text{K} \times 6.658 = 19.97\text{ Kbps}$ 。
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6、假定要发送信息位串为 11001011，采用 CRC 校验，若生成多项式为 $P(X) = X^4 + X^2 + X + 1$ ，试回答以下问题。

（1）求应添加在数据后面的余数。（写出计算过程）
（2）若数据在传输过程中最后两个 1都变成了 0，问接收端能否发现，为什么？
（3）采用CRC检验后，数据链路层的传输是否为可靠传输？

::::: details 查看答案与解析

答案：
(1) 应添加的余数为 0111。
(2) 能发现。因为接收端收到受损数据后，进行模 2 除法运算得到的余数（1001）不为 0。
(3) 不是可靠传输。CRC 只能保证“无差错接收”，无法处理帧丢失、失序等问题。

解析：
(1) 生成多项式 $P(X) = X^4 + X^2 + X + 1$ ，对应二进制位串为 $10111$ （阶数 $k = 4$ ）。
数据后补 4 个 0，得到 $110010110000$ 。
进行模 2 除法运算：
- $11001 \oplus 10111 = 01110$ ，补位得 $11100$
- $11100 \oplus 10111 = 01011$ ，补位得 $10111$
- $10111 \oplus 10111 = 00000$ ，补位得到最后的 $10000$
- $10000 \oplus 10111 = 00111$
最终余数为 0111。
(2) 错误数据为 $110010000111$ ，用 $10111$ 去除，余数为 $\neq 0$ ，故能检测。

难度: ⭐⭐
考点: #CRC校验 #差错检测

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

模 2 运算法则：异或操作（相同为 0，不同为 1）。

::: tip 思路分析
牢记模 2 除法的核心步骤，注意补零的个数等于生成多项式的最高阶数。
:::

::: warning 易错点

补零个数错误。
模 2 减法做成了普通减法（忘记异或规则）。
:::
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:::: details 🔄 举一反三

若数据为 1010，生成多项式为 $X^3 + 1$ ，求校验位。
::: details 查看练习答案与解析
答案：011。
解析：多项式对应 $1001$ 。 $1010000 \div 1001$ 余数为 $011$ 。
:::
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7、假设主机A通过一条TCP连接向主机 B发送两个TCP报文段。第一个报文段的序号为 160，第二个报文段的序号为 300。

（1）第一个报文段中携带多少字节数据？主机 B收到第一个报文发回的确认号是多少？
（2）假设第一个报文段丢失而第二个报文段到达主机 B，那么在主机 B发往主机A的确认报文中，确认号应该是多少？

::::: details 查看答案与解析

答案：
(1) 第一个报文段携带了 140 字节 数据；主机 B 发回的确认号是 300。
(2) 确认号应该是 160。

解析：
(1) TCP 序号是本报文段发送的数据的第一个字节的编号。
第一个报文段的起始序号为 160，第二个为 300。
所以第一个报文段的数据量为：

$\text{ 字节}$

确认号是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号，即 $160 + 140 = 300$。

(2) TCP 采用累积确认机制。当第一个报文段丢失时，即使收到了第二个报文段，主机 B 仍然期望收到序号 160 开始的数据，因此发回的确认号依然是 160。

难度: ⭐⭐
考点: #TCP序号 #累积确认

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点:

$\text{确认号} = \text{已成功接收的最后一个字节序号} + 1$ 。

::: tip 思路分析
理解 TCP 序号的连续性以及确认号“期待下一字节”的深刻含义。
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::: warning 易错点

误认为确认号是对收到报文的简单应答。
忽略累积确认导致丢失时确认号不推进。
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:::: details 🔄 举一反三

若 A 发送了 1-100 和 101-200 两个段，201-300 丢失，B 收到前两个段，确认号是多少？
::: details 查看练习答案与解析
答案：201。
解析：1-200 均已收到，期待第 201 字节。
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8、网络如下图连接，启动前，两个交换机（SW1,SW2）中的转发表都是空的，之后有以下各站向其他的站发送了数据帧，请将有关数据填写在表中。

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

发送的帧	SW1 的转发表	SW2 的转发表
A->D	地址: A, 端口: 1	地址: A, 端口: 4
C->E	地址: C, 端口: 3	地址: C, 端口: 4
E->C	地址: E, 端口: 4	地址: E, 端口: 2
B->A	地址: B, 端口: 2	无变化
D->E	无变化	地址: D, 端口: 1

::::: details 查看答案与解析

答案：
见上表（注：无变化表示该帧未泛洪到该交换机，或该交换机未记录新地址）。

解析：
交换机基于源 MAC 地址进行转发表的学习（反向学习）。

A->D：SW1 从端口 1 收到，记录 A:1，泛洪。SW2 从端口 4 收到，记录 A:4。
C->E：SW1 从端口 3 收到，记录 C:3，泛洪。SW2 从端口 4 收到，记录 C:4。
E->C：SW2 从端口 2 收到，记录 E:2。因 SW2 查表知 C 在端口 4，故单播转发。SW1 从端口 4 收到，记录 E:4，单播转发至端口 3。
B->A：SW1 从端口 2 收到，记录 B:2。因 SW1 查表知 A 在端口 1，直接单播转发，SW2 无法收到此帧。
D->E：SW2 从端口 1 收到，记录 D:1。查表知 E 在端口 2，单播转发，SW1 无法收到此帧。

难度: ⭐⭐
考点: #交换机自学习 #帧转发机制

:::: details 💡 学习锦囊
📖 相关公式与知识点: