专题二 数据通信基础（二）（讲义）-《计算机网络基础》（高教版第二版）高考备考讲练测（安徽省）

专题二 数据通信基础（二） [考纲要求] [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一． TCP/IP协议的层次结构 TCP/IP协议将网络划分为数据链路层(也称网络接口层)、网络层(也称互联层)、传输层和应用层，组成4层层级结构，每一层都由下一层所提供的网络来完成自己的需求。 应用层 HTTP、DNS、DHCP、FTP、Telnet、SMTP及其他应用协议 传输层 TCP、UDP 网络层 IP、ICMP、ARP、RARP 数据链路层 各种通信网络接口，如以太网等(物理网络) 二． 网络层协议 1 IP地址 IP协议，即互联网协议（Internet Protocol），是计算机网络中用于数据包传输的一套规则。它是TCP/IP协议族中的一个重要组成部分，负责将数据包从源主机传送到目标主机。 IP协议的主要功能： 寻址和路由，数据包封装，数据包转发，分片与重组。 IP协议的版本： IPv4：是最广泛使用的IP协议版本，使用32位地址，通常以点分十进制（例如，192.168.1.1）的形式表示。 IPv6：是为了解决IPv4地址耗尽问题而设计的，使用128位地址，以冒号分隔的十六进制形式表示（例如，2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）。 IP协议的特点： 不可靠的服务：IP协议不保证数据包的可靠传输。 无连接：IP协议不维护持续的网络连接状态。 尽最大努力交付。 IP协议是互联网基础设施的核心，使得不同网络之间能够互相通信。在IP协议之上，可以运行各种应用层协议，如HTTP、FTP、SMTP等，为用户提供丰富的网络服务。 2 ICMP协议 ICMP协议，即互联网控制消息协议（Internet Control Message Protocol），是TCP/IP协议族中的一个重要成员，用于网络设备之间传递控制消息。这些控制消息主要用于诊断网络通信问题或提供有关网络状态的信息。 ICMP协议的主要功能：错误报告，网络诊断，信息查询。 ICMP消息分为两类：差错报告消息和查询消息。 ICMP协议的使用： ping命令：使用ICMP回显请求和回显应答消息来测试网络连接是否通畅。 traceroute命令：通过发送具有不同TTL值的ICMP数据包来跟踪数据包到达目标主机的路径。 路径MTU发现：用于确定网络路径上的最大传输单元（MTU）。 ICMP协议的安全性： 由于ICMP消息可以被用来进行网络探测和攻击（如拒绝服务攻击），因此一些网络设备可能会配置防火墙规则来限制ICMP消息的传输。 3 ARP协议 ARP协议，即地址解析协议（Address Resolution Protocol），是TCP/IP协议族中的一个重要协议，用于在局域网（LAN）中将网络层的IP地址解析为链路层的物理地址（通常是MAC地址）。 ARP协议的主要功能： 地址解析：将32位的IP地址映射到48位的MAC地址。 缓存表维护：ARP协议维护一个ARP缓存表（ARP cache），用于存储已解析的IP地址与MAC地址的映射关系，以减少重复的解析过程。 4 RARP协议 RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）是一种网络协议，它允许网络设备通过其MAC地址来请求对应的IP地址。与ARP协议相反，ARP是将IP地址解析为MAC地址，而RARP则是将MAC地址解析为IP地址。 主要功能： 地址解析：RARP允许无盘工作站或其他网络设备通过其MAC地址来查询其IP地址。 配置简化：在无盘工作站等设备启动时，它们可以使用RARP来获取必要的网络配置信息。 三． 传输层协议 1 TCP协议 TCP 是可靠的面向连接的传输协议，通过 “三次握手” 建立特定虚电路连接。其工作包括将应用程序数据分块交给网络层、确认接收分组、设置超时时钟等，以提供可靠的数据传输。 2 UDP协议 UDP 是不可靠的无连接协议，在网络硬件失效或负担重时可能出现数据丢失、重复、延时、乱序等问题，导致通信不正常。它主要用于不要求分组顺序到达的传输，分组传输顺序检查与排序由应用层完成。 四． 应用层协议 1 HTTP协议 HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。它是互联网上应用最广泛的协议之一，主要用于在Web浏览器和服务器之间传输数据。 HTTP的主要特点： 简单性：HTTP协议相对简单，易于理解和使用。 无状态性：HTTP协议是无状态的，这意味着每个请求都是独立的，服务器不会保存之前的请求状态。 可扩展性：HTTP允许传输任意类型的数据，只需要在头部字段中正确地标记即可。 基于请求-响应模式：客户端发送请求，服务器响应请求。 HTTP的工作流程：建立连接，发送请求，服务器响应，关闭连接。 2 DNS协议 DNS（Domain Name System，域名系统）是一种用于将域名和IP地址相互转换的分布式数据库和解析服务。它是互联网的关键组件之一，使得用户可以通过易于记忆的域名来访问网站，而不需要记住复杂的IP地址。 DNS的工作原理： 1）域名解析请求： 当用户在浏览器中输入一个域名（例如，www.example.com）时，浏览器需要将这个域名解析为对应的IP地址，以便与该域名对应的服务器建立连接。 2）递归查询： 浏览器通常会向所配置的DNS服务器（通常是互联网服务提供商的DNS服务器）发送一个递归查询请求。 3）迭代查询： 如果DNS服务器没有缓存该域名的IP地址，它会以迭代查询的方式向其他DNS服务器请求解析。这个过程通常涉及以下步骤： 根域名服务器：查询顶级域名（如.com）的IP地址。 顶级域名服务器：查询二级域名（如example.com）的IP地址。 权威域名服务器：查询具体主机（如www.example.com）的IP地址。 4）返回结果： 一旦找到对应的IP地址，这个信息会沿着查询路径返回给用户的DNS服务器，最终返回给用户的浏览器。 5）缓存结果： 为了提高效率，DNS服务器和用户的设备通常会缓存解析结果一段时间。 3 DHCP协议 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一种网络协议，它允许网络中的设备自动获取IP地址和其他网络配置信息，如子网掩码、默认网关和DNS服务器地址。DHCP简化了网络管理的任务，尤其是在大型网络环境中，因为它减少了手动配置每个设备的需要。 4 TELNET协议 TELNET是一种古老的网络协议，用于在网络上提供双向交互式的文本通信会话。它最初在1983年被标准化为RFC 854，并在1998年更新为RFC 854和RFC 855。TELNET允许用户通过一个简单的命令行界面登录到远程计算机，并像直接在远程计算机的命令行上操作一样进行交互。 特点：简单性，通用性，透明性。 5 SMTP协议 SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是一种用于电子邮件传输的互联网标准通信协议。定义了电子邮件客户端与服务器之间，以及不同电子邮件服务器之间如何交换电子邮件的规则。SMTP通常用于发送电子邮件，而接收电子邮件通常使用POP3（Post Office Protocol 3）或IMAP（Internet Message Access Protocol）。 6 POP协议 POP（Post Office Protocol，邮局协议）是一种互联网标准协议，主要用于电子邮件的接收。允许电子邮件客户端从邮件服务器上下载邮件到本地计算机。POP协议的当前版本是POP3，是POP的第三个版本，也是目前使用最广泛的版本。 特点：简单性，离线工作，节省服务器空间：由于邮件可以在下载后被删除，因此可以节省服务器存储空间。 [限时练习] 1.以下关于TCP和UDP协议的说法，错误的是（ ） A. TCP是面向连接的协议，UDP是无连接的协议 B. TCP提供可靠的数据传输，UDP不保证数据的可靠性 C. TCP和UDP都使用端口号来标识不同的应用进程 D. TCP使用三次握手建立连接，UDP不需要建立连接 【答案】C 【解析】 TCP和UDP都使用端口号来标识不同的应用进程，但它们属于不同的协议层次，TCP属于传输层，UDP属于网络层。 2.下列（ ）协议与IP协议配合使用，提供路由选择功能，确保数据包正确地传输到目标主机 A. TCP协议 B. UDP协议 C. ICMP协议 D. ARP协议 【答案】C 【解析】 ICMP协议（互联网控制消息协议）与IP协议配合使用，提供路由选择功能，通过发送ICMP消息来通知发送方数据包传输过程中出现的错误或异常情况。 3. 以下关于HTTP和HTTPS协议的说法，正确的是（ ） A. HTTP和HTTPS都是基于TCP协议的 B. HTTPS比HTTP更安全 C. HTTP使用80端口，HTTPS使用443端口 D. HTTPS协议在传输数据时不会进行数据包的分片与重组 【答案】B 【解析】 HTTPS协议（安全超文本传输协议）是基于HTTP协议的，但它使用SSL/TLS加密传输数据，提供更高的安全性。HTTPS协议在传输数据时仍然会进行数据包的分片与重组。 4.下列（ ）协议用于电子邮件的发送，使用端口号25 A. SMTP协议 B. POP协议 C. IMAP协议 D. TELNET协议 【答案】A 【解析】SMTP协议（简单邮件传输协议）用于电子邮件的发送，使用端口号25来传输邮件。 5.下列（ ）协议用于远程登录到远程计算机，并进行交互式的文本通信会话 A. HTTP协议 B. FTP协议 C. TELNET协议 D. DNS协议 【答案】C 【解析】TELNET协议用于远程登录到远程计算机，并进行交互式的文本通信会话，用户可以通过TELNET客户端登录到远程计算机的命令行界面，进行操作。 6. TCP/IP协议将网络划分为数据链路层、网络层、（ ）和（ ）4层层级结构。 【答案】传输层 应用层 7. IP协议的主要功能包括寻址和路由、数据包封装、数据包转发以及（ ）。 【答案】分片与重组 8. （ ）协议的主要功能包括错误报告、网络诊断以及信息查询。 【答案】ICMP 9.（ ）协议的主要功能包括将网络层的IP地址解析为链路层的物理地址。 【答案】ARP 10. 简述TCP协议和UDP协议的区别 【答案】连接方式： TCP是面向连接的协议，需要建立连接后才能进行数据传输；UDP是无连接的协议，不需要建立连接即可发送数据。 可靠性： TCP提供可靠的数据传输，保证数据完整性和顺序性；UDP不保证数据的可靠性，可能出现数据丢失、重复、延时、乱序等问题。 速度： TCP协议需要进行连接建立、数据确认等操作，传输速度较慢；UDP协议传输速度快，但安全性较低。 应用场景： TCP协议适用于需要可靠传输的应用，如网页浏览、文件传输等；UDP协议适用于对实时性要求较高的应用，如视频直播、在线游戏等。 11.简述DNS协议的工作原理。 【答案】域名解析请求： 当用户在浏览器中输入域名时，浏览器向本地DNS服务器发送域名解析请求。 递归查询： 如果本地DNS服务器没有缓存该域名的IP地址，它会向根域名服务器发送递归查询请求。 迭代查询： 根域名服务器将请求转发到相应的顶级域名服务器，顶级域名服务器再将请求转发到相应的权威域名服务器。 返回结果： 权威域名服务器返回域名对应的IP地址给本地DNS服务器，本地DNS服务器再将结果返回给浏览器。 缓存结果： 为了提高效率，本地DNS服务器和浏览器会缓存解析结果一段时间 [归纳小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$