第 5 章 网络层
5-1 填空题
- 为减少转发表中的重复项目，可以用一个（ 默认路由 ）代替所有具有相同“下一站”的项目，它比其他项目的优先级低。
- 若利用划分子网的方法将一个 B 类 IP 地址块分为 12 个子网，则至少需要从主机号中借（ 4 ）个比特来做子网号。
- RIP 协议利用（ 距离矢量 ）算法来找出到每个目的网络的最短距离。
- RIP 协议中，距离的最大值为（ 16 ）。
- 在 TCP/IP 协议族中，将 IP 地址映射到物理地址的协议是（ ARP ）。
- 对一个 A 类网进行子网划分，如果要划分成 31 个子网，则子网掩码是（ 255.248.0.0 ）。
- 若一台计算机的 IP 地址为 128.1.147.6，子网掩码为255.255.240.0，则此计算机所在子网的网络号为（ 128.1.144.0 ）。
- IP 地址长度在 IPv4 中为（ 32 ）比特。
- IP 地址由（ 网络号 ）和（ 主机号 ）两部分组成。
- 常用的内部网关协议有（ RIP ）和（ OSPF ），常用的外部网关协议是（ BGP ）。
- IGMP 协议中，常用的 3 种报文是（ Membership Query ）、（Membership Report ）和（ LeaveGroup ）。
- 198.152.100.121/20 的广播地址是（ 198.152.111.255 ）。
- 一台计算机从 DHCP 服务器获取 IP 地址失败时，操作系统会为本机指定一个（ 169.254.0.0-169.254.255.255 ）范围内的 IP 地址。
- NAT 技术分为 3 类，分别是（ 静态 NAT ）、（ 动态 NAT ）和（ 端口 NAT ）。
5-2 选择题
- 160.101.3.56 是（ B ）IP 地址。
A．A 类 B．B 类 C．C 类 D．D 类 - IP 所提供的服务有（ A ）。
A．无连接服务 B．面向连接服务
C．无连接服务和面向连接服务 D．以上都不是 - 路由器属于（ C ）设备。
A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．应用层 - IP 协议是无连接的，其信息传输方式是（ D ）。
A．点到点 B．广播 C．虚电路 D．数据报 - 以下 IP 地址中，为 B 类地址的是（ D ）。
A．112.213.12.23 B．210.123.23.12
C．23.123.213.23 D．156.123.32.12 - 对一个 IP 地址而言，如果它的主机位全部为 0，则这个 IP 地址指（ D ）。
A．一个具体的主机 B．网络上的所有主机
C．广播地址 D．一个网络 - 对一个 IP 地址而言，如果它的主机位全部为 1，则这个 IP 地址指（ C ）。
A．一个具体的主机 B．网络上的所有主机
C．广播地址 D．一个网络 - 子网掩码的作用是（ A ）。
A．标记一个 IP 地址的网络位 B．区分一个 IP 地址的类型
C．标记一个 IP 地址的主机位 D．获得更多的可用的 IP 地址 - 在 IPv4 中，IP 首部中的源地址和目的地址的长度都是（ A ）。
A．32 比特 B．48 比特 C．20 比特 D．64 比特 - 若两台主机在同一子网中，则两台主机的 IP 地址分别与它们的子网掩码相“与”的结果一定（ C ）。
A．为全 0 B．为全 1 C．相同 D．不同 - 一个 C 类地址的网络，可容纳的主机数最多为（ A ）。
A．254 台 B．255 台 C．256 台 D．不确定 - 计算机 A 的 IP 地址是 202.37.62.55 该网络的地址掩码为 255.255.255.224，则该网络最多可划分（ A ）个子网（除去全 0 和全 1 的子网）。
A．6 B．8 C．30 D．32 - Ping 命令使用的是（ B ）协议。
A．HTTP B．ICMP C．TCP D．UDP - 当一个 A 类网络使用 8 个二进制位作为子网地址时，它的子网掩码为（ B ）。
A．255.0.0.0 B．255.255.0.0
C．255.255.255.0 D．255.255.255.255 - 路由器中的路由表（ C ）。
A．包含到达所有主机的完整路径信息
B．包含到达目的网络的完整路径信息
C．包含到达目的网络的下一步路径信息
D．包含到达所有主机的下一步路径信息 - 如果 ISP 分配给一个公司的 CIDR 地址块为 202.13.35.0/27，那么这个公司可以建立（ A ）个 C 类的子网。
A．1/8 B．1/4 C．4 D．8 - 对于这样一个地址,192.168.19.255/20,下列说法正确的是（ C ）
A．这是一个广播地址 B. 这是一个网络地址
C. 这是一个私有地址 D. 这是一个公有地址 - 路由器执行数据包转发时，下列哪些项会发生变化（ C ）
A．源网络地址 B. 源端口号
C. 源 MAC 地址 D. 目的网络地址 - PING 命令使用 ICMP 的哪一种 code 类型（ B ）
A．Redirect B. Echo reply
C. Source quench D. Destination Unreachable - 下列所述哪一个是网络层协议（ A ）
A．ICMP B. OSPF C. BGP D. SNMP - BGP 是在（ D ）之间传播路由的协议
A．主机 B. 子网 C. 区域 D. 自治系统 - 一个 IP 报文在网络传送途中被分片,生成了 3 个新的 IP 包,则以下说法正确的是（ B ）
A．这 3 个 IP 包将严格按序到达最终的目的地
B. 这 3 个 IP 包有相同的标识(Identification)字段
C. 这 3 个 IP 包有相同的标志(MF、DF )字段
D. 这 3 个 IP 包有相同的片偏移字段 - 在 IP 报文头的字段中,以下哪个内容和 IP 报文分片没有直接的关系（ A ）
A．目的地址 B. 标识字段 C. 标志字段 D. 片偏移 - 关于 IP 路由的说法,以下正确的是（ D ）
A．路由是 OSI 模型中第二层的概念
B. 在局域网中，路由包括了以下两部分的内容:IP 地址和 MAC 地址
C. 任何一条路由都必须包括如下三部分的信息:源地址、目的地址和下一站
D. IP 路由是指导 IP 报文转发的路径信息 - 基于距离矢量算法的路由协议是（ B ）
A．OSPF B. RIP C. BGP D. IS-IS - 路由器在转发数据包到非直连网段的过程中,依靠下列那一个项寻找下一站（ B ）
A．帧头 B. IP 首部 C. SSAP 字段 D. DSAP 字段
5-3 判断题
- 接入 Internet 时，当公有 IP 地址不够情况下可采用 NAT 技术。√
- 划分子网增加了灵活性，但也会造成 IP 地址浪费。 √
- RIP 和 OSPF 是常用的静态路由协议，也是常用的外部网关协议。 ×
- 网络层提供虚拟的、简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的、无质量保证的点对点服务；而传输层可以提供面向连接的、有序号确认的、有流量控制和拥塞控制的、有质量保证的端到端服务。√
- BGP 给出了自治系统之间一条最佳的路由。√
- RIP 协议的报文使用 UDP 传输，而 OSPF 报文则采用 TCP 协议传送。×
- 构造超网（CIDR）使网络规模变小，划分子网使网络规模变大。×
5-4 简答题
- 简述 IP 地址的分类及每类的特点。
答：
分为 A、B、C、D、E 类。A 类 IP 地址网络号占 1 个字节，主机号占 3 个字节，第一个比特固定为 0。B 类 IP 地址网络号占 2 个字节，主机号占 2 个字节，前二个比特固定为 10。C 类 IP 地址网络号占 3 个字节，主机号占 1 个字节，前三个比特为固定为 110。D 类 IP 前四个比特固定为 1110。E 类 IP 地址为保留地址，前五个比特固定为 11110。 - 简述 NAT 的工作原理。
答：
利用 NAT，私有（保留）地址的内部网络通过路由器发送数据包时，私有地址被转
换成合法的 IP 地址，一个局域网只需使用少量 IP 地址（甚至是 1 个）即可实现私有地
址网络内所有计算机与 Internet 的通信需求。NAT 将自动修改 IP 报文的源 IP 地址和目
的 IP 地址，IP 地址校验则在 NAT 处理过程中自动完成。 - 专用 IP 地址有哪些？具有什么特点？
答：
专用（私有）地址有三个地址段：
（1）10.0.0.0 到 10.255.255.255 (或记为 10/8)
（2）172.16.0.0 到 172.31.255.255 (或记为 172.16/12)
（3）192.168.0.0 到 192.168.255.255 (或记为 192.168/16 )
特点是：私有地址不需要向因特网管理机构申请，直接就可以使用，但只能在一个机构内部使用，不能和因特网上的公有地址通信，因为因特网上路由器默认对于地址是私有地址的 IP 数据报不予转发 - 简述动态路由和静态路由的区别。
答：
静态路由是指由网络管理员手工配置的路由信息。当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。静态路由配置简单，但不能动态适应网络变化。
动态路由是通过相互连接的路由器之间交换彼此信息，然后按照一定的算法优化出来的，当网络发生变化时，路由器之间会自动更新路由信息，动态适应不断变化的网络，随时获得最优的路由。 - 简述 RIP 协议和 OSPF 协议的工作原理。
答：
RIP 协议是一种典型的距离矢量协议，它使用的是距离矢量算法，RIP 协议认为距离最短的路由就是最优路由。RIP 协议的度量值是以跳数来计算的，到直连网络的跳数为 1，每经过一个路由器，跳数就会加 1。RIP 的最大网络直径为 15，能传递路由信息的最大有效跳数是 15 跳，16 就表示不可达。
RIP 协议的工作原理如下。
① 每个路由器每隔 30s 给自己所有的邻居路由器广播自己的路由表。
② 收到邻居路由器的路由表信息后，每个路由器都要更新自己的路由表。
③ 如果 180s 内没有收到某个路由器的路由表信息，就认为这个路由器出现故障，路由表中所有以这个路由器为下一站的表项中的距离修改为 16，表示目的网络不可达。
OSPF 路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议，每个 OSPF 将自己的链路状态发送给邻居路由器，由邻居路由器泛洪到整个区域。OSPF 路由器使用链路状态数据库中存放区域中所有的链路状态信息，OSPF 路由器根据链路状态数据库的链路状态，使用 Dijkstra 的最短路径算法计算出其到达每个网络的最优路由，构建路由表。
OSPF 基本工作原理
① 每个路由器会周期性地向相邻路由器发送探测报文，检测其是否可达。如果邻站给予应答，说明链路正常；否则说明链路出现故障。
② 如果一个路由器检测到某条链路状态发生变化，该路由器就发送链路状态更新报文，使用泛洪法对全网更新链路状态。
③ 即便链路状态没有发生变化，每隔 30min 路由器要向网络中的其他路由器广播链路状态信息，以确保链路状态数据库与全网保持一致。
④ 每个路由器收到其他路由器的链路状态信息后，更新链路状态数据库，构建整个网络的拓扑图，利用 Dijkstra 的最短路径算法计算出到达每个网络的最短路径。 - 简述 IP 单播和 IP 组播的区别。
答：
一个单播 IP 地址只能标识一台用户主机，一个使用单播 IP 地址为目的地址的 IP 报
文，只能被一台用户主机接收。
一个组播 IP 地址能够标识网络不同位置的多个用户主机，一台用户主机可以同时拥有多个组播 IP 地址。一个使用组播 IP 地址为目的地址的 IP 报文，能够被网络不同位置的多个用户主机接收。 多播地址范围为 224.0.0.0～239.255.255.255。 - 什么是超网？它和子网有什么区别？
答：
将多个较小的 CIDR 地址块汇聚成一个较大的 CIDR 地址块，就构成一个超网。子网
将大的地址块划分为若干个小的地址块，超网将多个小的地址块合并为一个大的地址块。 - 简述主机和路由器在转发 IP 数据报时的算法。
答：
当路由器收到 IP 数据报后，转发的算法如下：
（1） 从 IP 数据报首部中获取目的 IP 地址 D
（2） 用各直连网络的子网掩码和 D 逐比特相“与”，看结果是否和直连网络的网络号匹配。若匹配，则将 IP 数据报直接发送给 D，否则继续
（3） 查看路由表中是否有目的地是 D 的特定主机路由，如果有，转发 IP 数据报到下一站；如果没有，继续
（4） 对路由表中其他表项，依次将每一行的子网掩码和 D 逐比特相“与”，若其结果与该行的目的网络号匹配，则将 IP 数据报转发到对应的下一站，否则继续
（5） 查看路由表中是否有默认路由，如果有，将 IP 数据报转发到默认路由，如果没有，报错。 - 请简要说明一下静态地址映射和动态地址映射的区别。
答：
静态映射：常用于需要向外网络提供信息服务的服务器，内网服务器的私有 IP 地址会固定地映射为某个公有 IP 地址。
动态映射：常用于内网用户主机访问 Internet。全局 IP 地址组成地址池，内网用户需要访问 Internet 的时候，就从地址池中取出一个公有 IP 地址，建立内网私有 IP 地址和公有 IP 地址的一对一的映射关系。内网私有 IP 地址和公有 IP 地址的映射关系时不固定，动态的。 - A、B、C、D、E 位于同一个物理网络，IP 地址和子网掩码如下。这些主机之间可以直接
互相访问么? 请给出原因。
答：
各台计算机的子网掩码均为 255.255.255.240,其二进制形式为 255.255.255.11110000。将图中的各计算机的 IP 地址与子网掩码进行与操作,可得到各计算机所在的子网地址:计算机A 与 E 的网络号为 192.168.1.32。而计算机 B,C,D 的网络号为 192.168.1.48。A 和Ｅ属于一个 IP 网络，B、C、D 属于另一个 IP 网络，所以计算机 A 和 E 之间可以直接访问,计算机 B、C、D 之间可以直接访问。A、E 和 B、C、D 两个 IP 网络之间不能互相访问，虽然它们都连接在一个物理交换机上，但属于不同的 IP 网络，没有路由器的转发，两个 IP 网络不能通信。
5-5 计算题
- 对于网络地址 192.168.2.0，要求划分 6 个子网，试计算：
（1）最少需要借几个主机位？子网掩码是多少？
答：3 位 255.255.255.224
（2）给出每个子网的网络号和每个子网的 IP 地址范围。
答：
以下 8 个子网，任取 6 个子网
192.168.2.0 192.168.2.1—192.168.2.31
192.168.2.32 192.168.2.33—192.168.2.63
192.168.2.64 192.168.2.65—192.168.2.95
192.168.2.96 192.168.2.97—192.168.2.127
192.168.2.128 192.168.2.129—192.168.2.159
192.168.2.160 192.168.2.161—192.168.2.191
192.168.2.192 192.168.2.193—192.168.2.223
192.168.2.224 192.168.2.225—192.168.2.255 - 某公司需要对 B 类网络 139.21.0.0 进行子网划分，要求每个子网中的主机数在 1 000 台
左右，试计算：
（1）需要借多少个主机位来划分子网？子网掩码是多少？
答：1000 台主机，主机位需要 10 比特，B 类网络原有主机位 16 比特，所以需要借 6 位 bit 来划分子网，子网掩码是 255.255.252.0
（2）最终可以得到多少个可用的子网？每个子网中有多少个可用的 IP 地址？
答：可以得到 64 个子网，每子网中可用 IP 地址为 1022 个。 - 某路由器的路由表如图 5-45 所示。现在路由器收到 3 个数据分组，其目的站 IP 地址分别为：
（1）136.9.40.151
（2）136.9.12.130
（3）192.4.153.9
试分别计算其下一站。
答：
（1） 136.9.40.151 下一跳为 R4
（2） 136.9.12.130 下一跳为 接口 1
（3） 192.4.153.9 下一跳为 R3 - 若路由器 A 采用的路由协议为 RIP, A 的路由表如图 5-46 所示，现在路由器 A 收到从路由器 C 发来的路由信息（如图 5-47 所示），试给出路由表 A 更新的过程和结果。
A 收到 C 的路由表后，计算经过 C 到达各个网络的距离
答:
| 目 的 网 络 | 距 离 | 下 一 跳 | 与 A 原有路由表比较 |
| N1 | 4 | C | 比已有路径短，替换原记录 |
| N2 | 3 | C | 比已有路径长，但下一站相同，仍需替换原记录 |
| N3 | 2 | C | 比已有路径长，下一站不同，忽略 |
| N5 | 4 | C | 新路径，加入 |
更新后，A 的路由表为：
| 目 的 网 络 | 距 离 | 下 一 跳 |
| N1 | 4 | C |
| N2 | 3 | C |
| N3 | 1 | 直接 |
| N4 | 3 | G |
| N5 | 4 | C |
