第四章 网络层#

4.1 填空题#

网络层提供的两种服务，分别是面向连接的 [填空1] 服务和无连接的 [填空2] 服务。

答案：虚电路；数据报

解析： 在计算机网络网络层的设计争论中（如 OSI 与 TCP/IP），主要有两种服务模型：

• 虚电路 (Virtual Circuit)：仿照电话网络，面向连接，保证顺序和可靠性（OSI 早期推崇）。
• 数据报 (Datagram)：IP 协议采用的模型，无连接，尽最大努力交付，不保证顺序和可靠性。

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4.2 填空题#

在网络互连的中继系统中，中继器处于 OSI/RM 的 [填空1] 层，网桥和交换机处于 [填空2] 层，路由器处于 [填空3] 层。

答案：物理；数据链路；网络

解析：

• 中继器 (Repeater) / 集线器 (Hub)：只处理电信号的放大整形，工作在物理层。
• 网桥 (Bridge) / 二层交换机 (Switch)：基于 MAC 地址转发帧，工作在数据链路层。
• 路由器 (Router)：基于 IP 地址进行路由选择，工作在网络层。

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4.3 填空题#

试辨认以下 IP 地址的网络类别。 (1) 128.36.199.3 是 [填空1] 类地址 (2) 21.12.240.17 是 [填空2] 类地址 (3) 192.12.69.248 是 [填空3] 类地址 (4) 89.3.0.1 是 [填空4] 类地址 (5) 230.3.6.2 是 [填空5] 类地址

答案：B；A；C；A；D

解析： 根据 IP 地址第一字节（十进制）的数值来判断类别：

• A类：1 ~ 126
• B类：128 ~ 191
• C类：192 ~ 223
• D类（组播）：224 ~ 239
• E类（保留）：240 ~ 255

对应分析： (1) 128 在 B 类范围内。 (2) 21 在 A 类范围内。 (3) 192 在 C 类范围内。 (4) 89 在 A 类范围内。 (5) 230 在 D 类范围内。

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4.4 单选题#

网络 222.15.64.0/20 的地址范围是

• A. 222.15.64.0 ~ 222.15.79.255
• B. 222.15.64.0 ~ 222.15.64.255
• C. 222.15.64.0 ~ 222.15.127.255
• D. 222.15.0.0 ~ 222.15.255.255

答案：A

解析：

• 网络地址：222.15.64.0
• 子网掩码：/20。这意味着前 20 位是网络号。
• 分析第三字节：64 = 0100 0000。
• /20 覆盖了第三字节的前 4 位（8+8+4=20）。
• 第三字节的主机位部分是后 4 位（全0到全1）。
• 块大小 = $2^{8-4} = 2^4 = 16$。
• 范围起点：64 (0100 0000)
• 范围终点：64 + 16 - 1 = 79 (0100 1111)
• 完整范围：222.15.64.0 到 222.15.79.255。
• 注：题目问的是“地址范围”，通常指整个 CIDR 块的范围。如果要问“可用主机范围”，则应排除首尾。选项 A 包含了首尾，最符合“地址块范围”的定义。

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4.5 填空题#

有如下 4 个 /24 地址块, 聚合后的地址为 [填空1] / [填空2]。

答案：212.56.132.0；22

解析： 需要进行路由聚合 (CIDR Supernetting)。 观察第三个字节：

• 132 = 1000 0100
• 133 = 1000 0101
• 134 = 1000 0110
• 135 = 1000 0111

找出共同前缀：前 6 位是相同的 (1000 01)。

• 聚合后的前缀长度 = 前两个字节 (8+8) + 第三字节共同部分 (6) = 22。
• 聚合后的网络地址 = 保持共同前缀不变，后面补 0 212.56.132.0。

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4.6 填空题#

一个 3200bit 长的 TCP 报文传到 IP 层，加上 160bit 的首部后成为数据报。下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有 1200bit。因此数据报在路由器必须进行分片。试问需要分成几个片？ [填空1] 第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据？ [填空2]

答案：4；3840

解析：

1. 计算分片数：

• 原始数据（Payload）= 3200 bit。

• 第二个局域网 MTU（最大 IP 分组长度）= 1200 bit。

• IP 首部 = 160 bit (20 字节)。

• 每个分片最大数据载荷 = $1200 - 160 = 1040$ bit。

• 注意：IP 分片的数据长度必须是 8 字节 (64 bit) 的倍数。

• $1040 / 64 = 16.25$，向下取整为 16。

• 实际每个分片最大数据载荷 = $16 \times 64 = 1024$ bit。

• 分片数量 = $\lceil 3200 / 1024 \rceil = 4$ 片（前 3 片 1024 bit，第 4 片 128 bit）。

2. 计算总传输比特数：

• 即第二个局域网上传输的所有 IP 分片（首部+数据）的总和，这些数据最终会被目的主机的 IP 层接收并向上传送。
• 总数据位 = 3200 bit。
• 总首部位 = $4 \times 160 = 640$ bit。
• 总比特数 = $3200 + 640 = 3840$ bit。

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4.7 填空题#

设 IP 数据报使用固定首部，其各字段的值（十六进制表示）如下表所示… 对其进行反码算术运算求和结果为 0x2CADD，其填入校验和字段的值为 ox [填空1]。

答案：3520

解析： IP 首部校验和的计算步骤如下：

1. 求和：将首部划分为多个 16 位的序列进行求和。题目已知反码算术运算求和（累加器中的值）为 0x2CADD。

• 由于是 16 位运算，0x2CADD 中的高位 2 是进位。

• 需要将进位加回低位：0xCADD + 0x0002 = 0xCADF。

2. 取反：校验和是和的反码（按位取反）。

• ~0xCADF
• 二进制：~ (1100 1010 1101 1111) = 0011 0101 0010 0000
• 十六进制：3520

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4.8 多选题#

当路由器转发一个 IP 数据报时，可能改变首部中的哪些字段。

• A. 版本
• B. 首部长度
• C. 服务类型 (TOS)
• D. 总长度
• E. 标识 (Identification)
• F. 标志 (Flags)
• G. 片偏移 (Fragment Offset)
• H. 生存时间 (TTL)
• I. 协议
• J. 首部校验和
• K. 源 IP 地址
• L. 目的 IP 地址

答案：D, F, G, H, J

解析：

当路由器转发 IP 数据报时：

1. 必变字段：

• H. 生存时间 (TTL)：每经过一个路由器减 1。

• J. 首部校验和：因为 TTL 变了，校验和必须重新计算。

2. 可能改变字段（如果需要分片）：

• D. 总长度：分片后，每个片的数据量变小。
• F. 标志 (Flags)：MF 位可能被置 1。
• G. 片偏移 (Fragment Offset)：后续分片会有非 0 的偏移量。

题目问的是“可能改变”，因此应包含分片相关的字段。IP 地址（K, L）在普通路由转发中不变（除非是 NAT，见下题）。

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4.9 单选题#

某路由器路由表如下图所示，若路由器收到一个目的地址为 169.96.40.5 的 IP 分组，则转发该 IP 分组的接口是

• A. S0
• B. S1
• C. S3
• D. E0

答案：C

解析：

路由器转发分组时遵循最长前缀匹配 (Longest Prefix Match) 原则。 目的 IP：169.96.40.5

• 检查 S1 (169.96.40.0/23)：范围是 40.0 - 41.255。匹配。前缀长度 23。
• 检查 S2 (169.96.40.0/25)：范围是 40.0 - 40.127。匹配。前缀长度 25。
• 检查 S3 (169.96.40.0/27)：范围是 40.0 - 40.31。匹配（5 在 0-31 之间）。前缀长度 27。
• 检查 S4 (0.0.0.0/0)：默认路由。匹配。前缀长度 0。

比较前缀长度：27 > 25 > 23 > 0。因此选择匹配长度最长的 S3 接口。

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4.10 单选题#

以下命令，哪个使用了 ICMP 的回送请求及回答报文？

• A. Config
• B. Telnet
• C. Tracert
• D. Ping

答案：D

解析：

• Ping：利用 ICMP Echo Request（回送请求）和 ICMP Echo Reply（回送回答）报文来测试连通性。
• Tracert (Windows)：主要利用 ICMP 超时报文（Time Exceeded）和回送请求。
• Telnet：应用层协议，基于 TCP。
• Config：通常指配置命令（如 ipconfig），不直接发送网络报文。

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4.11 填空题#

路由选择算法按其是否具有自适应性，可分为 [填空1] 路由选择策略和 [填空2] 路由选择策略。

答案：静态（或 非自适应）；动态（或 自适应）

解析：

• 静态路由 (Static Routing)：由管理员手动配置，不能随网络状况变化而自动调整，属于非自适应。
• 动态路由 (Dynamic Routing)：路由器间运行协议自动交换信息，能根据网络拓扑或流量变化自动调整，属于自适应。

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4.12 填空题#

路由器的结构可划分为两大部分：[填空1] 部分 (控制层面) 和 [填空2] 部分 (数据层面)。

答案：路由选择；分组转发

解析：

路由器的体系结构通常分为：

1. 路由选择部分 (Routing selection)：也称控制层面（Control Plane），负责运行路由协议（如 RIP, OSPF, BGP），计算路由表。
2. 分组转发部分 (Packet forwarding)：也称数据层面（Data Plane），负责根据转发表将进入的分组从合适的端口转发出去（交换结构）。

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4.13 综合题#

给出 R2 的路由表，要求包括到达图中所有子网的路由，且路由表中的路由项尽可能少。

答案： R2 路由表

目的网络 (Destination)	下一跳 (Next Hop)	接口 (Interface)
153.14.5.0/24	153.14.3.2	S0
194.17.20.0/23	194.17.24.2	S1
194.17.20.128/25	- (直接交付)	E0

(注：如果考试要求极其严格，必须列出互连链路网段，可补充 153.14.3.0/xx 和 194.17.24.0/xx 为直连路由，但通常聚合题主要关注主机所在的子网)

解析： 题目要求“路由项尽可能少”，这意味着我们需要进行路由聚合 (Route Aggregation/CIDR)。 1. 分析 AS1 方向（向上，通过 S0 接口）

• 目标子网：153.14.5.0/25 和 153.14.5.128/25。
• 二进制计算：
• 5.0 -> 00000101.0xxxxxxx
• 5.128 -> 00000101.1xxxxxxx
• 聚合结果：前 24 位相同，合并为 153.14.5.0/24。
• 下一跳：图中 R1 的接口 IP 为 153.14.3.2。

2. 分析 AS2 方向（向下，通过 S1 接口）与 本地 E0

• 目标子网（在 R3 后）：194.17.20.0/25 和 194.17.21.0/24。
• 本地直连子网（在 E0）：194.17.20.128/25。
• 聚合计算：
• 20.0 -> 00010100.0xxxxxxx (R3)
• 20.128 -> 00010100.1xxxxxxx (本地 R2)
• 21.0 -> 00010101.xxxxxxxx (R3)
• 观察第三字节：20 (00010100) 和 21 (00010101) 的前 7 位相同。
• 这意味着可以用 194.17.20.0/23 来覆盖 20.x 和 21.x 的所有地址。
• 路由策略：
• 在路由表中添加一条聚合路由 194.17.20.0/23 指向 R3（下一跳 194.17.24.2）。
• 同时保留本地直连路由 194.17.20.128/25 指向 E0。
• 为什么这样行得通？ 根据最长前缀匹配 (Longest Prefix Match) 原则：
• 去往 194.17.20.130 (本地) 的包，匹配 /25（更长），走 E0。正确。
• 去往 194.17.20.10 (R3) 的包，不匹配 /25，匹配 /23，走 S1。正确。
• 去往 194.17.21.5 (R3) 的包，匹配 /23，走 S1。正确。
• 这样只用 1 条静态路由就能覆盖 AS2 的两个网段，符合“路由项尽可能少”的要求。

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4.14 单选题#

某自治系统采用 RIP 协议，若该自治系统内的路由器 R1 收到其邻居路由器 R2 的距离矢量中包含信息 <net1, 16>，则可能得出的结论是

• A. R1 可以经过 R2 到达 net1，距离为 17
• B. R1 可以经过 R2 到达 net1，距离为 16
• C. R2 可以到达 net1，距离为 16
• D. R1 不能经过 R2 到达 net1

答案：D

解析： RIP 协议使用“跳数”（Hop Count）来衡量到达目的网络的距离。

• RIP 规定，一条路径最多包含 15 个路由器。
• 距离 16 表示不可达（即无穷大）。
• 当 R2 告诉 R1 “我到 net1 的距离是 16”时，意味着 R2 自己无法到达 net1。
• 因此，R1 肯定不能通过 R2 到达 net1（如果硬要算，距离会变成 16+1=17，依然不可达）。

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4.16 填空题#

网络如下图所示。假定路由器 R1 要把 H1 发往 128.1.2.16/29 的分组从接口 4 转发出去，而把 H2 发往 128.1.2.16/29 的分组从接口 3 转发出去，可以吗？ [填空1] (可以，不可以)。如果可以，路由器 R1 的转发表中应有网络前缀：[填空2] 和转发接口：[填空3]。如果不可以，填“无”。 答案：不可以；无；无

解析：

1. IP 路由的核心原则：标准的 IP 路由是基于目的地址（Destination-Based Routing）的。路由器只检查数据包头部中的“目的 IP 地址”，并在转发表中查找匹配的条目来决定下一跳。

2. 本题场景：H1 和 H2 发送的分组，其目的地址都是 H3 所在的网络 128.1.2.16/29。

3. 冲突：对于路由器 R1 来说，针对同一个目的网络 128.1.2.16/29，转发表中只能有一个最佳匹配的出口（或者在负载均衡/多路径路由时随机/轮询选择，但不能指定“H1 走 A，H2 走 B”）。

4. 结论：普通的路由表无法根据源地址（H1 或 H2）来区分转发路径。要实现题目描述的功能，需要使用策略路由 (Policy-Based Routing, PBR)，但这是高级特性，不属于标准 IP 路由转发的范畴。因此在常规考题背景下，答案是不可以。

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4.17 填空题#

将零压缩的 IPv6 地址 123::1:2 写成原来的形式 [填空1]。

答案：0123:0000:0000:0000:0000:0000:0001:0002

解析： IPv6 地址共 128 位，由 8 组 4 位十六进制数组成。

• :: 代表一连串的 0。
• 现有部分：123 (第 1 组) 和 1:2 (最后 2 组)。共 3 组。
• 缺失部分： 组。
• 因此 :: 展开为 5 组 0000。
• 补全前导零：123 0123，1 0001，2 0002。
• 结果：0123:0000:0000:0000:0000:0000:0001:0002。

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4.18 多选题#

当 NAT 路由器从专用网向公网转发一个 IP 数据报时，可能改变首部中的哪些字段。

• A. 版本
• B. 首部长度
• C. 服务类型
• D. 总长度
• E. 标识
• F. 标志
• G. 片偏移
• H. 生存时间 (TTL)
• I. 协议
• J. 首部校验和
• K. 源 IP 地址
• L. 目的 IP 地址

答案：H, J, K

解析：

NAT（网络地址转换）路由器在转发时：

• K. 源 IP 地址：会将专用网（私有）IP 替换为公网 IP。
• H. 生存时间 (TTL)：作为路由器，转发时 TTL 必须减 1。
• J. 首部校验和：IP 地址和 TTL 都变了，校验和必须重算。
• （注：目的 IP 地址通常在从公网回专用网时改变）。