网络模块小结与自测¶

高频速记¶

OSI 七层从物理层到应用层；IP 负责寻址与路由，TCP/UDP 负责端到端传输。
TCP 可靠有序，UDP 低开销但不保证可靠；握手三次，挥手通常四次。
/28 主机位 4 位，块大小 16，通常可用主机 14 个。
DNS：A=IPv4，AAAA=IPv6，CNAME=别名，MX=邮件，PTR=反向解析。
ICMP 做差错与诊断，ARP 做 IP 到 MAC，NAT 做地址转换，DHCP 做动态配置。
RIP 是距离向量，15 跳可达、16 跳不可达；OSPF 是链路状态，以 Cost 选路。
CSMA/CD 用于传统有线以太网，CSMA/CA 用于无线局域网。

自测题¶

TCP 三次握手的三个报文分别是什么？
192.168.1.100/28 的网络地址和广播地址是什么？
A、AAAA、PTR、MX 记录分别做什么？
ping、ARP、NAT、DHCP 各自对应什么功能？
RIP 与 OSPF 的度量和适用规模有什么差异？
为什么无线局域网主要使用 CSMA/CA 而不是 CSMA/CD？

参考答案¶

SYN、SYN+ACK、ACK。
网络地址 192.168.1.96，广播地址 192.168.1.111。
IPv4、IPv6、IP 到域名、邮件服务器。
ICMP 连通性诊断、ARP IP 到 MAC、NAT 地址转换、DHCP 动态分配地址。
RIP 按跳数且 16 跳不可达，适合小型网络；OSPF 按 Cost、收敛快，适合中大型网络。
无线环境难以可靠检测冲突，采用避免冲突的机制。

具体协议版本、默认参数和考试教材口径待核验。

批次2正式验收补充自测（独立题号 B2-Q01～B2-Q16）

以下每题只设一个主归属，覆盖 I-1～I-6、II-1～II-5、III-1～III-2、IV-1～IV-3。原有 1～6 题及答案保持不变；本组每题均包含显式题干、答案和解析，不把教学段落或子问重复计题。题目用于学习自测，不代表官方试题或整批验收已通过。

B2-Q01｜主归属 I-1：系统组成与性能

题干： 同一程序在两台相同 ISA 的机器上均执行 2×10⁸ 条指令。A 的 CPI=1.5、主频=3 GHz，B 的 CPI=1、主频=2.5 GHz。忽略 I/O，分别计算 CPU 时间、判断哪台更快及加速比，并说明相同 ISA 为什么不保证相同性能。

答案： A 为 0.10 s，B 为 0.08 s；B 更快，B 相对 A 的加速比为 1.25。相同 ISA 仅保证指令语义等软件可见约定相容，不保证微体系结构、CPI 或主频相同。

解析： T=IC×CPI/f，所以 A=2×10⁸×1.5/(3×10⁹)，B=2×10⁸/(2.5×10⁹)；时间比 0.10/0.08=1.25，不能只按 A 主频较高判胜。CPU 中控制器组织执行、ALU 执行运算，存储系统等实现差异也影响指令平均周期；CPU 时间不包含题设排除的 I/O 等待。

B2-Q02｜主归属 I-2：浮点表示与运算

题干： 用 binary32 表示正数 6.5，写出符号位、8 位阶码及 23 位小数字段；再对 6.5+0.75 写出对阶、相加和规格化过程，并判断结果是否必须丢弃非零精度位。

答案： 6.5 的字段为 0 | 10000001 | 10100000000000000000000。和为 7.25=(1.1101)₂×2²，本次运算无需丢弃非零精度位。

解析： 6.5=110.1₂=1.101₂×2²，阶码为 2+127=129。0.75=1.1₂×2⁻¹=0.0011₂×2²，尾数相加 1.1010+0.0011=1.1101，指数保持 2，已规格化。结果只需 5 位有效二进制数字，少于 binary32 的 24 位有效精度，可精确表示；字段中的隐含首位 1 不再存储，不能把存储阶码直接相加。

B2-Q03｜主归属 I-3：Cache 替换

题干： 一个 2 路组相联 Cache 的目标组初始为空，块 A/B/C 均映射到此组，访问顺序为 A、B、A、C、A，读未命中总会装入。分别按 FIFO 与 LRU 写出每次命中/缺失、装满后的淘汰对象及缺失次数；命中时 FIFO 是否重排？

答案： FIFO：缺、缺、命、缺（淘汰 A）、缺（淘汰 B），共 4 次缺失；LRU：缺、缺、命、缺（淘汰 B）、命，共 3 次缺失。FIFO 命中不重排。

解析： 前两步填满 A/B；第三步访问 A 后，FIFO 仍认为 A 最早装入，LRU 则认为 B 最久未用。因此第四步装 C 时两算法分歧；第五步 A 在 FIFO 中已被淘汰而在 LRU 中仍驻留。替换只在映射到的组内发生；初次装入空路不是淘汰。

B2-Q04｜主归属 I-4：指令寻址

题干： 按字节编址，指令地址字段 A=40，寄存器 R=100，M[40]=200、M[200]=9、M[140]=7。分别求直接寻址、间接寻址、以 R 为基址且 A 为字节位移时的有效地址与操作数；若采用立即寻址，操作数是多少？

答案： 直接：EA=40、操作数 200；间接：EA=200、操作数 9；基址：EA=140、操作数 7；立即数为 40。

解析： 直接用字段作地址，间接先取 M[A] 作最终地址，基址求 R+A=140 后取数。立即寻址直接使用字段值，不读取 M[40] 作为操作数。这里不计取指访问，不能把有效地址与其内容混为一谈。

B2-Q05｜主归属 I-5：CPU 结构与执行

题干： 简化 CPU 按字节编址，指令长 4 B，PC=800，内存该处指令为 LOAD R2,[1200]，且 M[1200]=25。写出从取指到完成加载的主要微操作，并指出 PC、IR、MAR、MDR 与控制器各起什么作用。

答案： MAR←PC，读指令到 MDR，再 IR←MDR、顺序 PC←804；译码得到 EA=1200，MAR←1200，读数到 MDR，最后 R2←MDR=25。PC 指向取指位置，IR 保存指令，MAR 提供访存地址，MDR 缓冲所读数据，控制器发出相应读写与通路控制信号。

解析： 第一次逻辑读取是取指，第二次是取操作数；IR 的指令译码后才能决定数据访问。寄存器承接地址和内容，控制器协调次序，ALU 可参与地址形成但不是存放所有指令的部件。这是功能模型，不据这些步骤断言恰好消耗同样数量的时钟周期。

B2-Q06｜主归属 I-6：流水线与 DMA

题干： 理想 5 段流水线每段 2 ns，连续执行 8 条指令，无停顿。求非流水及流水耗时和加速比。单条 LOAD 经多个流水阶段完成，指令周期是否等于一个时钟周期？另有 DMA 传输：CPU 已设置缓冲区和长度，是否还必须用 CPU 指令搬运每个字节？完成后能否通知 CPU？

答案： 非流水 80 ns，流水 24 ns，加速比 10/3≈3.33；指令周期不等于一个时钟周期；DMA 不要求 CPU 逐字节搬运，完成后可通过中断通知 CPU。

解析： 非流水 8×5×2=80，流水 (5+8−1)×2=24，装入和排空使加速比未达到 5；流水线重叠多个指令的阶段，提升吞吐率，但一条指令本身仍经历多个时钟周期，指令周期不可与时钟周期混为一谈。DMA 引擎通过总线/互连在设备与内存间搬运，CPU 仍参与初始化和完成处理；无需逐字节搬运不等于整个 I/O 不占用总线、不花时间或永不中断。

B2-Q07｜主归属 II-1：时间与辅助空间

题干： n 为正整数，下列伪代码以机器字常数时间完成加法，且所有计数器均能容纳结果：s=0; for i=1..n: for j=1..i: s=s+1。求 s 最终值、时间复杂度紧界和辅助空间复杂度，并解释逻辑结构是否必然决定物理存储地址连续。

答案： s=n(n+1)/2，时间 Θ(n²)，辅助空间 Θ(1)；逻辑相邻不保证物理地址连续。

解析： 内层次数依次为 1、2、…、n，求和得到二次量级，不能把外层循环次数当总次数。仅 i、j、s 等固定数量计数器同时存在，未分配随 n 增长的数组或递归栈，因此辅助空间常数。线性逻辑关系既可由连续数组也可由非连续链表实现；若改用任意精度整数，还需另计位运算成本。

B2-Q08｜主归属 II-2：循环队列操作

题干： 长度为 5 的循环数组队列保留一个空单元，front 指向队头、rear 指向下一入队位置，初始二者均为 0。依次入 A/B/C，出队两次，再入 D/E/F。求出队序列、最终逻辑队列、front、rear、长度及是否已满。

答案： 出队 A、B；最终队列 C/D/E/F；front=2，rear=1，长度 4，已满。

解析： 三次入队 rear 变为 3；两次出队 front 变为 2；随后 rear 按模 5 依次变为 4、0、1。长度 (rear−front+5)%5=4，满条件 (rear+1)%5=front 成立。物理槽按环绕存储，逻辑顺序仍为 FIFO；保留一个空单元使有效容量为 4，而非 5。

B2-Q09｜主归属 II-3：二分搜索

题干： 升序数组 [3,7,11,18,24,30,42]，下标从 0 开始。以闭区间二分、mid=floor((low+high)/2) 搜索 24，逐轮给出 low/high/mid、比较值及结果下标；这套对数时间结论能否不加条件地套在普通单链表上？

答案： (0,6,3) 比 18，转至 [4,6]；(4,6,5) 比 30，转至 [4,4]；(4,4,4) 比 24，返回下标 4，共 3 次关键字比较。不能直接套在单链表上。

解析： 每次根据有序性排除不可能的一半；等值即成功，区间 low>high 才失败。数组支持常数时间访问中点，普通单链表定位中点需沿指针遍历，不能仅凭每次折半就断言总时间 O(log n)。未排序数据也不能按本规则排除半区。

B2-Q10｜主归属 II-4：图拓扑排序

题干： 有向图顶点 A/B/C/D，边为 A→C、B→C、C→D。采用 Kahn 算法，每次在当前入度为 0 的顶点中选字母最小者，给出初始入度及完整拓扑序。若再加入 D→B，算法能输出全部顶点吗？请展示停止原因。

答案： 原入度 A0/B0/C2/D1，拓扑序 A/B/C/D。加边后入度 A0/B1/C2/D1，只能输出 A，随后 B/C/D 入度均为 1，不能完成。

解析： 原图先删 A→C 使 C 入度降为 1，再删 B→C 使 C 归零，最后 C 后输出 D。加边后存在 B→C→D→B 环，输出 A 后没有新的零入度顶点，输出数 1 小于总数 4，判有环。图即使最初有零入度顶点也仍可能含环；拓扑排序适用于 DAG，不是按顶点字母直接排序。

B2-Q11｜主归属 II-5：散列冲突与删除

题干： 长度为 7 的空散列表下标 0～6，h(k)=k mod 7，线性探测且步长为 1。依次插入 10、17、24，写出位置；删除 17 后搜索 24 要经过哪些槽？删除槽能否直接标成从未使用的空槽？

答案： 10/17/24 分别放槽 3/4/5。删 17 后搜索 24 依次探测槽 3、4、5，在槽 5 命中；槽 4 应保留删除标记，不能直接视为从未使用。

解析： 三键模 7 均为 3，冲突后逐槽向后寻找空位。查找遇删除标记仍继续，遇从未使用的空槽才能按本协议判不存在；若槽 4 被错误清为空，查询会提前停止并漏掉 24。探测须限制最多一轮，满表不能无限循环；链地址法的删除不采用这套墓碑规则。

B2-Q12｜主归属 III-1：协议接口服务与时延

题干： 两台主机以一条链路相连，发送长度 1250 B 的分组，速率 20 Mbit/s，距离 200 km，传播速度 2×10⁸ m/s；忽略处理排队，求末比特到达时间。另将同层实体约定报文格式、同机相邻层的交互约定、下层向上层提供的能力分别归为协议、接口还是服务。

答案： 发送时延 0.5 ms，传播时延 1 ms，末比特到达需 1.5 ms；三种描述依次为协议、接口、服务。

解析： L/R=1250×8/(20×10⁶)=0.0005 s，d/v=200000/(2×10⁸)=0.001 s，末比特需先等整包发送完再传播。提高发送速率不改变本题传播速度。协议是对等实体共同遵守的规则，接口规定层间如何交互，服务表达提供什么能力，三者不是同一个报文或同一种连接。

B2-Q13｜主归属 III-2：TCP 与 HTTP 分层机制

题干： 已建立 TCP 连接，应用使用普通 HTTP/1.1（不考虑 TLS）。发送方依次发送字节 100～199、200～299；接收方先收到后一段，约定 ACK 表示下一个期望字节，且接收方缓存乱序段。此时应确认多少？前段经重传到达后应确认多少，应用交付顺序如何？再说明 HTTP 请求与响应的主要组成，以及 TCP、IP、以太网分别负责哪一层职责。

答案： 先 ACK=100；缺失前段补齐后 ACK=300，按 100～299 顺序交付且不重复。HTTP 请求含方法/目标/版本、头部及可选消息体；响应含版本/状态码、头部及可选消息体。TCP 属传输层，IP 属网络层，以太网帧属于链路层。

解析： 累计 ACK 停在连续数据的边界，收到 200～299 不能跳过 100～199 向应用有序交付；发送方可因超时或满足相应快速重传条件补发，接收方利用序号重排和去重，随后累计确认推进到 300。TCP 确认字节流，不保留应用消息边界；HTTP 以请求—响应语义和消息定界规则解释该字节流，不能把一个 TCP 段视为固定一条 HTTP 消息。IP 提供跨网络寻址转发，链路帧完成本跳交付，物理层再承载比特；本题未建立 QUIC/HTTP/3 模型，也不能把 HTTP 状态码当成 TCP ACK。

B2-Q14｜主归属 IV-1：操作系统与模式切换

题干： 单核系统交替执行两个进程，其中一个调用 read，所需数据已在缓存，内核检查后立即返回且未调度其他线程。判断：两个进程是否属于并发而非必然并行？此次 read 是否发生用户态/内核态切换？是否必然发生进程上下文切换？说明理由及 OS 在此提供的管理功能。

答案： 属于并发，不是两个进程在该单核上同一时刻并行；read 系统调用发生模式切换，但不必发生进程上下文切换。OS 提供文件访问、权限保护及缓存/I/O 等资源管理服务。

解析： 单核通过时间交替推进多个任务，符合并发；模式切换改变执行权限，上下文切换改变正在执行的线程/进程。题设缓存命中且无需阻塞，可由同一线程进入内核完成检查后返回用户态，不能由系统调用推出必调度其他进程。普通库函数调用也不必全部进入内核。

B2-Q15｜主归属 IV-2：请求分页与容器管理

题干： 某进程仅有 2 个空页框，采用 LRU 请求分页，无预取，引用页号 1、2、1、3、2。逐次给出页框状态及缺页情况，求总缺页数和置换数；另说明容器的 namespaces 和 cgroups 分别主要解决可见性隔离还是资源计量/限制，是否各有独立宿主内核。

答案： 页框 F1/F2 依次为 (1,—) 缺、(1,2) 缺、(1,2) 命、(1,3) 缺且换出 2、(2,3) 缺且换出 1；共 4 次缺页、2 次置换。namespaces 主要隔离可见对象，cgroups 主要计量/限制资源；常见 Linux 容器共享宿主内核。

解析： 第三步把页 1 更新为最近访问，第四步因此淘汰页 2；第五步页 2 已不驻留，而页 1 比页 3 更久未用，故换出页 1。初始装入空页框也是缺页，但不换出；缺页处理属于 OS 虚拟内存管理，不能与 Cache 缺失混计。容器的可见性隔离不自动给出 CPU/内存配额，配额也不意味着独占核心或独立内核，持久数据仍需另行管理。

B2-Q16｜主归属 IV-3：文件分配与设备管理

题干： 块大小为 4 KiB，普通非稀疏文件长 9000 B，忽略元数据，求所需块数及尾块内部碎片。另有打印服务将多个用户作业先存磁盘再顺序送给一台打印机：这是 SPOOLing 还是让打印机物理并行？write 返回成功是否一定说明数据已写到稳定介质？

答案： 需 3 块，内部碎片 3288 B；属于 SPOOLing，打印机仍顺序工作；write 成功不一定已经持久化。

解析： ceil(9000/4096)=3，分配 3×4096=12288 B，未用 12288−9000=3288 B，浪费发生在已分配尾块内部。SPOOLing 用磁盘队列解耦用户提交和独占设备执行，并非增加打印机数量。缓冲写可先进入内存后回写，需按文件系统约定使用同步与持久化接口；日志一致性或 RAID 不能代替独立备份。