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数据库 + 计算机网络深化

范式判定决策树+候选码求解四步法+Armstrong公理+事务四级隔离+封锁协议+OSI七层+TCP三次握手四次挥手+HTTPS+子网划分五步公式

更新于 2026年7月29日
软考数据库计算机网络真题范式子网划分TCPHTTPS

一句话定位

数据库 45 题 + 网络 35 题是综合知识”易丢分重灾区”——本篇把范式判定落成决策树、子网计算落成五步公式，确保选择题 30 秒可解。

NOTE

本篇是 01-cs-fundamentals.mdx 的”DB+网络深化版”。事实据教材第 2 版 + 2020-2025 真题核对（2026-07-29）。

第一部分：数据库

A. 数据库基础

三级模式 / 两级映像

外模式（用户视图）  ─── 外模式/模式映像 ───  模式（逻辑结构）  ─── 模式/内模式映像 ───  内模式（物理存储）
   ↑                                            ↑                      ↑
 视图层                                       逻辑层                  存储层
映像作用数据独立性
外模式/模式逻辑结构变时改映像，外模式不变逻辑独立性
模式/内模式存储变时改映像，逻辑结构不变物理独立性

数据模型三要素

  1. 数据结构：描述对象类型（如层次/网状/关系）
  2. 数据操作：增删改查
  3. 完整性约束：实体完整性（主键）/ 参照完整性（外键）/ 用户定义完整性

关系术语

  • 候选码：能唯一标识元组的最小属性组
  • 主码：选定的一个候选码
  • 主属性：包含在任一候选码中的属性
  • 非主属性：不包含在任一候选码中
  • 外码：关系 A 的属性是关系 B 的主码

B. 关系代数（必考 1 题）

五基本运算

运算符号含义SQL 对应
选择σ行过滤WHERE
投影π列选择SELECT 列
笛卡尔积×两表所有组合FROM A, B
集合并∪去重合并UNION
集合差−A 减 BEXCEPT

派生运算

运算符号含义等价
交∩共同元组A − (A − B)
连接 θ-join⋈笛卡尔积 + 条件过滤σ(条件)(A × B)
自然连接⋈同名属性等值连接 + 去重复列—
除法÷A 包含 B 的所有元组关键用于”全部”查询

重要等价

  • R − (R − S) = R ∩ S
  • R ⋈ S = S ⋈ R（自然连接可交换）
  • σ(条件1)(σ(条件2)(R)) = σ(条件1 ∧ 条件2)(R)（选择可合并）

IMPORTANT

关系代数解题套路：

  1. 读题提取”表 + 条件 + 投影列”
  2. 写对应 SQL
  3. 按 SQL 与代数对照翻译
  4. 注意”全部”用除法 ÷；“至少”用交 ∩ 或嵌套

真题举一反三

2024-11 综合题：R − (R − S) 等价于？

  • 解：R ∩ S

2023-05 综合题：求”选修了所有课程的学生”的关系代数。

  • 解：π(学号, 课程号)(选课) ÷ π(课程号)(课程)

C. 函数依赖与范式（必考 1~2 题）

函数依赖类型

类型符号含义
完全函数依赖X →f YY 依赖于 X 全体，不依赖任何 X 的真子集
部分函数依赖X →p YY 依赖 X 的某个真子集（部分）
传递函数依赖X 决定 Y 决定 ZX 决定 Y，Y 决定 Z（Y 不是 X 子集，Z 不在 X 中）

Armstrong 公理

  • 自反律：Y ⊆ X 推出 X 决定 Y
  • 增广律：X 决定 Y ⇒ XZ 决定 YZ
  • 传递律：X 决定 Y ∧ Y 决定 Z ⇒ X 决定 Z
  • 导出规则：合并（X 决定 Y ∧ X 决定 Z ⇒ X 决定 YZ）/ 分解（X 决定 YZ ⇒ X 决定 Y ∧ X 决定 Z）/ 伪传递（X 决定 Y ∧ YW 决定 Z ⇒ XW 决定 Z）

候选码求解算法

IMPORTANT

候选码求解四步 callout：

  1. 属性分类：
    • L 类：只在函数依赖左边
    • R 类：只在函数依赖右边
    • LR 类：左右都出现
    • N 类：不出现
  2. 必含：L+N 类必在所有候选码中
  3. 求闭包：(L+N)⁺ 若等于 U，即唯一候选码
  4. 否则组合：(L+N) 与 LR 类逐一组合，找最小闭包 = U 的组合

范式判定决策树

IMPORTANT

范式判定决策树（自上而下）：

  • 1NF：分量是否原子？否则不满足 1NF
  • 2NF：非主属性对候选码是否存在部分函数依赖？是则仅 1NF
  • 3NF：非主属性对候选码是否存在传递函数依赖？是则仅 2NF
  • BCNF：每个函数依赖 X 决定 Y，X 是否都是超键？否则仅 3NF，是则 BCNF

一句话区分：

  • 2NF：消除部分依赖
  • 3NF：消除传递依赖
  • BCNF：每个决定子都是候选码（主属性也不允许部分/传递依赖）

反范式

OLTP 严格遵循范式；OLAP / 读多写少可适度冗余（反范式）以减少 JOIN。

真题举一反三

2022-11 综合题：R(A,B,C,D)，F = {A 决定 B, B 决定 C, A 决定 D}，求候选码与最高范式。

  • 解：
    • L 类：A；R 类：C,D；LR 类：B
    • A⁺ = ABCD = U → 候选码 = A
    • 主属性 = A；非主属性 = B,C,D
    • B→C：B 不是码，存在传递 A→B→C → 不满足 3NF → 最高范式 = 2NF（无非主属性对码的部分依赖）

2024-05 综合题：R(A,B,C,D,E)，F = {AB 决定 C, C 决定 D, D 决定 E}，求候选码。

  • 解：
    • L 类：A,B；R 类：E；LR 类：C,D
    • (AB)⁺ = ABCDE = U → 候选码 = AB
    • 主属性 = A,B；非主属性 = C,D,E

2025-11 综合题：R(A,B,C,D)，F = {A 决定 B, B 决定 A, B 决定 C, C 决定 A}，求候选码与最高范式。

  • 解：
    • L 类：无；R 类：无；LR 类：A,B,C；N 类：D
    • D 必在码中；D⁺ = D ≠ U
    • 试 AD：AD⁺ = ABCD = U ✓；BD：BD⁺ = ABCD ✓；CD：CD⁺ = ABCD ✓
    • 候选码 = AD, BD, CD；主属性 = A,B,C,D（全部）
    • 所有决定子 (A, B, C) 都是候选码的一部分 → BCNF

D. 事务与并发控制（必考 1~2 题）

ACID

性质全称含义
A 原子性Atomicity全做或全不做（undo 日志）
C 一致性Consistency执行前后数据库一致
I 隔离性Isolation并发事务互不干扰
D 持久性Durability提交后永久（redo 日志）

并发问题四类

问题描述示例
丢失修改T1 写被 T2 覆盖T1 读 X=100→写 150；T2 读 X=100→写 200；T1 修改丢失
脏读读未提交数据T2 读 T1 未提交的 X=200；T1 回滚
不可重复读同事务两次读结果不同T1 读 X=100；T2 改 X=200；T1 再读 X=200
幻读范围查询出现新行T1 查 1-10；T2 插 5；T1 再查 1-10 多一行

四级隔离级别

隔离级别丢失修改脏读不可重复读幻读默认
Read Uncommitted✓ 防止可能可能可能—
Read Committed✓ 防止✓ 防止可能可能Oracle/PG
Repeatable Read✓ 防止✓ 防止✓ 防止可能MySQL
Serializable✓ 防止✓ 防止✓ 防止✓ 防止—

封锁协议

协议加锁规则防止
一级写前加 X 锁，到事务结束释放丢失修改
二级一级 + 读前加 S 锁，读完即释放丢失修改 + 脏读
三级一级 + 读前加 S 锁，到事务结束释放丢失修改 + 脏读 + 不可重复读
两段锁 2PL扩展阶段只加锁 + 收缩阶段只解锁保证可串行化（但不防死锁）

调度可串行化

  • 冲突可串行化：通过交换非冲突操作能等价于某串行调度
  • 冲突操作：不同事务对同一数据的写-写 / 读-写
  • 判定：冲突图无环 → 冲突可串行化

真题举一反三

2021-05 综合题：某银行转账事务最关心避免脏读，应选哪一级别？

  • 解：Read Committed

2023-11 综合题：调度 T1:R(A) T2:W(A) T1:W(A) T2:R(A)，判断是否冲突可串行化。

  • 解：冲突对：(T2.R(A), T1.W(A))?——R(A) 后 W(A) 同数据，冲突；T1.W(A) 后 T2.R(A) 冲突
  • 冲突图：T1 ↔ T2 双向 → 有环，不可串行化

2024-05 综合题：T1: R(A) R(B); T2: W(A) W(B)，下列哪种等价于串行？

  • 解：T1 全读必须在 T2 全写之前（或之后）；若交错则不可串行化。

E. E-R 模型

E-R 三要素

  • 矩形：实体
  • 椭圆：属性
  • 菱形：联系

联系类型转换规则

联系类型转关系模式方法
1:1任一方加外码（指向另一方主码）；或独立关系
1:NN 端加外码（指向 1 端主码）
M:N必须独立关系，含两端外码

真题举一反三

2024-11 综合题：学生（学号, 姓名）与课程（课程号, 课程名）M:N 选课，转换为关系模式。

  • 解：
    • 学生（学号, 姓名）
    • 课程（课程号, 课程名）
    • 选课（学号, 课程号, 成绩）← 独立关系，联合主码

F. 分布式数据库与 NoSQL

CAP 定理

分布式系统三选二（网络分区必选）：

  • Consistency 一致性
  • Availability 可用性
  • Partition tolerance 分区容错

选择：

  • CP：ZooKeeper / HBase / MongoDB（强一致）
  • AP：Eureka / Cassandra / DynamoDB（高可用）
  • CA：单机关系数据库（无分区）

BASE 理论

CAP 在 AP 侧的延伸：

  • Basically Available 基本可用
  • Soft state 软状态
  • Eventual consistency 最终一致

NoSQL 四类型

类型代表数据模型适用场景
键值 KVRedis / Memcachedkey → value缓存、会话
列族HBase / Cassandrarow key → 多列族大数据、稀疏矩阵
文档MongoDB / CouchDBJSON-like内容管理、灵活 schema
图Neo4j / JanusGraph节点 + 边社交、推荐、知识图谱

数据仓库 vs 数据库

维度OLTP 数据库OLAP 数据仓库
目的日常事务分析决策
数据当前、详细历史、聚合
设计范式化星型/雪花
操作短事务长查询

真题举一反三

2023-05 综合题：ZooKeeper 属于哪类 CAP？

  • 解：CP（强一致）

2024-11 综合题：社交网络好友关系推荐选哪种 NoSQL？

  • 解：图数据库 Neo4j

第二部分：计算机网络

G. OSI 七层 vs TCP/IP 四层

完整对照表

OSI 层TCP/IP 层PDU主要协议典型设备
应用层应用层MessageHTTP, FTP, SMTP, DNS, DHCP, SNMP, Telnet网关
表示层应用层MessageSSL/TLS, JPEG, ASCII, 加密网关
会话层应用层MessageRPC, NetBIOS, SQL网关
传输层传输层Segment (TCP) / Datagram (UDP)TCP, UDP网关
网络层网际层PacketIP, ICMP, ARP, RARP, OSPF, BGP路由器
数据链路层网络接口层FrameEthernet, PPP, HDLC, VLAN交换机/网桥
物理层网络接口层BitRS-232, 双绞线, 光纤集线器/中继器

IMPORTANT

每层功能记忆 callout：

  • 物理层：比特传输
  • 数据链路层：帧 + MAC 地址 + 差错控制
  • 网络层：包 + IP 地址 + 路由
  • 传输层：端到端 + 端口 + 可靠性
  • 会话层：会话建立与同步
  • 表示层：数据格式 + 加密压缩
  • 应用层：用户接口

真题举一反三

2024-11 综合题：以下哪个工作在数据链路层？A) 路由器 B) 交换机 C) 集线器 D) 网关

  • 解：B 交换机

2025-05 综合题：HTTPS 中 SSL/TLS 工作在 OSI 哪一层？

  • 解：表示层（虽然 TCP/IP 模型中归应用层）

H. TCP/UDP 与三次握手四次挥手

TCP vs UDP

维度TCPUDP
连接面向连接无连接
可靠性可靠（确认+重传）不可靠
顺序有序无序
速度慢快
头部20 字节8 字节
流量/拥塞控制有无
应用HTTP/FTP/SMTP/SSHDNS/DHCP/TFTP/视频流

TCP 三次握手

图 1：TCP 三次握手（来源：教材第 2 版 §3.4）

为什么三次？ 防止历史失效连接请求（SYN）到达服务端，造成资源浪费。

TCP 四次挥手

图 2：TCP 四次挥手（TIME-WAIT 等 2MSL 防最后 ACK 丢失）

为什么四次？ 全双工关闭——A→B FIN 后 B 还能继续发数据（半关闭），B 发完再 FIN。

TCP 拥塞控制

  • 慢启动：cwnd 从 1 指数增长到 ssthresh
  • 拥塞避免：cwnd 线性增长
  • 快重传：连续 3 个重复 ACK 立即重传
  • 快恢复：ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh（不回 1）

真题举一反三

2021-11 综合题：TCP 连接建立过程中，服务端收到 SYN 后状态转换为？

  • 解：SYN-RCVD

2023-05 综合题：TIME-WAIT 状态持续 2MSL 的原因？

  • 解：①保证最后 ACK 到达对端（若丢失，对端会重发 FIN）；②让本次连接的报文都消失，防止干扰新连接

2024-11 综合题：连续 3 个重复 ACK 触发什么？

  • 解：快重传 + 快恢复（不触发慢启动）

I. HTTP/HTTPS/DNS

HTTP 方法

方法用途幂等安全
GET获取资源✓✓
POST创建资源✗✗
PUT更新（全量）✓✗
PATCH更新（部分）✗✗
DELETE删除✓✗
HEAD仅获取头✓✓
OPTIONS探测支持方法✓✓

HTTP 状态码

类别含义典型
1xx信息100 Continue
2xx成功200 OK / 201 Created / 204 No Content
3xx重定向301 永久 / 302 临时 / 304 Not Modified
4xx客户端错400 / 401 / 403 / 404 / 429
5xx服务端错500 / 502 / 503 / 504

HTTP 版本

版本关键特性
HTTP/1.0短连接（每次新建 TCP）
HTTP/1.1长连接 Keep-Alive + 流水线 + Host 头
HTTP/2二进制分帧 + 多路复用 + 头压缩 HPACK + 服务端推送
HTTP/3基于 QUIC（UDP）+ 解决队头阻塞

HTTPS = HTTP + TLS

完整握手流程：

图 3：HTTPS/TLS 握手流程（来源：教材第 2 版 §3.10）

核心思想：

  1. 非对称加密协商对称密钥（用服务器证书公钥加密预主密钥）
  2. 对称加密传输数据（性能高）
  3. CA 证书保证公钥可信

DNS 解析流程

浏览器输入 → 浏览器缓存 → 操作系统 hosts → 本地 DNS 解析器
   ↓ （递归）
根 DNS 服务器 → 顶级域名（.com）→ 权威 DNS → 解析 IP
  • 递归查询：客户端 → 本地 DNS（必须给答案）
  • 迭代查询：本地 DNS → 根/顶级/权威（依次问）

真题举一反三

2024-05 综合题：HTTPS 与 HTTP 区别？

  • 解：HTTPS = HTTP + TLS/SSL；端口 443（vs HTTP 80）；加密通信 + 身份认证 + 完整性

2025-11 综合题：HTTP/2 主要改进？

  • 解：二进制分帧 + 多路复用（解决队头阻塞）+ 头部压缩 + 服务端推送

J. IP 编址与子网划分（必考 1 题）

IPv4 五类地址

类范围默认掩码网络位
A1.0.0.0 ~ 126.255.255.255/88
B128.0.0.0 ~ 191.255.255.255/1616
C192.0.0.0 ~ 223.255.255.255/2424
D 组播224.0.0.0 ~ 239.255.255.255——
E 保留240.0.0.0 ~ 255.255.255.255——

私有 IP（RFC 1918）：

  • A：10.0.0.0/8
  • B：172.16.0.0/12（172.16.0.0 ~ 172.31.255.255）
  • C：192.168.0.0/16

特殊 IP：

  • 127.0.0.0/8：回环
  • 169.254.0.0/16：链路本地
  • 0.0.0.0：本机所有 IP

子网划分五步公式

IMPORTANT

子网划分五步 callout：

  1. 看掩码/CIDR：如 /27 = 27 位网络号
  2. 算借位数 b：b = CIDR − 默认类网络位（如 C 类 /27，借 b=3 位）
  3. 算子网数：2^b（如 2³ = 8 个子网）
  4. 算每子网主机数：2^h − 2，h = 32 − CIDR（如 /27，h=5，30 台）
  5. 算子网步长：256 − 掩码最后非 0 段（如 255.255.255.224 → 256-224=32，步长 32）

子网划分例题

2020-11 综合题：192.168.1.0/24 划分 4 个子网，求掩码与每子网主机数。

  • 解：借位 b：2^b ≥ 4 → b=2；新掩码 = /26 → 255.255.255.192；步长 = 256-192 = 64
    • 子网 1：192.168.1.0/26（IP：.1~.62，广播 .63）
    • 子网 2：192.168.1.64/26（IP：.65~.126，广播 .127）
    • 子网 3：192.168.1.128/26（IP：.129~.190，广播 .191）
    • 子网 4：192.168.1.192/26（IP：.193~.254，广播 .255）
  • 每子网主机数 = 2^6 - 2 = 62

2023-05 综合题：CIDR 聚合 192.168.0.0/24, 192.168.1.0/24, 192.168.2.0/24, 192.168.3.0/24。

  • 解：第三段 0,1,2,3 二进制前 2 位相同（00xxxxxx），故聚合 /22 → 192.168.0.0/22

2025-05 综合题：10.1.12.129/27 的网络地址与广播地址。

  • 解：掩码 255.255.255.224，第四段步长 32
    • 子网起始：0, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224
    • 129 在 128-159 段
    • 网络地址 = 10.1.12.128；广播 = 10.1.12.159

IPv6

  • 128 位（16 字节）
  • 表示：8 组 4 位十六进制，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
  • 缩写：连续 0 用 ::（只用一次）；2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
  • 过渡：双栈 / 隧道 / NAT-PT

NAT

  • 私有 IP ↔ 公网 IP 映射
  • 节省 IPv4 地址
  • 类型：静态 NAT / 动态 NAT / PAT（端口映射，最常用）

K. 反查表

考点公式或决策树真题锚点
三级模式/两级映像外/模式 → 逻辑独立性2024-05§A
关系代数除法π(学号, 课程号)/π(课程号)2023-05§B
R-(R-S) 等价R∩S2024-11§B
候选码求解四步L+N 必含 → 求闭包2024-05, 2025-11§C
范式判定决策树1NF→2NF→3NF→BCNF2022-11, 2025-11§C
ACID 四性质原子一致隔离持久2023-11§D
四级隔离级别RC 防脏读 / RR 防不可重复2021-05§D
三级封锁协议S 锁到事务结束→三级2023-11§D
2PL 可串行化扩展+收缩两阶段2024-05§D
E-R M:N 转换独立关系 + 双外码2024-11§E
CAP/NoSQL 选型CP=ZK / AP=Eureka2023-05, 2024-11§F
OSI 七层协议对应应用 HTTP / 网际 IP / 链路 Ethernet2024-11, 2025-05§G
TCP 三次握手SYN → SYN+ACK → ACK2021-11§H
TIME-WAIT 2MSL防最后 ACK 丢失2023-05§H
TCP 快重传3 个重复 ACK2024-11§H
HTTPS 握手非对称协商对称密钥2024-05§I
HTTP/2 改进多路复用+二进制分帧2025-11§I
子网划分五步借位 b → 2^b 子网 → 步长 256-m2020-11, 2025-05§J
CIDR 聚合共同前缀长度2023-05§J

记忆口诀 / 易错点汇总

  1. 范式四步：1NF 原子 → 2NF 消部分 → 3NF 消传递 → BCNF 决定子都含码
  2. 候选码：L+N 必含，LR 类试组合，闭包=U
  3. 隔离级别递进：读未提交 → 读已提交（防脏读）→ 可重复读（防不可重复）→ 串行化（防幻读）
  4. 封锁协议：一级防丢失，二级防脏读，三级防不可重复，2PL 保证可串行化
  5. OSI 七层口诀：物数网传会表应（Bottom-Up）
  6. 子网五步：看掩码 → 算借位 → 算子网数 → 算主机数 → 算步长
  7. TCP 三次握手：SYN → SYN+ACK → ACK
  8. TCP 四次挥手：FIN → ACK → FIN → ACK

TIP

避坑建议：

  • 候选码务必画属性分类表（L/R/LR/N）
  • 范式判定注意”主属性 vs 非主属性”
  • 子网掩码最后段算步长用 256−m
  • HTTPS 握手是”非对称换对称密钥”——别答成全程非对称
  • TCP 拥塞控制记住”快重传 = 3 重复 ACK”，不会回慢启动

交叉引用

本系列笔记

主计划文档

详见 主计划 §3.3~§3.4 数据库与网络 的对应内容。

外部延伸

  • 官方教材：《系统架构设计师教程（第 2 版）》§3.3, §3.4
  • 真题练习：2020-2025 综合 DB+网络题

自测题

  1. 候选码：R(A,B,C,D)，F={AB 决定 C, C 决定 D, D 决定 A}，求所有候选码。（答：AB, BC, BD）
  2. 范式：R(A,B,C)，F={A 决定 B, B 决定 C}，最高范式？（答：2NF，因 A 决定 B 决定 C 传递）
  3. 隔离：MySQL 默认隔离级别？（答：Repeatable Read）
  4. TCP：四次挥手中 TIME-WAIT 持续多久？为什么？（答：2MSL，防最后 ACK 丢失）
  5. 子网：172.16.50.0/22 的网络地址、广播、可用 IP？（答：网络 172.16.48.0，广播 172.16.51.255，可用 1022）
  6. HTTPS：握手用对称还是非对称？（答：非对称换对称密钥，数据传输对称）

IMPORTANT

如果只能”看着面熟”但说不出来，说明还没真正掌握，建议回看对应章节并多做真题。

下一篇导引：安全 + 数学 + 知识产权 + 英语 将讲述加密算法对照、数学图论/排队论、著作权保护期、英语 120 词表，帮助你掌握边角拿分区。