第 1 章　計算機網路與網際網路

1.1　什麼是網際網路

重要度 ★★☆　｜　來源：中1 p.6–19；英1 p.4–17

網際網路可以從兩個角度描述：一是組成它的軟硬體元件，二是它提供給應用程式的服務。考題常直接問這兩種角度各看到什麼。

基本元素

• 主機（host）＝終端系統（end system）：執行網路應用程式的裝置，位於網際網路的邊際；又分成用戶端（client）與伺服器（server）。
• 通訊連結（communication link）：光纖、銅線、無線電、衛星；傳輸速率以 bits/sec 計。
• 封包（packet）：傳送端把資料切成區段，加上標頭（header）後形成。
• 封包交換器（packet switch）：從向內連結收封包、由向外連結轉送。兩大類：路由器（多用於網路核心）、連結層交換器（多用於連線網路）。
• 路由／路徑（route / path）：封包從傳送端到接收端經過的一連串連結與交換器。
• ISP：終端系統透過它存取網際網路，本身也是由封包交換器與連結組成的網路，彼此必須互連，所以網際網路是「網路的網路」。
• 標準：網際網路標準由 IETF 制定，文件稱 RFC（Request for Comments）；IEEE 802 委員會制定乙太網路與 WiFi 標準。
• 最重要的兩個協定：TCP 與 IP，合稱 TCP/IP。

1.2　網路邊際

重要度 ★★☆　｜　來源：中1 p.20–47；英1 p.19–54

連線網路（access network）是把終端系統連到路徑上第一具路由器（邊際路由器）的實體連結。

連線網路比較

實體媒介

位元經由電磁波或光脈衝跨越實體媒介傳送。導引式媒介：訊號沿固體媒介前進（銅線、同軸、光纖）；非導引式媒介：訊號在大氣或外太空自由傳播（無線電、衛星）。

1.3　網路核心

重要度 ★★★　｜　來源：中1 p.48–74；英1 p.56–78

核心的兩大功能

封包交換

• 儲存轉送（store-and-forward）：交換器必須收完整個封包才能開始傳到下一條連結。把 L 位元封包推進速率 R 的連結要 L/R 秒。
• 佇列延遲與封包遺失：每條連結都有輸出緩衝區。抵達速率暫時超過連結傳輸速率時封包就排隊；緩衝區滿了，新到或已在佇列中的封包會被丟棄。
• 如何決定走哪條連結：來源把目的 IP 位址寫進標頭，路由器以該位址查轉送表。

電路交換

傳送前先建立端對端連線，路徑上的資源（緩衝區、傳輸速率）在整個通訊期間都被預約保留，傳送端能以受保障的固定速率傳輸。傳統電話網路是典型例子。連結中的迴路以兩種方式實作：

封包交換與電路交換比較

網路的網路：ISP 結構如何一步步形成

1. 全部兩兩互連？ 數量級 O(N²)，無法擴展。
2. 全部接到一家全球轉運 ISP：連線 ISP 是顧客，全球 ISP 是供應者，依流量付費。
3. 有利可圖就會有競爭者：出現多家全球 ISP，它們彼此也必須互連。
4. 區域 ISP 出現：連線 ISP 接區域 ISP，區域 ISP 接第一層 ISP。
5. IXP 與對等：第三方建立網際網路互換點，讓多家 ISP 在此對等互連。
6. 內容供應者網路：Google 等自建私有 TCP/IP 網路連接資料中心，盡量直接連低層 ISP，略過上層。

1.4　延遲、遺失與產出率

重要度 ★★★　｜　來源：中1 p.75–96；英1 p.80–103

四種節點延遲

總節點延遲：d_nodal = d_proc + d_queue + d_trans + d_prop

佇列延遲與流量強度

令 a＝封包平均抵達速率（封包/秒），L＝封包長度（bits），R＝傳輸速率（bps）。流量強度（traffic intensity）＝ La / R。

• 黃金守則：設計系統時，流量強度不可大於 1。
• 佇列延遲還取決於流量的抵達型態（週期性或突發）。實際抵達過程是隨機的，只看 La/R 不足以完整描述，因此常用平均值、變異數、超過某值的機率等統計量。
• 例子：10 個封包同時抵達空佇列，第一個沒有佇列延遲，最後一個延遲相對大。
• 封包遺失：佇列容量有限，所以延遲不會真的到無限大；佇列滿時路由器丟棄封包。流量強度愈高，遺失比例愈高。遺失的封包可能由前一節點或來源重傳，也可能不重傳。

端對端延遲與 Traceroute

來源到目的地之間有 N−1 台路由器（N 條連結），網路暢通時（佇列可忽略）：d_end-end = N (d_proc + d_trans + d_prop)。

• Traceroute 對路徑上每個路由器 i 送 3 個探測封包（TTL＝i）；路由器 i 回傳封包，來源量測往返時間。
• 輸出中的 * 代表沒有回應（探測遺失或路由器不回覆）。
• 後面一跳的延遲可能比前一跳小，因為佇列延遲隨時間變動。
• 延遲突然大幅增加（如從 22 ms 跳到 104 ms）通常代表經過跨洋連結。
• 其他延遲：共用媒介的終端系統可能蓄意延後傳輸；VoIP 有媒介封包化延遲。

產出率（Throughput）

• 瞬間產出率：某一時刻接收位元的速率。平均產出率：一段較長時間的速率。
• 瓶頸連結（bottleneck link）：路徑上限制端對端產出率的連結。
• 兩段連結：產出率＝min{R_s, R_c}。N 段連結：產出率＝min{R₁, R₂, …, R_N}。
• 今日網際網路的限制因素通常是連線網路；但共用核心連結不夠大時，瓶頸會移到核心。

1.5　協定分層與服務模型

重要度 ★★★　｜　來源：中1 p.97–118；英1 p.105–124

每一層透過兩件事提供服務：(1) 在該層內執行某些動作；(2) 使用下一層提供的服務。各層協定合稱協定堆疊（protocol stack）。協定層可由軟體、硬體或兩者實作，並分散在終端系統、交換器等元件中。

網際網路五層協定堆疊

封裝（Encapsulation）

• 每層封包都有標頭欄位與內容欄位（payload）；內容通常是上一層的封包。
• 資料走下傳送端堆疊，經交換器（到第 2 層）、路由器（到第 3 層），再走上接收端堆疊。
• 實際更複雜：大訊息可能切成多個區段，區段也可能再切成多個資料包，接收端要重建。

1.6　面臨攻擊的網路

重要度 ★★☆　｜　來源：中1 p.119–129（英文講義只在目錄列出）

網際網路會這麼脆弱，是因為它原本建立在「一群互信的使用者連接到透明的網路」的模型上，不需要安全性。

1.7　網際網路歷史

重要度 ★☆☆　｜　來源：中1 p.130–137

第 2 章　應用層

2.1　網路應用程式原理

重要度 ★★★　｜　來源：英2 p.2–27

開發應用程式與主從式架構

網路應用程式寫在終端系統上，不必為網路核心裝置寫程式，因為核心裝置不執行使用者應用程式；這也是應用程式能快速開發與擴散的原因。

• 單一伺服器應付不了大量請求，因此以資料中心（可達數十萬台伺服器）組成強大的虛擬伺服器；搜尋引擎、電子商務、社群網路都如此。
• 白牌伺服器：不掛傳統品牌，由代工廠依雲端業者需求客製（常依 OCP 開放運算計畫標準）；台灣主要廠商有廣達、緯穎、鴻海、緯創。

Socket 與行程定址

• Socket 是主機內應用層與傳輸層之間的介面，又稱應用程式與網路之間的 API，可比喻為「門」；每次通訊涉及兩端各一個 socket。
• 應用程式開發者控制 socket 應用層那一側；傳輸層那一側只能選擇傳輸協定，以及調整少數參數（如最大緩衝區、最大區段大小）。
• 識別接收行程需要兩項資訊：IP 位址（找主機）＋埠號（找行程），例如 128.119.245.12 的 80 埠。

傳輸層可提供的四類服務

TCP 與 UDP

TLS：替 TCP 加上安全性

• 一般 TCP、UDP socket 沒有加密，明文密碼會以明文穿越網際網路。
• TLS 提供加密的 TCP 連線、資料完整性、端點認證。
• TLS 實作在應用層：應用程式使用 TLS 函式庫，函式庫再使用 TCP。送進「socket」的明文，在網際網路上是加密的。

應用層協定的定位

• 公開協定（如 HTTP）定義於 RFC，照規格實作就能互通；也有專有協定（如 LINE）不公開。
• 應用層協定只是應用程式的一部分。Web 包含文件格式（HTML5）、瀏覽器、Web 伺服器、HTTP。

2.2　Web 與 HTTP

重要度 ★★★　｜　來源：英2 p.29–83（第四次小考標記在 p.84）

基本名詞

• HTTP 是 Web 的應用層協定，以用戶端與伺服器兩支程式實作，定義訊息結構與交換方式。
• 網頁由物件組成：物件就是檔案（HTML、JPEG、影片等），每個物件以一個 URL 定址。基本 HTML 加 5 張圖＝6 個物件。
• URL ＝主機名稱＋路徑名稱：www.someschool.edu/someDept/pic.gif。
• HTTP 使用 TCP：用戶端先建立 TCP 連線，雙方透過 socket 收送；訊息送進 socket 後就交給 TCP 負責。
• HTTP 是無狀態協定（stateless）：伺服器不保存用戶端的狀態資訊。

HTTP 與 HTTPS

HTTP 訊息格式

GET /index.html HTTP/1.1\r\n            ← 請求列（方法 URL 版本）
Host: www-net.cs.umass.edu\r\n          ← 標頭列
User-Agent: Mozilla/5.0 ...\r\n
Accept-Language: en-us,en;q=0.5\r\n
Connection: keep-alive\r\n
\r\n                                    ← 空行代表標頭結束

HTTP/1.1 200 OK                         ← 狀態列（版本 狀態碼 片語）
Date: Tue, 08 Sep 2020 00:53:20 GMT
Last-Modified: Tue, 01 Mar 2016 18:57:50 GMT
Content-Length: 2651
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
\r\n
data data data ...                      ← 實體內容

三種 HTTP 連線

RTT（round-trip time）：一個小封包從用戶端到伺服器再回來的時間，包含前面談過的所有延遲。

• 非持續性的問題：每個物件 2 RTT；兩端都要配置 TCP 緩衝區與變數，對伺服器負擔大。瀏覽器常開平行連線來緩解。
• 持續性連線：伺服器回應後保留連線，一段時間未使用才關閉；請求標頭 Connection: Keep-Alive 可重用連線，降低伺服器負擔與延遲。
• 管線化：回應必須依請求順序回傳（先進先出），會造成 HOL Blocking（隊頭阻塞）。POST 不應管線化，GET／HEAD 通常可以。
• 實務：規格上 HTTP/1.1 預設支援管線化，但多數瀏覽器預設關閉。依慣例，單一使用者對同一伺服器不應維持超過 2 條連線。

Cookie：保存使用者狀態

HTTP 無狀態，但網站常需要辨識使用者以限制存取或提供個人化內容。Cookie 有四個元件：

1. HTTP 回應中的 cookie 標頭列（Set-Cookie: 1678）
2. 下一次 HTTP 請求中的 cookie 標頭列（Cookie: 1678）
3. 使用者主機上由瀏覽器管理的 cookie 檔案
4. 網站後端的資料庫

流程：首次造訪時伺服器產生 ID 並寫入資料庫，以 Set-Cookie 回傳；瀏覽器存入 cookie 檔；之後每次請求都帶上 Cookie，伺服器據此採取對應動作。使用者註冊後，網站可把 ID 連到個人資料，這就是「一鍵購物」的基礎。

Web 快取（代理伺服器）

代表原始伺服器回應 HTTP 請求的網路實體，有自己的磁碟並保存最近請求物件的副本。

1. 瀏覽器與快取建立 TCP 連線，送出請求。
2. 有副本：快取直接回傳。
3. 沒有副本：快取對原始伺服器開 TCP 連線、發請求，收到物件後存一份，再回給瀏覽器。

好處：縮短回應時間（快取較近）；減少機構對外連結流量；讓資源較少的內容供應者也能有效傳遞內容。快取同時是伺服器（對用戶端）也是用戶端（對原始伺服器）。

條件式 GET

快取的副本可能過期，條件式 GET 讓快取確認物件是否為最新。請求帶 If-modified-since: <date>：

• 該日期後沒改過：回 304 Not Modified，不含物件，節省傳輸。
• 該日期後改過：回 200 OK 並附上資料。

2.3　DNS 網域名稱系統

重要度 ★★★　｜　來源：英2 p.86–114（第五次小考標記在 p.115）

DNS 是什麼

• 把主機名稱轉成 IP 位址：人好記名稱，IP 又難記又可能變動。
• 同時是階層式 DNS 伺服器構成的分散式資料庫，也是讓主機查詢該資料庫的應用層協定。
• 使用 UDP，埠號 53；常見軟體為 BIND。HTTP、SMTP、FTP 都會用它。
• 瀏覽器流程：取出主機名稱 → DNS 用戶端查詢 → 收到 IP → 對該 IP 的 80 或 443 埠建立 TCP 連線。DNS 會增加額外延遲。
• 查詢前會先看瀏覽器快取、作業系統 DNS 快取、hosts 檔案。

為什麼不用單一伺服器

網域名稱結構

網域名稱以點分隔，由右往左讀。mcu.edu.tw：tw 是 TLD、edu 是第二層、mcu 是子網域。FQDN 是特定主機的完整名稱，由主機名稱與網域名稱組成，如 www.mcu.edu.tw。

DNS 伺服器階層

遞迴與迭代查詢

DNS 快取

• 收到回覆就把對映存入記憶體，可改善延遲並減少 DNS 訊息；一段時間後（TTL）丟棄。
• Windows 指令：ipconfig /displaydns（顯示快取）、ipconfig /flushdns（清除快取）。

資源紀錄（RR）

格式：(name, value, type, ttl)。TTL 決定資源紀錄何時從快取移除。

DNS 訊息格式

查詢與回覆格式相同：標頭加四個區段。identification 是 16 位元編號，回覆沿用查詢的編號；flags 標示查詢或回覆、是否希望遞迴、是否可遞迴、是否為授權回覆。

實作工具

nslookup
> server 10.255.255.255    指定要查詢的 DNS 伺服器
> set q=mx                 查 MX 紀錄
> contoso.com.

知名公共 DNS：Google 8.8.8.8、8.8.4.4；Cloudflare 1.1.1.1、1.0.0.1；OpenDNS 208.67.222.222、208.67.220.220；AdGuard 94.140.14.14、94.140.15.15。

2.4　內容傳遞網路 CDN

重要度 ★★☆　｜　來源：英2 p.116–133

若只蓋一座巨型資料中心串流影片到全球，一旦資料中心或對外連結故障就無法服務，因此主要影音業者都使用 CDN：把內容快取在比原始伺服器更靠近使用者的代理伺服器。Web 主機保存原始檔案，CDN 快取這些檔案讓全球使用者更容易取得。

• 第三方 CDN：代多個內容供應者傳遞內容，如 Akamai、Level-3、Cloudflare。
• 伺服器叢集（server cluster）：在同一 IP 下共同運作以提高可用性的一組伺服器。
• 類似 Web 快取：叢集沒有該影片時，向中央儲存庫或其他叢集取得，邊存邊串流；儲存滿了就移除不常被請求的影片。

CDN 運作

CDN 必須攔截請求，才能 (1) 為該用戶端選擇合適的叢集，(2) 把請求導向該叢集的伺服器。多數 CDN 利用 DNS 攔截與導向。

1. 瀏覽器向本地（遞迴）DNS 查詢 shop.example.com。
2. 本地 DNS 向 Cloudflare 的授權 DNS 查詢（假設沒有快取，根與 TLD 步驟省略）。
3. 授權 DNS 回覆 Cloudflare Anycast IP，本地 DNS 回傳 IP 並依 TTL 快取。
4. 瀏覽器以 HTTPS 連到 Cloudflare CDN；必要時 CDN 才回源到原始伺服器。

叢集選擇策略

案例

• Netflix：影片多個版本的副本事先上傳到 CDN 伺服器。觀看時：① 使用者在 Amazon 雲端上的註冊、帳務伺服器管理帳號；② 瀏覽影片；③ 取得該影片的 manifest 檔；④ 選定 DASH 伺服器並開始串流。
• Canva：Cloudflare 官方公開確認 Canva 使用其 CDN、WAF 與 DDoS 防護。
• 動手查：講義 p.133 要求查看 www.tsmc.com.tw 的網站，可用 nslookup 觀察其 CNAME 是否指向 CDN。

第 4 章　網路層：資料層

4.1　網路層概觀

重要度 ★★☆　｜　來源：英4 p.2–8、p.15–17

網路層把區段從傳送主機送到接收主機：傳送端把區段封裝成資料包，接收端把區段交給傳輸層。每台主機與路由器都有網路層；路由器檢查所有經過的 IP 資料包標頭，並把資料包從輸入埠移到輸出埠。

服務模型

網路層的組成：IP 協定（資料包格式、定址、封包處理慣例）、ICMP（錯誤回報、路由器訊號）、路徑選擇演算法（繞送協定 OSPF、BGP 或 SDN 控制器）及轉送表。

4.2　路由器與最長前綴比對

重要度 ★★★　｜　來源：英4 p.9–13

路由器由輸入埠、高速交換結構（switching fabric）、輸出埠、繞送處理器組成。交換速率是封包從輸入移到輸出的速率；N 個輸入、每個線路速率 R 時，理想交換速率為 NR。

4.3　IP 資料包格式

重要度 ★★★　｜　來源：英4 p.14–37、p.51–53

資料包總長 20–65,535 bytes，其中標頭 20–60 bytes。

MTU 與 IP 分割

• MTU：連結層訊框資料欄位的最大值，資料包必須不超過它。巨型訊框依廠商而異、不保證能穿越網際網路，多用於 SAN 等專用網路。
• 資料包大於下一段 MTU 時要分割成更小的資料包。
• 分割可由來源主機或路徑上任何路由器進行；重組只在目的主機，因為每個分割片都是獨立的資料包。
• 分割依靠 Identification、Flags、Fragmentation offset 三個欄位；其餘欄位多半照抄（Total length 與 Checksum 會依分割片重算）。

Checksum 計算

1. 傳送端：Checksum 欄先填 0，把標頭每 16 位元一組相加（溢位要繞回加到最低位），再取 1 的補數填入。
2. 接收端：把包含 Checksum 的整個標頭相加再取補數，結果為 0 代表無誤，否則丟棄。

接收端把這個 Checksum 一起加總，得到 11111111 11111111，取補數為 0，表示正確。

4.4　IP 定址

重要度 ★★★　｜　來源：英4 p.54–71

基本概念

• IP 位址：32 位元，對應到主機或路由器的介面；路由器通常有多個介面，主機通常有一或兩個（有線、無線）。
• 點分十進位：223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001。
• 遮罩：網路位元全 1、主機位元全 0。IP AND 遮罩＝網路位址：200.2.3.4 AND 255.255.255.0 = 200.2.3.0。
• CIDR：a.b.c.d/x，x 是子網路部分位元數，可為任意長度。

子網路切割

把主機位元改成網路位元，就能把一個區塊切成多個子網路：多借 k 個位元，得到 2^k 個子網路。

交換器、路由器與預設閘道

預設閘道（default gateway）是讓主機能連到其他網路的路由器。

4.5　特殊位址、路由聚合與私有位址

重要度 ★★★　｜　來源：英4 p.74–83、p.89

路由聚合（階層式定址）

CIDR 的優點之一：多個位址區塊可聚合成一個並配給一家 ISP，只要對外通告一條路由。

• Fly-By-Night-ISP 對外說：「把開頭為 200.23.16.0/20 的都給我」，涵蓋 Organization 0–7。
• ISPs-R-Us 對外說：「把開頭為 199.31.0.0/16 的都給我」。
• Organization 1 換到 ISPs-R-Us 後，ISPs-R-Us 再多通告 200.23.18.0/23。這條路由更具體，依最長前綴比對，流量會走 ISPs-R-Us。

私有位址

私有位址不被全球路由辨識，只能單獨使用或搭配 NAT。

ISP 的位址從哪裡來

• ICANN 透過 5 個區域註冊機構（RR）分配 IP 位址，RR 可再分配給地區註冊機構；ICANN 也管理 DNS 根區域。
• ICANN 在 2011 年把最後一批 IPv4 位址配給 RR。NAT 緩解位址耗盡，IPv6 則有 128 位元位址空間。

4.6　NAT 網路位址轉換

重要度 ★★★　｜　來源：英4 p.84–88

NAT 在私有與全球位址之間提供對映，讓內部使用私有位址、對外使用少數全球位址。站點必須透過一台具 NAT 能力的路由器連到網際網路。

• 外送：路由器把來源位址（與埠號）換成全球 NAT 位址。
• 內送：路由器把目的位址（與埠號）換回對應的私有位址。
• 轉換表記錄兩邊的對映，以埠號區分內部不同的連線，所以一個 IP 可供多台主機共用。

4.7　DHCP 動態主機設定協定

重要度 ★★★　｜　來源：英4 p.90–95

主機加入網路時從伺服器動態取得 IP 位址：可續租；只在連線時持有，所以位址能重用；適合行動使用者。DHCP 伺服器通常與路由器放在一起，服務路由器連接的所有子網路。

附錄 A　公式總表

附錄 B　中英術語對照

附錄 C　數字速查

附錄 D　模擬試題

以下題目依講義範圍自編，用來檢查理解，不代表實際考題。建議先遮住解答，一次寫完再對答案。

一、選擇題

1. 下列何者與兩路由器之間的距離有關？（A）傳輸延遲（B）傳播延遲（C）處理延遲（D）以上皆是
2. 連結層交換器實作協定堆疊的第幾層？（A）1（B）1–2（C）1–3（D）1–5
3. 網路層的封包稱為？（A）訊息（B）區段（C）資料包（D）訊框
4. 哪一種連線技術是共用廣播媒介？（A）DSL（B）纜線（C）專線（D）以上皆非
5. TCP 不提供下列何者？（A）流量控制（B）壅塞控制（C）可靠傳輸（D）最低產出率保證
6. DNS 使用的傳輸協定與埠號預設為？（A）TCP 80（B）UDP 53（C）TCP 443（D）UDP 67
7. 主機對本地 DNS 伺服器的查詢通常是？（A）遞迴（B）迭代（C）廣播（D）匿名
8. 快取副本未過期時，伺服器對條件式 GET 回覆？（A）200（B）301（C）304（D）404
9. 負責存放「郵件伺服器正規名稱」的 RR 類型是？（A）A（B）NS（C）CNAME（D）MX
10. IP 分割後的重組在哪裡進行？（A）第一台路由器（B）最後一台路由器（C）任何路由器（D）目的主機
11. Header length 欄位值為 5，代表標頭長度？（A）5 bytes（B）20 bytes（C）40 bytes（D）60 bytes
12. DHCP Discover 的來源與目的 IP 為？（A）0.0.0.0 → 255.255.255.255（B）伺服器 → 廣播（C）127.0.0.1 → 伺服器（D）0.0.0.0 → 伺服器

二、計算題

1. 封包 1,500 bytes，連結 10 Mbps、長 2,000 km，s＝2 × 10⁸ m/s。求傳輸延遲、傳播延遲及兩者總和。
2. 封包平均每秒抵達 1,200 個，每個 1,000 bits，連結 1.5 Mbps。求流量強度，並判斷系統是否合理。
3. 10 組下載共用核心連結 R＝10 Mbps，R_s＝4 Mbps，R_c＝2 Mbps。求每組產出率與瓶頸所在。
4. 網頁含 1 個 HTML 與 5 張圖，求三種 HTTP 連線方式所需 RTT（忽略傳輸時間）。
5. 機構每秒 20 個請求、平均物件 1 Mb，對外連結 25 Mbps。求無快取時的使用率，以及命中率 0.5 時的使用率。
6. IP 資料 4000 bytes，MTU 1500。列出每片資料量、Total length、Offset、MF。
7. IP 資料 1900 bytes，MTU 1000。列出每片資料量、Offset、MF。（注意 8 的倍數）
8. ping -l 2000 在乙太網路上會分成幾片？各片 IP 資料量與 Offset 為何？
9. 標頭欄位 HLEN＝7，Total length＝1000。求標頭長度、選項長度與資料長度。
10. 192.168.10.37/27 的遮罩、網路位址、廣播位址、可用主機範圍與數量為何？
11. 把 200.1.2.0/24 切成 8 個子網路，求新前綴、每個子網路位址數、第 3 個子網路的範圍。
12. 把 200.23.16.0/24、200.23.17.0/24、200.23.18.0/24、200.23.19.0/24 聚合成一條路由。
13. 用 4.2 節的轉送表，判斷目的位址 11001000 00010111 00011001 00000001、11001000 00010111 00010101 00000001、11001000 00010110 00000000 00000001 各走哪個介面。

三、問答題

1. 說明封包交換相較於電路交換的優缺點。
2. 為什麼 Web 快取能同時降低回應時間與機構對外流量？它帶來什麼新問題、如何解決？
3. 為什麼 DNS 不採集中式設計？
4. 說明 NAT 如何讓多台主機共用一個 IP。
5. 連結層交換器與路由器有何不同？

解答

選擇題

計算題

1. d_trans＝12,000 ÷ 10⁷＝1.2 ms；d_prop＝2 × 10⁶ ÷ (2 × 10⁸)＝10 ms；總和 11.2 ms。
2. La/R＝(1,000 × 1,200) ÷ (1.5 × 10⁶)＝0.8。小於 1，系統穩定，但已開始有明顯佇列延遲。
3. 每組分到 R/10＝1 Mbps，min{4, 2, 1}＝1 Mbps；瓶頸在核心共用連結。
4. 非持續性 2 × 6＝12 RTT；持續性無管線化 2＋5＝7 RTT；持續性有管線化 3 RTT。
5. 流量 20 × 1 Mb＝20 Mbps。無快取：20 ÷ 25＝0.8；有快取：0.5 × 20 ÷ 25＝0.4。
6. 每片最多 1480。三片資料 1480、1480、1040；Total length 1500、1500、1060；Offset 0、185、370；MF 1、1、0。
7. 1000−20＝980，不是 8 的倍數，取 976。資料 976、924；Offset 0、122；MF 1、0。
8. ICMP 8＋2000＝2008 bytes。分 2 片：1480、528；Offset 0、185。
9. 標頭 7 × 4＝28 bytes；選項 28−20＝8 bytes；資料 1000−28＝972 bytes。
10. 遮罩 255.255.255.224；區塊大小 32，37 落在 32–63；網路位址 192.168.10.32；廣播 192.168.10.63；可用 .33–.62，共 30 個。
11. 借 3 位元得 /27；每個 32 個位址；第 3 個子網路 200.1.2.64 – 200.1.2.95。
12. 第三位元組 16–19 為 000100xx，前 22 位元相同，聚合為 200.23.16.0/22。
13. 第一個符合 00011*** → 介面 2；第二個符合 00010*** → 介面 0；第三個第二位元組不符 → 介面 3。

問答題重點

1. 優點：依需求共用、頻寬分享好、簡單有效率、成本低、不必預約。缺點：延遲不固定且無保障，壅塞時會遺失，較不適合嚴格即時服務。
2. 快取離用戶端近，命中時不必經過對外連結。新問題是副本可能過期，以條件式 GET（If-modified-since，未修改回 304）解決。
3. 單點失效、流量龐大、距離遙遠造成延遲、維護困難。所以採階層式分散資料庫。
4. 路由器把內部（私有 IP、埠）換成（全球 IP、新埠）並記入轉換表；回應抵達時依埠號查表換回。靠埠號區分不同主機的連線。
5. 交換器在第 2 層，依 MAC 位址轉送訊框，連接同一子網路；路由器在第 3 層，依 IP 位址繞送，每個介面屬於不同子網路，並以最長前綴比對查轉送表。

附錄 E　講義疑點與不一致

整理時發現下列地方與計算結果或其他頁面不一致。本書正文採右欄的處理方式；若考試依講義原文出題，請以老師說法為準。

範圍提醒

• 沒有第 3 章：提供的檔案只有第 1、2、4 章，傳輸層（TCP 細節）不在本書內。
• 第 2 章：目錄列出 FTP、電子郵件、P2P、Socket 程式設計，但投影片無內容。
• 第 1 章的 1.6、1.7：英文講義只列在目錄，內容僅見於中文講義。
• 第 4 章：IPv6、ICMP、繞送演算法、SDN 只有概略提及；p.95 的 Wireshark 輸出只有標題，本書未能取得細節。
• 小考標記：英2 p.84 有「第四次小考」、p.115 有「第五次小考」，表示這兩段的內容在課堂上被單獨測驗過，可找回小考卷對照題型。

附錄 F　考前檢查清單

每一項都試著不看書說出來或算出來。做不到的，回到括號中的章節。

第 1 章

• 協定定義的三個關鍵字（1.1）
• DSL、纜線、FTTH 的設備名稱與專用／共用差異（1.2）
• 導引式與非導引式媒介的例子（1.2）
• 轉送與繞送的差別（1.3）
• FDM 與 TDM 各切什麼（1.3）
• 封包交換與電路交換比較（1.3）
• 四種延遲名稱、公式與傳輸／傳播的差別（1.4）
• La/R 三種情況（1.4）
• 產出率 min 公式與共用連結算法（1.4）
• 五層、各層封包名稱、裝置實作層數（1.5）
• 三種 DoS 與 DDoS（1.6）

第 2 章

• Socket 定義與 IP＋埠號（2.1）
• 四類傳輸服務與常見應用需求表（2.1）
• TCP、UDP 服務與都不提供的項目（2.1）
• HTTP 方法、狀態碼與 HTTP／HTTPS 埠號（2.2）
• 三種連線的 RTT 公式（2.2）
• Cookie 四元件（2.2）
• 快取範例的使用率與延遲（2.2）
• 條件式 GET 與 304（2.2）
• DNS 三類伺服器與本地 DNS（2.3）
• 遞迴與迭代、畫出 8 個步驟（2.3）
• A、NS、CNAME、MX（2.3）
• CDN 如何用 DNS 導向與兩種叢集選擇策略（2.4）

第 4 章

• 資料層與控制層、SDN（4.1）
• best-effort 不保證什麼（4.1）
• 最長前綴比對（4.2）
• 畫出 IP 標頭與各欄位長度（4.3）
• HLEN、Total length、Offset 的單位（4.3）
• 分割計算與 MF，含 8 的倍數陷阱（4.3）
• Checksum 流程（4.3）
• 由 /n 算遮罩、網路位址、廣播位址、主機數（4.4）
• 子網路切割與路由聚合（4.4、4.5）
• 特殊位址與私有位址區塊（4.5）
• NAT 轉換表四步驟（4.6）
• DHCP 四訊息、來源與目的 IP、埠號（4.7）