114 關務特考三等 資訊處理(選試英文)科別 資通網路 考古題詳解

核心觀念

CIDR 區塊以「網路前綴長度」表示網路部分，斜線後的數字是遮罩位元數。IPv4 共 32 bits，因此 /n 區塊含有 $2^{32-n}$ 個位址。

多個連續區塊要合併成單一 CIDR 區塊，必須同時符合：

1. 區塊彼此連續，沒有缺口或重疊。
2. 總位址數是 2 的冪次。
3. 合併後的起始位址，須對齊該區塊的大小。

解題方法

（一）判斷三個區塊能否合併

前兩個區塊各為 /26，每區塊有 $2^{32-26}=64$ 個位址；第三個 /25 有 $2^{32-25}=128$ 個位址。

依序列出各區塊範圍：

• 16.27.24.0/26：16.27.24.0 至 16.27.24.63
• 16.27.24.64/26：16.27.24.64 至 16.27.24.127
• 16.27.24.128/25：16.27.24.128 至 16.27.24.255

三個區塊首尾相接，涵蓋 16.27.24.0 至 16.27.24.255，合計：

$64+64+128=256=2^8$

256 個位址對應的前綴長度為：

$32-\log_2 256=24$

（一）接收序號 3001、長度 400 bytes 的 TCP 封包

核心觀念

TCP 的 ACK 使用「下一個預期收到的位元組序號」表示已連續收到的資料範圍。因此，封包序號為 3001、資料長度為 400 bytes，若資料依序到達，接收端收到的位元組範圍為 3001 至 3400，下一個預期序號是：

$3001+400=3401$

TCP 接收端可以使用「延遲確認」（delayed ACK），不必對每個依序到達的資料封包都立即送出 ACK。題目指出上一個封包已經確認，表示目前是上一個 ACK 之後收到的第一個封包；且客戶端沒有資料要回傳，無法藉由送資料封包順便捎帶 ACK。

解題方法

接收端確認資料依序到達後，會更新下一個預期序號為 3401。由於這是上一個 ACK 後收到的第一個封包，接收端可以先啟動延遲 ACK 計時器，暫緩送出確認。

若計時器到期前又收到後續資料，接收端可在確認後續資料時一併確認；若沒有後續資料，則應在計時器到期時送出 ACK。RFC 5681 對延遲 ACK 的建議是，不應長時間延遲，且延遲時間不得超過 500 毫秒。

因此，本題重點不是立即回覆 ACK，而是「先延遲確認；確認時 ACK 號碼為 3401」。因客戶端沒有回傳資料，這個 ACK 會以純 ACK 封包送出，不能捎帶在資料封包中。

解題技巧

看到「上一個封包已確認」及「目前沒有資料要回傳」，可依序判斷：

1. 封包是否依序到達：是，序號符合預期值 3001。
2. ACK 號碼是多少：下一個預期位元組為 $3001+400=3401$。
3. 是否立即送 ACK：可採延遲 ACK；若沒有後續資料，計時器到期後送出純 ACK。

不要把 ACK 號碼寫成 3001 或 3400；TCP ACK 欄位表示的是「下一個預期收到的位元組序號」。

（二）$cwnd$ 與 $rwnd$ 的動態調整

核心觀念

$cwnd$ 是壅塞視窗（congestion window），由傳送端依網路壅塞狀況調整，用來控制傳送端允許送入網路、尚未獲確認的資料量。

$rwnd$ 是接收視窗（receiver window），由接收端依接收緩衝區可用空間調整，並透過 TCP 標頭中的視窗欄位公告給傳送端，用來避免接收端的緩衝區被資料塞滿。

傳送端可用的有效傳送視窗受兩者共同限制：

$\text{有效傳送視窗}=\min(cwnd,rwnd)$

解題方法

（一）Wi‑Fi 與藍芽的媒介存取控制

核心觀念

本題重點是比較兩種無線網路如何讓多個裝置共用無線媒介，以及「半雙工」與「全雙工」的差別。

半雙工是指同一部無線電在同一時間只能傳送或接收其中一種；全雙工則能在同一時間雙向傳送與接收。判斷時要看媒介與收發機制是否允許同時收、發，不要只看協定是否支援雙向通訊。

Wi‑Fi：CSMA/CA

Wi‑Fi（IEEE 802.11）主要採用載波感測多重存取／碰撞避免（CSMA/CA）：

1. 裝置傳送前先監聽頻道；若媒介忙碌，就延後傳送。
2. 若媒介閒置，裝置仍須等待一段間隔，並在競爭視窗內隨機選擇退避時間。
3. 退避計時期間若頻道再次忙碌，計時暫停；媒介恢復閒置後再繼續。
4. 計時歸零後才傳送。接收端成功收到資料時回覆 ACK；若未收到 ACK，傳送端會視為傳送失敗並重試，通常也會擴大競爭視窗。
5. 可選用 RTS/CTS 握手，在傳送較長資料前先預約媒介，以降低隱藏節點造成碰撞的機率。

無線網路難以像有線乙太網路般一邊傳送一邊可靠偵測碰撞，因此採取避免碰撞及用 ACK 確認的方式，而非碰撞後才偵測處理。

藍芽：主從輪詢與分時雙工

傳統藍芽 BR/EDR 的微微網（piconet）由中央裝置（Central，舊稱主裝置）控制媒介存取。傳輸依時槽進行，基本時槽長度為 $625\ \mu s$，中央裝置與周邊裝置（Peripheral，舊稱從屬裝置）依時槽輪流傳送：

1. 中央裝置在指定時槽傳送封包或輪詢封包。
2. 被輪詢的周邊裝置可在後續時槽回覆；未被輪詢的周邊裝置不能任意搶用頻道。
3. 中央裝置藉由決定輪詢對象及時槽分配，控制各裝置的傳輸機會。

這種方式可視為以時槽為基礎的分時雙工（TDD）：雙向通訊是靠不同時槽輪流完成，並非同一時間同時收、發。

雙工判斷

Wi‑Fi 與傳統藍芽在同一無線頻道上，皆屬半雙工。Wi‑Fi 裝置以競爭方式取得傳送機會，藍芽裝置以時槽與輪詢安排傳送機會；兩者都不能因此被視為全雙工。協定支援雙向資料交換，代表可以雙向通訊，並不代表能同時雙向傳輸。

（二）提供有時限服務的機制

解題方法

（一）NAT 與 ARP：位址種類與用途

核心觀念

這小題考查網路通訊中不同層級位址的用途：

• IP 位址：網路層的邏輯位址，用來識別來源與目的主機，並協助路由器跨網路轉送封包。
• MAC 位址：資料鏈結層的實體位址，用來識別同一區域網路中的網路介面，供區域網路傳送訊框使用。
• 連接埠號碼：傳輸層位址，用來識別主機上的應用程式或服務。

NAT（Network Address Translation，網路位址轉換）

NAT 主要牽涉網路層的 IP 位址；若採用連接埠位址轉換（PAT／NAPT），也會轉換傳輸層的 TCP 或 UDP 連接埠號碼。

NAT 通常部署在內部網路與外部網路的邊界設備上，轉送封包時改寫封包標頭中的來源或目的 IP 位址，並維護轉換對照表。例如，內部主機以私有 IP 對外連線時，閘道器可將封包的來源 IP 改為公用 IP；回應封包抵達後，再依對照表轉回內部主機的私有 IP。多台內部主機可共用一個公用 IP，並以不同連接埠區分連線。

NAT 的用途包括節省公用 IPv4 位址、讓內部私有位址可連接外部網路，以及隱藏內部位址配置。NAT 本身不是完整的防火牆；它可能讓外部主機較難直接發起連線，但不能取代完整的存取控制與安全檢查。

ARP（Address Resolution Protocol，位址解析協定）

ARP 主要牽涉同一區域網路中的 IPv4 位址與 MAC 位址。主機已知同一鏈結上目的端的 IPv4 位址、但尚未取得其 MAC 位址時，會以 ARP 廣播詢問；擁有該 IPv4 位址的主機則回覆自己的 MAC 位址。取得結果會暫存於 ARP 快取中，以供後續傳送訊框。

若目的 IP 位於外部網路，主機不會查詢遠端主機的 MAC 位址，而是解析預設閘道器的 MAC 位址，再將封包交給閘道器轉送。ARP 解析的是區域鏈結上的下一跳 MAC 位址，不負責跨網路路由。

解題方法與技巧

先按協定所處層級分辨位址：NAT 改寫封包中的 IP 位址（PAT 另改寫連接埠）；ARP 則把區域網路上的 IPv4 位址解析成 MAC 位址。快速記法是：NAT 改 IP；ARP 查 MAC。特別要避免把 ARP 說成解析遠端主機的 MAC，或把 NAT 誤認為轉換 MAC 位址。

（二）封包過濾防火牆與代理人防火牆

核心觀念

兩者都能控制網路流量，但檢查位置與連線方式不同：