113 調查局特考三等 資訊科學組 資通網路 考古題詳解

核心觀念

本題考查網際網路的分層架構，以及各層在資料傳送時負責的工作。網際網路常用的協定堆疊分為五層：應用層、傳輸層、網路層、鏈結層與實體層。每層使用下層提供的服務，並為上層提供服務。

解題方法

由上而下列出五層，並各用一句話說明其主要功能：

1. 應用層（Application layer）：支援網路應用程式與應用服務，例如 HTTP、DNS、SMTP。
2. 傳輸層（Transport layer）：提供程序對程序（process-to-process）的資料傳輸；TCP 提供可靠傳輸及流量控制等功能，UDP 提供較精簡的傳輸服務。
3. 網路層（Network layer）：負責主機間的封包傳送與路由選擇，代表性協定為 IP。
4. 鏈結層（Link layer）：負責同一鏈結或區域網路上的節點間傳送資料框（frame），例如 Ethernet、Wi-Fi。
5. 實體層（Physical layer）：透過實體媒介傳送位元，規範訊號及傳輸媒介等事項。

資料由發送端往下傳遞時，各層會加入該層所需的控制資訊；接收端則由下而上逐層處理。這個過程常稱為封裝與解封裝。

解題技巧

可用「應、傳、網、鏈、實」由上而下記憶五層。常見混淆是把「程序間通訊」歸給網路層；實際上它屬於傳輸層，網路層負責的是主機間的封包傳遞。

（二）Client 與 Server 的功能及網路要求

核心觀念

Client 與 server 是依照網路服務中的角色區分。Client 發出服務請求，server 提供服務並回應請求；兩者都是連接網路的 host，角色取決於其在特定通訊中的功能。

核心觀念

CSMA/CD 是「載波偵聽多重存取／碰撞偵測」（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）。它用於共享式、半雙工乙太網路：多個設備共用同一傳輸媒介，傳送前先偵聽媒介，傳送期間持續偵測是否發生碰撞。

解題方法

1. 傳送前先偵聽（Carrier Sense） 網卡先檢查媒介是否忙碌。媒介閒置時才開始傳送；若媒介忙碌，就等待媒介恢復閒置後再傳送。這可降低同時傳送的機會，但無法完全避免碰撞，因為訊號傳播需要時間：兩端設備可能在彼此的訊號尚未抵達前，都判斷媒介閒置而開始傳送。

2. 多個設備共用媒介（Multiple Access） 多個網卡都能使用同一傳輸媒介，因此即使各自先行偵聽，仍可能因傳播延遲而同時送出訊框。

3. 傳送期間偵測碰撞（Collision Detection） 網卡傳送時持續監聽媒介；若偵測到碰撞，便停止傳送原訊框，並送出碰撞強制訊號（jam signal），使所有相關設備都能察覺碰撞。

4. 二進位指數退避（Binary Exponential Backoff） 碰撞後，各網卡不會立即重送，而是依碰撞次數選擇隨機等待時間。第 $n$ 次碰撞後，從退避範圍 $[0, 2^k-1]$ 中隨機選取槽數，其中 $k=\min(n,10)$；等待的時間為所選槽數乘以 slot time。等待結束後重新偵聽媒介，再依媒介狀態傳送。隨碰撞次數增加，隨機選擇範圍擴大，降低多個網卡再次同時重送的機率。傳統乙太網路在最多 16 次傳送嘗試仍失敗後，會放棄該訊框並回報錯誤。

核心觀念

HTTP 的 stateless（無狀態），是指伺服器處理每一個請求時，不會因為 HTTP 協定本身而自動記住同一用戶端先前請求的內容或處理狀態。每個請求都必須帶有完成當次處理所需的資訊，伺服器不會只憑「這是剛才那位用戶端」便推知其先前做過什麼。

無狀態不代表伺服器完全不能保存資料，而是指 HTTP 本身不負責維持請求間的對話狀態。應用程式仍可透過 Cookie、伺服器端工作階段（session）、資料庫或其他機制保存狀態。

解題方法：比較是否保留請求間狀態

作答時，先說明無狀態的定義，再從伺服器記憶體、擴充性、故障復原及應用便利性，與 stateful（有狀態）設計比較。

Stateless 設計的優點與缺點

優點：

1. 容易水平擴充： 任一伺服器皆可處理獨立請求，較容易透過負載平衡分散流量。
2. 降低伺服器狀態管理負擔： 不必在伺服器端為每個用戶端持續保留完整對話狀態，可減少記憶體與狀態同步成本。
3. 故障復原較直接： 若單一伺服器故障，只要其他伺服器具備必要資源，後續請求仍可由其他伺服器處理。
4. 請求較容易重送與快取： 請求自含必要資料時，較容易重試、記錄與由中介快取處理；實際能否安全重送或快取仍取決於 HTTP 方法及應用語意。

缺點：

1. 請求可能重複攜帶資料： 身分識別、授權或操作脈絡等資訊，可能必須在多次請求中重複提供。
2. 應用程式需另外維持狀態： 例如購物車、登入狀態或多步驟表單，需要搭配 Cookie、session 或資料庫等機制。
3. 應用層設計較複雜： 開發者必須明確處理狀態保存、識別與還原；若把狀態交由用戶端攜帶，亦須處理竄改與保護問題。

解題技巧與常見陷阱

記住：HTTP 無狀態，指協定不自動記住前後請求，不代表網站不能提供登入或購物車功能。 登入狀態可以透過 Cookie 傳送識別碼，再由伺服器查詢對應的 session；這是應用程式在 HTTP 之上補上狀態管理。

（二）Cookies 的運作原理與優缺點

核心觀念

Cookie 是伺服器透過 HTTP 標頭要求瀏覽器儲存的一小段資料。瀏覽器會依 Cookie 的網域、路徑、期限及安全屬性等規則，在符合條件的後續請求中送回該 Cookie，使伺服器能識別請求或取得相關資料。

Cookie 可保存狀態識別資訊，但它本身不會把 HTTP 變成有狀態協定；它是用戶端與伺服器在 HTTP 之上維持應用狀態的一種機制。

解題方法：依請求與回應順序說明

核心觀念

Hidden terminal（隱藏終端）是無線網路中，兩個無線工作站彼此聽不到對方，卻都能與同一個接收端通訊的情形。由於工作站無法偵測彼此的傳輸，可能同時向接收端送資料，造成碰撞。

解題方法

以工作站 A、B 與接收端 S 為例：

• A 能與 S 通訊，B 也能與 S 通訊。
• 但 A 與 B 相距較遠，或受到障礙物、訊號衰減影響，彼此無法接收到對方的訊號。
• A 傳送前進行載波感測時，聽不到 B；B 傳送前也聽不到 A。
• 因此 A、B 可能都判定媒介閒置，並同時傳送資料。兩個訊號在 S 處重疊，造成接收碰撞。

這反映了無線媒介的載波感測範圍與接收端的通訊範圍不完全相同：工作站能否彼此聽見，不必然能反映它們是否會在共同接收端造成碰撞。

解題技巧

可用「彼此聽不到，但都聽得到接收端」記憶 hidden terminal。作答時要指出兩個結果：傳送端無法互相感測，以及共同接收端可能收到碰撞資料。

（二）RTS／CTS 避免 Hidden terminal 的運作原理

核心觀念

IEEE 802.11 的 RTS/CTS 機制以短控制訊框預約媒介。傳送端先送出 RTS（Request to Send），接收端回覆 CTS（Clear to Send），再進行 DATA 與 ACK 傳輸。鄰近工作站透過聽到 RTS 或 CTS，設定網路配置向量 NAV，在預約期間延後傳送。

解題方法

核心觀念

DNS 採分散式、階層式架構，將網域名稱的查詢工作分散到不同層級的 DNS 伺服器。Iterative query（迭代式查詢）是指：收到查詢的伺服器若不知道答案，會回覆自己所知的下一個查詢方向，由查詢端再向其他 DNS 伺服器查詢。伺服器不會代替查詢端一路追問到底。

解題方法

以查詢 www.example.com 的 IP 位址為例：

1. 使用者的主機先向本地 DNS 解析器（通常是遞迴解析器）提出查詢。
2. 解析器若沒有快取答案，便向 DNS 根伺服器詢問。根伺服器不一定知道 www.example.com 的 IP，但會回覆 .com 頂級網域（TLD）伺服器的資訊。
3. 解析器再向 .com TLD 伺服器查詢。TLD 伺服器回覆 example.com 權威名稱伺服器的資訊。
4. 解析器接著向 example.com 的權威名稱伺服器查詢。權威伺服器回覆 www.example.com 的紀錄，例如 A 紀錄中的 IPv4 位址。
5. 解析器將結果回覆給使用者主機，並可依紀錄的 TTL 將答案快取一段時間。

因此，雖然使用者通常只對本地解析器送出一次請求，後續由解析器逐站查詢根、TLD 與權威伺服器的過程，採用的就是迭代式查詢。

解題技巧

掌握「不知答案就提供下一站線索，查詢端自行前往」即可判斷迭代式查詢。其與遞迴式查詢的差別在於：遞迴查詢要求被詢問的伺服器負責取得最終答案；迭代查詢則由查詢端逐一詢問各伺服器。

（二）利用 DNS 進行 DDoS 攻擊的運作原理

核心觀念