電腦網路與 Internet 通訊

單元 04 至 11 與基礎實驗解答

這是解答。建議先完成對應的習題與實驗，再對照推理過程與評分規準。

單元 04

  1. /27 每塊 32 位址，網路位址 .160、廣播位址 .191；一般主機 .161 至 .190，遮罩 255.255.255.224。
  2. .200 落在 /25，下一跳 192.0.2.66；203.0.113.9 用預設路由 192.0.2.65。
  3. IP 目的識別最終 IP 端點，鏈路目的識別下一跳。本例假設沒有先做 DNAT 且路由正常。
  4. PMTU/必要 ICMP 被阻擋、伺服器大回應處理失敗或 timeout 皆為假設；查封包大小、錯誤日誌與可重現負載再區分。

單元 05

  1. VLAN 代表鏈路域；IP 需要正確路由／子網／政策。不同子網可能經路由器可達，不能僅以 VLAN 決定。
  2. 路由判為 on-link 時 ARP 找 B；遠端選閘道時找閘道，不找遠端 C。政策路由、proxy ARP 屬另外情境。
  3. 路由器移除入口鏈路封裝、為下一條鏈路重新封裝。IP 位址正常不變，TTL 變小；NAT 另列。
  4. MAC 可修改，交換學習不提供密碼學身分驗證。

單元 06

  1. 泛洪改變副本出口，目的 MAC 仍是單播；接收端通常不把別人的單播副本交給普通 socket。多埠看見不等於廣播。
  2. IPv4 群組的低 23 bits 相同，皆對映到 01:00:5e:40:00:2a；仍是不同 32-bit IP 群組。MAC 過濾不保證精確，IP 與應用層還需匹配。
  3. snooping 限制本 VLAN 交換副本；querier 詢問並維持成員資訊。沒有 querier 時，成員狀態可能在老化後消失，呈現「剛開始正常，幾分鐘後不穩」。開 snooping 不代表已開跨 VLAN 多播，跨網段見 15。
  4. 一埠後方可能接 AP 或下游交換器，有多個接收者。應確認成員狀態／查詢結果，不能僅依某一主機 leave 刪除整埠。

單元 07

  1. 多個三層位址共用 eth0，並未建立 VLAN、埠隔離或 ACL；仍共用二層廣播域。同 VLAN 不同子網能否 IP 互通需另看直連／路由及主機設定。
  2. 只有 main 時仍走 G1，來源保持 198.51.100.10；bind 並不指定閘道。回程條件：G1 與遠端須能把回覆送回此來源，例如 G1 有通往 198.51.100.0/24 的路由。防火牆／NAT 的狀態見 16、17，不在本題範圍。
  3. 不能。main 表預設路由的 src 192.0.2.10 只是未固定來源時的偏好，不是 SNAT；已 bind 的來源 2 保持 198.51.100.10，仍經 G1 送出。轉送封包的改寫要靠獨立的 NAT 機制，見 16。
  4. 198.51.100.55 匹配 198.51.100.0/24，on-link，選出該路由偏好的來源 2（198.51.100.10），直接 ARP .55。192.0.2.77 匹配 192.0.2.0/24，on-link，選出來源 1（192.0.2.10），直接 ARP .77。未指定來源時，來源跟著目的所匹配的路由走：沒有任何政策，送往 198.51.100.0/24 的連線也會用來源 2；送往 S 則匹配 /0，經 G1 並用來源 1。

單元 08

  1. 經 150 秒，剩 450 秒（假設沒有預取、serve-stale 等另行機制）。
  2. DHCP 給設定和租約；遞迴解析器替客戶查詢及快取；權威伺服器維護 zone 的回答。
  3. NXDOMAIN 表示名稱不存在；無 AAAA 只表示該名稱缺該型別；timeout 不能判定名稱不存在。
  4. 已快取：stub→遞迴→快取回應；未快取：遞迴從委派鏈找到權威，再回客戶。根／TLD 委派也可能已快取。

單元 09

  1. recv 只給目前可交付且不超過上限的 bytes，不保證填滿或對齊應用訊息。
  2. 報中途 EOF，拒絕交付完整 100-byte 訊息；不能把 60 當成成功。
  3. TCP ACK 由傳輸接收端回報，不證明業務處理、存檔或交易提交。
  4. 先檢查長度上限，採有限 buffer、timeout 與中途 EOF 處理，再讀 payload。

單元 10

  1. ACK 遺失令 sender 無法知悉成功、因而重傳；receiver 用序號記錄去重，只重新確認。
  2. 8000/0.0808≈99010 bit/s，約 99.01 kb/s。
  3. 最大 8，避免新視窗與舊視窗在序號環上重疊。
  4. 可靠串流只保障傳輸語義；業務一次執行還需請求 ID、持久化狀態、交易與去重等。

單元 11

  1. SYN 後 1001 起，送 300 bytes，下一期待 byte 為 1301。
  2. cwnd 若限制在途量，增加 rwnd 不解除此限制。
  3. 零視窗先查接收應用是否停讀及 buffer；遺失／逾時查路徑、重排、RTT 及遺失恢復。兩者可能同時存在。
  4. 平均值無法描述多流競爭、RTT 優勢、排隊、CPU 與尾端延遲。

L02 至 L08

預期輸出（完成預測與紀錄後再核對）：L02 三段 6.36 ms、BDP 500000 bytes、視窗上界 13.1072 Mb/s。L03 網路 .160、廣播 .191、一般主機 30 個、遮罩 255.255.255.224；.20 選 /24、.140 選 /25。L04 id=4660（0x1234）、flags=0x8180，lesson.test 的 A 為 192.0.2.80、TTL 300；c00c 指回 offset 12。L05 TCP 依序得到 cat、網路與空字串，UDP 得到 cat、網路兩份資料報；recv 每次最多 2 bytes 仍能正確重組。L06 資料 0 與 1 各傳兩次，應用仍只交付 [0,1,2,3,4]。L07 A 到 B、C、D 成本為 2、3、4，D 路徑 A-B-C-D。L08 前兩次入站允許、第三次拒絕，外部對映始終是 203.0.113.5:40000。

L02：RTT 加倍使 BDP 加倍，在固定視窗且受 W／RTT 限制時，上界減半；真實 TCP 還受 cwnd 及應用限制。

L03 IPv4 部分（04 之後）：新增 198.51.100.128/26 後，.140 選 /26，.200 仍選 /25。更具體但有效的路由被選中；實際下一跳失效是否移除路由、切換備援或仍黑洞，依協定、偵測與平臺，不能保證自動改走預設路由。

L03 IPv6 部分（14 之後）：輸出的 ipv6 欄位為 2001:db8::1。2001:db8::80 選 2001:db8::/32，3fff::80 選 ::/0；3fff::/20 是 RFC 9637 保留的另一個文件用前綴，不在 2001:db8::/32 內。IPv4 路由不匹配 IPv6。

L04：QR=1、RD=1、RA=1 是人工回應中的位元，Answer=1。fixture 不能證明 lesson.test 在公共 DNS 存在。NOERROR 且空 Answer 不能推出名稱不存在，可能是該型別無資料、委派或其他情況，需看 Question、authority 及整份訊息；NXDOMAIN 的 RCODE=3 表示查詢名稱不存在。--ttl 60 只改 Answer 的 TTL 4 bytes，由 0000012c（300）變成 0000003c（60），其餘 bytes 不變。

L05：應用限制 recv 為 2 並不限制 TCP 段大小。4-byte 大端長度定義訊息大小；中途 EOF 應失敗。UDP 用足夠 buffer 觀察兩份資料報。--truncate N 時，前三份訊息照常交付；第四份的長度前綴宣告 100 bytes，實際只送 N bytes 就結束寫入方向，parser 回報缺少 100−N bytes 的 EOFError，不交付半個訊息；UDP 結果不變。

L06：receiver 先交付 0，但 sender 因 ACK 0 遺失保留未確認；再次收到 0 只 ACK。去掉 ACK 遺失規則後資料 0 只傳一次；--window 1 相當於停等，需 7 回合，預設視窗 3 只需 3 回合。缺少真實時間、序號回繞、TCP byte 序號、cwnd 與核心演算法。

05 的交換表練習是 L16 的前三案，解答見 lab-solutions.md 的 L16。

L07：原 A-B-C-D 成本 4；改 B-C=10 後 A-B-D 和 A-C-D 皆成本 6；本實作以嚴格小於比較，先處理 B 後保留 A-B-D。等價成本可能有多個正確最短路徑。BGP 還有政策與路由屬性。

L08：EIM 與過濾是獨立欄位；ADF 允許聯絡過的 remote IP 任意 port。改用 --filter APDF 時只有 198.51.100.10:9000 可入站；--elapsed 120 --lifetime 60 時 state 已逾時、對映消失，三次皆拒絕。STUN 回報特定時間及目的下對映，不保證雙方過濾、回程、逾時與其他 NAT 相容。