好的，這是一道非常經典的“抓包分析”題，要求我們扮演網絡分析師的角色，從原始的十六進制數據中解碼出TCP/IP協議的交互細節。這道題綜合性非常強，是檢驗網絡基礎是否紮實的絕佳案例。
題目原文
(13)【2012統考真題】主機 H 通過快速以太網連接 Internet, IP 地址為 192.168.0.8, 服務器 S 的 IP 地址為 211.68.71.80。 H 與 S 使用 TCP 通信時, 在 H 上捕獲的其中 5 個 IP 分組如表 1 所示。
(注：由於無法直接嵌入圖片，此處為圖片佔位符，請參照您提供的原圖)
- 表 1 中的 IP 分組中, 哪幾個是由 H 發送的? 哪幾個完成了 TCP 連接建立過程? 哪幾個在通過快速以太網傳輸時進行了填充?
- 根據表 1 中的 IP 分組, 分析 S 已經收到的應用層數據字節數是多少。
- 若表 1 中的某個 IP 分組在 S 發出時的前 40B 如表 2 所示, 則該 IP 分組到達 H 時經過了多少個路由器?
綜合解析
這道題是網絡核心知識的“三合一”考查，要求考生必須具備以下能力：
- 協議解碼能力：能夠根據IP和TCP首部格式圖，在十六進制數據中精確定位並解析出關鍵字段，如源/目的IP地址、TCP標誌位（SYN, ACK）、序列號、確認號、總長度和TTL等。
- 協議交互理解：深刻理解TCP的三次握手連接建立過程、數據傳輸的確認機制，以及以太網的最小幀長限制。
- 網絡轉發原理：理解路由器在轉發IP分組時對TTL字段的操作。
三、解題思路與詳細分析 (為什麼怎麼樣？)
問題1分析：分組識別與特性
1) 哪幾個是由 H 發送的?
- 思路: 我們需要檢查每個IP分組的源IP地址。如果源IP是H的地址
192.168.0.8，那麼這個分組就是由H發送的。 - 定位: 根據IP首部圖（圖1），源IP地址在第13到16字節。
- 換算: H的IP地址
192.168.0.8轉換為十六進制是C0.A8.00.08。 - 逐個檢查:
- 分組 1: 源IP (字節13-16) 為
c0 a8 00 08。是H發送的。 - 分組 2: 源IP為
d3 44 47 50(即211.68.71.80)。不是H發送的。 - 分組 3: 源IP為
c0 a8 00 08。是H發送的。 - 分組 4: 源IP為
c0 a8 00 08。是H發送的。 - 分組 5: 源IP為
d3 44 47 50。不是H發送的。
- 結論: 分組 1, 3, 4 是由H發送的。
2) 哪幾個完成了 TCP 連接建立過程?
- 思路: TCP連接建立是三次握手：
- 客户端 -> 服務器: SYN (
SYN=1, ACK=0) - 服務器 -> 客户端: SYN-ACK (
SYN=1, ACK=1) - 客户端 -> 服務器: ACK (
SYN=0, ACK=1)
- 定位: 根據TCP段頭圖（圖2），標誌位在第14字節（偏移13）。
SYN是倒數第二位，ACK是倒數第五位。 - 逐個檢查:
- 分組 1: TCP標誌位(第
20+14=34字節)是02(00000010)。只有SYN位是1。這是第一次握手。 - 分組 2: TCP標誌位是
12(00010010)。ACK和SYN位是1。這是第二次握手。 - 分組 3: TCP標誌位是
10(00010000)。只有ACK位是1。這是第三次握手。
- 結論: 分組 1, 2, 3 完成了TCP連接建立過程。
3) 哪幾個進行了填充?
- 思路: 快速以太網規定，一個以太網幀的數據載荷部分（即IP分組）的最小長度是46字節。如果IP分組的總長度小於46字節，數據鏈路層就會在末尾進行填充(Padding)以滿足最小長度要求。
- 定位: 根據IP首部圖，IP分組的總長度在第3、4字節。
- 逐個檢查:
- 分組 1: 總長度 =
00 28(十六進制) = 40字節。40 < 46，需要填充。 - 分組 2: 總長度 =
00 2c(十六進制) = 44字節。44 < 46，需要填充。 - 分組 3: 總長度 =
00 28(十六進制) = 40字節。40 < 46，需要填充。 - 分組 4: 總長度 =
00 38(十六進制) = 56字節。56 > 46，不需要填充。 - 分組 5: 總長度 =
00 28(十六進制) = 40字節。40 < 46，需要填充。
- 結論: 分組 1, 2, 3, 5 在通過快速以太網傳輸時進行了填充。(注：參考答案可能存在疏漏，僅列出部分，但根據協議規則，這四個都需要填充。)
問題2分析：S收到的應用數據字節數
- 思路: TCP是可靠傳輸，服務器S會通過ACK報文中的確認號來告知客户端H它已經成功收到了哪些數據。確認號的值代表“我期望收到的下一個字節的序號”。所以，我們只需要找到S發給H的最後一個ACK報文（分組5），查看它的確認號，再減去數據傳輸的起始序號，就能得到已確認的數據量。
- 定位:
- 起始序號: 連接建立後，H發送的第一個數據字節的序號。從分組3（第三次握手）可知，H的起始序號是
846b 41c6。 - S的最後確認號: 在分組5中，TCP確認號在第9-12字節（偏移8）。
- 解碼: 分組5的確認號是
846b 41d6。 - 計算:
- S已收到的數據量 = (S的確認號) - (H的起始數據序號)
- 數據量 =
0x846b41d6 - 0x846b41c6 - 我們只需要計算末尾字節的差：
0xd6 - 0xc6 = 0x10(十六進制)。 0x10(十六進制) = 16 (十進制)。
- 結論: S已經收到了 16字節 的應用層數據。
問題3分析：經過的路由器數量
- 思路: IP首部中有一個**TTL (生存時間)**字段。一個IP分組每經過一個路由器，其TTL值就會被減1。我們只要比較一個分組在發出時和到達時的TTL值，差值就是它經過的路由器數量。
- 匹配分組: 題目告訴我們表2是某個分組在S發出時的樣子。我們需要在表1中找到它到達H時的樣子。我們可以通過**IP標識(Identifier)**字段來匹配。
- 定位: IP標識在第5、6字節。
- 匹配: 表2的IP標識是
68 11。在表1中，分組5的IP標識也是68 11。它們是同一個分組。
- 比較TTL:
- 定位: TTL在IP首部的第9字節。
- 解碼:
- S發出時 (表2)，TTL =
40(十六進制) = 64 (十進制)。 - H收到時 (表1，分組5)，TTL =
31(十六進制) = 49 (十進制)。
- 計算:
- 經過的路由器數 = 初始TTL - 最終TTL =
64 - 49 = 15。
- 結論: 該IP分組到達H時經過了 15個 路由器。
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