110 身心障礙特考三等 資訊處理 資通網路 考古題詳解

核心觀念

路由器的工作可分為兩個層次：控制平面負責學習路由並建立轉送資訊；資料平面則依據轉送資訊，將封包由輸入介面送往適當的輸出介面。標準的路由器架構包含輸入埠、交換結構、輸出埠及路由處理器。

解題方法

依封包在路由器內的處理順序說明各元件，並補充路由處理器如何提供路由資訊，便能完整呈現路由器內部架構。

1. 輸入埠（Input Ports） 接收實體鏈路傳入的訊號，執行實體層處理及資料鏈結層處理，例如解封裝、檢查鏈結層標頭。接著依封包的目的位址查詢轉送表，判斷封包應送往哪個輸出埠。輸入埠也可能設有緩衝區，暫存等待交換的封包。

2. 交換結構（Switching Fabric） 負責將封包由輸入埠搬移至指定的輸出埠，是路由器內部的資料傳送通道。常見實作方式包括經由記憶體交換、共享匯流排交換，以及交叉開關（crossbar）交換。交換結構的容量會影響路由器同時處理封包的能力。

3. 輸出埠（Output Ports） 接收交換結構送來的封包，透過輸出佇列暫存待傳封包，再執行資料鏈結層及實體層處理，最後將封包送上輸出鏈路。當封包到達速度高於鏈路傳送速度時，輸出埠會形成佇列。

4. 路由處理器（Routing Processor） 執行路由器的控制功能，例如執行路由協定、交換路由資訊、計算路由，並建立或更新路由表及轉送表。轉送表提供資料平面查詢目的位址所需的資訊，通常會分發至各輸入埠，讓封包可快速轉送。

解題技巧

用「輸入埠接收與查表 → 交換結構搬移 → 輸出埠排隊與傳送」串起資料流，再補上「路由處理器建立路由資訊」，即可涵蓋主要元件及其功能。應區分路由處理器的路由決策與一般封包的高速轉送。

（二）路由器造成資料傳送延遲或遺失的原因

核心觀念

封包通過路由器時，總延遲可分為處理延遲、排隊延遲、傳輸延遲與傳播延遲：

$d_{\text{total}}=d_{\text{proc}}+d_{\text{queue}}+d_{\text{trans}}+d_{\text{prop}}$

核心觀念

本題考查 GSM 同一行動服務交換中心（MSC）控制範圍內的換手程序。換手是通話進行中，將行動台（MS）使用的無線通道由舊基地台（舊 BS）切換至新基地台（新 BS），以維持通訊連線。由於兩座基地台共用同一 MSC，核心程序由 MSC 協調，不涉及跨 MSC 的路由轉接或位置更新。

解題方法

依訊號與資源配置的先後順序，整理「測量與決策 → 新通道準備 → 命令行動台切換 → 確認成功 → 釋放舊通道」：

1. 測量並決定換手：行動台與基地台持續測量服務品質，例如接收訊號強度與品質。舊 BS 根據測量結果及網路資訊，判定需將 MS 移至新 BS 的服務範圍。
2. 向 MSC 提出換手請求：舊 BS 將換手需求及目標新 BS 資訊送至 MSC。MSC 負責協調此次換手。
3. 為新 BS 配置無線資源：MSC 要求新 BS 分配可用的無線通道。新 BS 選定通道後，將通道資訊回報 MSC。

核心觀念

本題考查 TCP 如何從網路回饋判斷路徑壅塞，以及如何調整傳送速率。TCP 無法直接看見路由器佇列的狀態，主要依據封包遺失、重複 ACK 與逾時等端點可觀察到的訊號，推測網路壅塞；再以壅塞視窗（congestion window，$cwnd$）控制未確認資料量。

TCP 傳送端可送出的未確認資料量，受接收端視窗 $rwnd$ 與壅塞視窗 $cwnd$ 共同限制：

其中 $rwnd$ 用來避免接收端緩衝區溢位；$cwnd$ 則由傳送端依網路壅塞狀況調整。

(一) TCP 如何察知路徑壅塞

1. 重傳逾時（RTO） 傳送端送出資料後，在重傳逾時時間內未收到 ACK，便推定封包或 ACK 遺失。封包遺失常是路徑壅塞造成路由器佇列溢位的結果，因此 TCP 將逾時視為壅塞訊號，並採取較保守的降速措施。

2. 收到三個重複 ACK 接收端收到序號較後面的資料，但中間有資料未到時，會重複回覆目前期待的序號。傳送端收到三個重複 ACK，通常推定有一個區段遺失，但後續區段仍已抵達。這表示網路仍在傳送資料，壅塞程度通常較逾時輕微，TCP 可快速重傳遺失區段。

3. ECN（明確壅塞通知）標記 若路徑上的網路設備支援 ECN，路由器可在佇列壅塞但尚未丟棄封包時標記封包，接收端再透過 ACK 通知傳送端。傳送端據此降低傳送速率。這種方式能在封包尚未遺失前提供壅塞訊號，但須有端點與網路設備支援。

因此，封包遺失與 ACK 型態是 TCP 傳統壅塞控制的重要依據；ECN 則提供不必等到丟包的通知方式。

(二) TCP 對壅塞情形的控制方法

TCP 以壅塞視窗 $cwnd$ 調整傳送端可在網路中流動的資料量。經典 TCP 壅塞控制可分為慢啟動、壅塞避免、快速重傳與快速回復。

1. 慢啟動（Slow Start） 連線初期或逾時後，TCP 將 $cwnd$ 設為較小值，並依收到 ACK 的情形逐步增加。以每個往返時間（RTT）觀察，$cwnd$ 約呈指數成長，直到達到慢啟動門檻 $ssthresh$，或偵測到壅塞訊號。這讓 TCP 從低速開始探測可用頻寬。

核心觀念

本題考查資訊安全的三項服務：機密性、完整性與不可否認性，以及密碼系統、雜湊函數、數位簽章如何分別提供這些服務。三者目的不同，不能互相取代：

• 機密性：未獲授權者無法讀取內容，通常以加密達成。
• 完整性：接收者能確認資料未遭竄改，通常以訊息鑑別碼（MAC）或數位簽章等方式驗證。
• 不可否認性：簽署者事後不能否認曾簽署該資料，通常由數位簽章提供。

解題方法

依「傳送者如何處理資料、接收者如何還原或驗證」分別說明三種機制，並寫出其使用的金鑰與運算順序。

一、密碼系統：確保私密性

密碼系統將可讀的明文轉成不可直接理解的密文；接收者持有正確的金鑰後，才能解密還原。

以對稱式密碼為例，傳送者與接收者事先共享同一把密鑰 $K$：

其中 $M$ 為明文、$C$ 為密文、$E$ 為加密函數、$D$ 為解密函數。傳送者以 $K$ 加密資料後傳送 $C$，接收者以相同的 $K$ 解密，取得 $M$。其安全性仰賴密鑰保密；若密鑰遭竊，攻擊者便可能解密資料。

以非對稱式密碼為例，接收者公布公鑰 $K_{\text{pub}}$、保管私鑰 $K_{\text{pri}}$。傳送者使用接收者的公鑰加密，接收者以自己的私鑰解密：

因此，機密性重點是以接收者的公鑰加密、以接收者的私鑰解密。實務上的混合式加密則常以公鑰密碼安全傳送工作階段金鑰，再以效率較高的對稱式密碼加密大量資料。

二、雜湊函數：產生完整性檢查值

雜湊函數將任意長度的訊息映射成固定長度的摘要：